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開關(guān)是電力系統(tǒng)中應(yīng)用最廣泛且不可或缺的電力設(shè)備[1]，當(dāng)電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，用于開斷或閉合空載電流和負(fù)載電流，當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，用于快速切除短路電流和負(fù)載電流，確保電力系統(tǒng)、設(shè)備和人身安全。

分閘線圈、合閘線圈是開關(guān)控制回路重要組成部分，用于控制開關(guān)分閘、合閘[2]，當(dāng)開關(guān)操作電源和電機(jī)電源均在合位，打開開關(guān)機(jī)構(gòu)箱進(jìn)行日常維護(hù)等工作時(shí)，若開關(guān)在合位，誤觸碰到開關(guān)分閘線圈的撞桿，撞桿撞擊分閘觸發(fā)器，可能會(huì)導(dǎo)致開關(guān)誤分閘；若開關(guān)在分位，誤觸碰到開關(guān)合閘線圈的撞桿，撞桿撞擊合閘觸發(fā)器，可能會(huì)導(dǎo)致開關(guān)合閘。開關(guān)分閘過程中，分閘彈簧釋放能量，帶動(dòng)主拐臂旋轉(zhuǎn)，使開關(guān)分閘，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生巨響，若此時(shí)維護(hù)人員在開關(guān)機(jī)構(gòu)旁，主拐臂、彈簧或其附件可能會(huì)誤傷維護(hù)人員，開關(guān)合閘過程中亦是如此。若維護(hù)人員誤碰壞分閘線圈，可能會(huì)導(dǎo)致在發(fā)生故障時(shí)，開關(guān)無法分閘，從而擴(kuò)大停電范圍，誤碰壞合閘線圈雖然比碰壞分閘線圈危害小，但也會(huì)影響設(shè)備正常送電，妨礙設(shè)備的供電可靠性[3]。文獻(xiàn)[4]針對(duì)西門子“3AP1F1”“3AP1FG”型開關(guān)機(jī)構(gòu)，在分閘線圈上方加裝方形外殼，外殼上有散熱孔，但是安裝方形外殼需要在開關(guān)機(jī)構(gòu)上打孔，且未對(duì)合閘線圈加裝防護(hù)裝置。

基于此，本文研制一種用于防誤觸碰35kV開關(guān)分合閘線圈裝置，在分合閘線圈及開關(guān)機(jī)構(gòu)前加裝防護(hù)裝置，使維護(hù)人員與開關(guān)機(jī)構(gòu)分合閘線圈之間形成屏障，保證設(shè)備運(yùn)行安全和人身安全。

1 需打開開關(guān)機(jī)構(gòu)箱的工作

本文研制的防誤觸碰開關(guān)分合閘線圈裝置，主要針對(duì)西門子35kV開關(guān)機(jī)構(gòu)，型號(hào)為3AP1 FG，該機(jī)構(gòu)的箱門可以前后打開，前門有端子排、分合閘操作面板、合閘彈簧機(jī)構(gòu)、分閘彈簧機(jī)構(gòu)等部件，后門有儲(chǔ)能電機(jī)、分合閘聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)、分合閘線圈等部件，打開箱門后，這些部件均未經(jīng)擋板等阻隔，裸露在外面。分合閘線圈如圖1所示，可以看出，分合閘線圈撞桿與機(jī)構(gòu)垂直，撞桿很容易受到來自垂直于機(jī)構(gòu)方向的物體撞擊，若撞擊力度達(dá)到觸發(fā)分閘接觸器或者合閘接觸器，開關(guān)就會(huì)分閘或合閘，這種安裝方式的分合閘線圈，在無防護(hù)的情況下，很多日常工作均可能誤觸碰。

圖1 西門子開關(guān)分合閘線圈

開關(guān)機(jī)構(gòu)箱在實(shí)際運(yùn)行中，應(yīng)做好防蟲驅(qū)蟲、防潮、防塵、防火等工作，防止因積塵、受潮、蟲害、火災(zāi)等問題對(duì)機(jī)構(gòu)箱的良好運(yùn)行產(chǎn)生影響，保證變電站設(shè)備健康水平。因此，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)分析，變電站日常工作中，會(huì)打開開關(guān)機(jī)構(gòu)箱造成誤觸碰分合閘線圈，導(dǎo)致分合閘線圈損壞或誤分合閘風(fēng)險(xiǎn)的工作主要有：

一是對(duì)開關(guān)機(jī)構(gòu)箱內(nèi)電纜封堵、箱體密封、防火隔板、加熱器設(shè)備運(yùn)行工況[5]、照明燈具等月度檢查，機(jī)構(gòu)箱箱內(nèi)清掃；二是天氣突變、保供電等對(duì)設(shè)備特巡工作；三是繼電保護(hù)裝置定檢等需打開開關(guān)機(jī)構(gòu)箱的工作；四是開關(guān)機(jī)構(gòu)檢修、開關(guān)防拒動(dòng)檢查等工作中誤觸碰分合閘線圈，或使用生產(chǎn)工具時(shí)，工具不小心觸碰到分合閘線圈；五是其他工具在使用時(shí)誤觸碰分合閘線圈；六是開關(guān)機(jī)構(gòu)箱門打開時(shí)，異物撞擊分合閘線圈，導(dǎo)致分合閘線圈毀壞。上述工作對(duì)開關(guān)分合閘線圈造成的誤觸碰風(fēng)險(xiǎn)，沒有確定的時(shí