【摘 要】目前，部分500 kV“西門子”刀閘由于機(jī)構(gòu)受潮、繼電器銹蝕等問題導(dǎo)致無法電動分合閘，需要操作人員通過鋰電鉆配合專用電鉆頭進(jìn)行就地手動解鎖操作，然而該手動操作存在人員及設(shè)備風(fēng)險、消耗體力、操作不便、電池續(xù)航能力不足導(dǎo)致操作中斷等問題。文章結(jié)合就地手動操作存在的問題，研究設(shè)計一種裝置，實(shí)現(xiàn)了通過遠(yuǎn)方控制的方式對“西門子”刀閘進(jìn)行手動操作，從而降低手動操作風(fēng)險和體力支出，提高操作可靠性、便捷性，滿足變電站安全倒閘操作的迫切需求。

【關(guān)鍵詞】“西門子”刀閘;手動操作;遠(yuǎn)方控制

【中圖分類號】TM63 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-0688（2020）01-0048-03

0 引言

刀閘又稱隔離開關(guān)，在電力系統(tǒng)中主要起隔離電源、改變電力系統(tǒng)運(yùn)行方式等作用，是在變電站中與斷路器配合使用的一種主要設(shè)備。變電倒閘操作中，對刀閘進(jìn)行分合閘操作方式主要是通過五防解鎖鑰匙在斷路器端子箱遠(yuǎn)方遙控的方式進(jìn)行。但是在長期運(yùn)行中，由于刀閘機(jī)構(gòu)箱內(nèi)部控制回路異?；蚶^電器銹蝕卡澀等原因，導(dǎo)致刀閘在倒閘操作中頻繁發(fā)生遙控分合閘拒動或失靈等異?，F(xiàn)象，此時需要操作人員采用解鎖操作方式——就地手動操作進(jìn)行分合刀閘。

當(dāng)前，500 kV“西門子”刀閘手動操作的方法如下：操作人員通過操作解鎖審批后，斷開西門子刀閘故障相的電機(jī)電源及控制電源，雙手手持“西門子”刀閘產(chǎn)家配備的高速鋰電鉆，配合夾緊該“西門子”刀閘機(jī)構(gòu)專用的操作鉆頭，垂直向上插入“西門子”刀閘機(jī)構(gòu)箱正下方的手動操作孔，通過鋰電鉆工作時鉆頭的快速正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)進(jìn)行機(jī)械傳動，實(shí)現(xiàn)“西門子”刀閘的合閘與分閘。整個操作過程，操作人需蹲在機(jī)構(gòu)箱下方，雙手發(fā)力持穩(wěn)鋰電鉆工作，同時抬頭觀察正上方的刀閘動作過程，以及時發(fā)現(xiàn)異常。

這種通過操作人員手持鋰電鉆手動操作“西門子”刀閘的方法雖然可以分合刀閘，但是存在以下不足與生產(chǎn)風(fēng)險。

（1）操作過程中，操作人員需要蹲下身子，雙手用力托住、持穩(wěn)鋰電鉆，使電鉆保持垂直，同時需要抬頭觀察正上方的刀閘動作過程，由于不符合人機(jī)功效，操作人員會感到身體不舒適，脖子酸痛，手腳麻痹乏力，造成疲勞作業(yè)。

（2）刀閘動作過程中產(chǎn)生電弧，甚至噴射火花，對于處于正下方的操作人員，存在火花灼傷眼睛及威脅人身安全的風(fēng)險。

（3）產(chǎn)家配備的鋰電鉆是使用鋰電池作為電動電源，不具備鋰電池剩余電量顯示功能。手動操作刀閘分合閘過程中，一旦出現(xiàn)鋰電池電量不足時，將導(dǎo)致刀閘動作中斷。如果正處于拉弧階段時，拉弧時間過長，可能會燒壞刀閘出頭或均壓環(huán)，嚴(yán)重時甚至可能導(dǎo)致開關(guān)兩側(cè)均壓電容炸裂;燃燒或炸裂的設(shè)備跌落有可能造成火災(zāi)和人身傷害，造成電力設(shè)備事故和人身事故。

1 研究思路

基于500 kV“西門子”刀閘手動操作存在的不足與風(fēng)險，本文研究一個設(shè)計方案，將“西門子”廠家配備的高速鋰電鉆改造成一種可以實(shí)現(xiàn)手動操作遠(yuǎn)方控制的裝置，即將改造的高速鋰電鉆固定于專用平臺，讓操作人站在遠(yuǎn)方位置一邊觀察刀閘分合閘動作位置變化過程，一邊通過遙控器遠(yuǎn)方操作，控制高速鋰電鉆動作，實(shí)現(xiàn)500 kV“西門子”刀閘手動操作分合閘功能。

研究思路包括以下幾個方面。

（1）設(shè)計一個裝置，將鋰電鉆改造成裝置的一部分，通過裝置替代人力，確保鋰電鉆能正常分合刀閘。

（2）裝置具備升降功能或高度調(diào)節(jié)。利用升降輔助裝置實(shí)現(xiàn)控制鋰電鉆的升降，實(shí)現(xiàn)電鉆升降省時省力、定位精準(zhǔn)，同時確保升降輔助裝置結(jié)構(gòu)堅(jiān)固牢靠。

（3）電鉆工作時基礎(chǔ)穩(wěn)固，不發(fā)生位置偏移、抖動。裝置與地面之間的接觸采用摩擦力大的防滑固定裝置，實(shí)現(xiàn)將裝置穩(wěn)固地放置在地面上，防止工作中因電鉆轉(zhuǎn)動的反作用力導(dǎo)致的裝置位移、抖動。

（4）電鉆頭空間位置可調(diào)節(jié)。通過限位螺絲調(diào)整并固定裝置自身的水平角度，以及與機(jī)構(gòu)箱之間的垂直角度。

（5）遙控操作。改造的電鉆可實(shí)現(xiàn)通過遠(yuǎn)方操作遙控器，控制電鉆的開啟與正反鉆。

（6）電源可靠。改造后的電鉆既能連接220 V電源操作，又能通過鋰電池操作;同時，將剩余電量實(shí)時顯示在平臺上。

2 設(shè)計方案

根據(jù)上述的研究思路及設(shè)計目標(biāo)，下面將詳細(xì)闡述對應(yīng)的改造設(shè)計方案?！拔鏖T子”刀閘手動操作遠(yuǎn)控電鉆裝置的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

原配操作鉆頭長度為280 mm，按照原配操作鉆頭的尺寸和形狀，使用不銹鋼圓棒材料分別加工成長度為80 mm、100 mm、180 mm、220 mm及250 mm等多個尺寸，用于適用不同離地高度的500 kV“西門子”刀閘機(jī)構(gòu)箱。

產(chǎn)家原配鋰電鉆通過改造后，保留電鉆電機(jī)、雙速齒輪箱和夾頭部分。其中，夾頭用于固定操作鉆頭，齒輪箱用于調(diào)節(jié)電鉆的扭矩。根據(jù)電鉆電機(jī)的尺寸和形狀，設(shè)計加工電鉆夾緊裝置，使電機(jī)可以被穩(wěn)固夾緊，并通過螺絲組合安裝在升降輔助裝置上。

升降輔助裝置采用直流電機(jī)電動推桿伸縮的方式，上下兩端內(nèi)置限位開關(guān)，只要下降到最低和上升到最高位置便會自動斷電停止。升降平臺采用的電源是18 V直流電源，因此可以與電鉆共用電源。升降平臺的升降速度為24 mm/s，經(jīng)測試可以承受40 kg的重量，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足操作時的承重要求。升降輔助裝置采用一個三擋正反開關(guān)控制，安裝在裝置外殼的面板上，方便操作人員進(jìn)行精準(zhǔn)控制。

為了克服操作過程中電鉆轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的反作用力及不平衡走位，本研究設(shè)計出專用的升降導(dǎo)軌，壁厚5 mm，有足夠的機(jī)械強(qiáng)度。在給升降裝置提供滑向的同時，限制電鉆夾緊裝置座的位移空間，起到固定電鉆作用，避免了電鉆轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的反作用力及不平衡走位。

裝置底座采用4個不銹鋼增強(qiáng)尼龍固定調(diào)節(jié)腳作為支撐腳。4個固定調(diào)節(jié)腳可以通過旋轉(zhuǎn)底盤調(diào)節(jié)支撐高度，既可以調(diào)節(jié)裝置的整體高度、橫向水平，控制電鉆頭的垂直角度，又可以解決高壓場地地面的不平整問題。

裝置的電源采用18 V直流鋰電池和220 V交流電兩種模式。通過電源切換把手進(jìn)行切換選擇，分別設(shè)置“停用”“外接電源”和“內(nèi)置電源”3個檔位。當(dāng)切換把手切換至“停用”位置時，裝置失電不能工作;當(dāng)切換把手切換至“外接電源”位置時，裝置采用220 V交流電供電;當(dāng)切換把手切換至“內(nèi)置電源”位置時，裝置采用鋰電池供電。18 V直流鋰電池配置剩余電量顯示器，操作人員在使用裝置前可以查看鋰電池余量，選擇使用合適的電源模式，同時對鋰電池及時充電，滿足工作需求，避免了操作中刀閘動作中斷而出現(xiàn)拉弧現(xiàn)象。

利用遙控器控制電鉆的正反轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)速。在遙控器設(shè)置正反轉(zhuǎn)按鈕、調(diào)速選擇開關(guān)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能。讓操作人員可以站在合理的位置操作刀閘分合閘和察看刀閘動作過程，避免處于刀閘設(shè)備下方因電弧火花等造成的人身傷害風(fēng)險。

3 加工制作

（1）結(jié)構(gòu)加工。包括裝置的外殼、操作鉆頭、電鉆夾緊裝置、升降平臺固定面板、升降導(dǎo)軌等部件加工。均采用Solid Works三維建模軟件對其進(jìn)行設(shè)計建模，并對建模文件進(jìn)行CNC數(shù)控機(jī)床加工和激光切割加工。采用鋁合金和不銹鋼作為加工材料。

（2）元器件選用。電鉆夾頭選用13 mm最大口徑夾頭，滿足夾持操作電鉆頭要求;電源切換把手選用LW26-25/2型雙電源切換開關(guān)，額定電流為25 A，滿足電鉆電機(jī)最大工作電流要求;剩余電量顯示器選用雙顯電量電壓表顯示器，上行顯示電池電量，下行電壓表顯示電池電壓;使用兩組空氣開關(guān)分別作為鋰電池充電和外接電源開關(guān)。

（3）電路設(shè)計。“西門子”刀閘手動操作遠(yuǎn)控電鉆裝置電路設(shè)計接線如圖2所示。

本裝置采用18 V鋰電池和市電220 V交流電兩種供電模式。鋰電池供電模式：通過電源切換把手，直接向電鉆電機(jī)和升降平臺供電。當(dāng)鋰電池電量不足時，操作人員通過剩余電量顯示器顯示可直接觀察，通過220 VAC插頭插入站用電源插座，合上電池充電空氣開關(guān)，通過鋰電池充電保護(hù)器對鋰電池進(jìn)行充電。市電220 V交流電供電模式：將220 VAC插頭插入站用電源插座，合上外接電源空氣開關(guān)，220 V交流電通過整流器整定后輸出18 V直流電，再經(jīng)過電源切換把手，向電鉆電機(jī)和升降平臺供電。

遙控器則通過調(diào)節(jié)電鉆的電機(jī)輸入電流大小控制電鉆的轉(zhuǎn)速;通過控制電流的正反流向控制電鉆的正反轉(zhuǎn)。

4 成果試用

根據(jù)設(shè)計方案對“西門子”刀閘手動操作遠(yuǎn)控電鉆裝置進(jìn)行加工制作，得出成品（如圖3所示）。

在某500 kV變電站某500 kV開關(guān)由冷備用轉(zhuǎn)檢修的操作中進(jìn)行實(shí)際試用（該500 kV開關(guān)兩側(cè)刀閘和地刀均為“西門子”廠家，機(jī)構(gòu)相同），使用該“西門子”刀閘手動操作遠(yuǎn)控電鉆裝置分別對501117地刀三相和501127地刀三相進(jìn)行就地手動分合閘操作。18 V鋰電池和市電220 V交流電兩種供電模式均能進(jìn)行正常的工作。整個操作過程非常便捷、可靠和安全，實(shí)現(xiàn)了通過遠(yuǎn)方控制的方式對“西門子”刀閘進(jìn)行手動操作，以降低手動操作風(fēng)險和體力支出、提高操作可靠性、便捷性的研究目標(biāo)，滿足變電站安全倒閘操作的迫切需求。

5 結(jié)語

隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，人們對電力的需要越來越大，500 kV變電站在電力系統(tǒng)的重要性是不可或缺的。本文提出了一種“西門子”刀閘手動操作遠(yuǎn)控電鉆裝置，涉及變電運(yùn)行倒閘操作領(lǐng)域，改變了“西門子”刀閘原始的就地手動操作模式，通過遠(yuǎn)方控制的方式對“西門子”刀閘進(jìn)行手動操作，避免了就地手動操作造成的體力支出和人身及設(shè)備風(fēng)險，提高操作可靠性、便捷性，滿足變電站安全倒閘操作的迫切需求，提升了電網(wǎng)設(shè)備的安全運(yùn)行水平，社會效益顯著。

參 考 文 獻(xiàn)

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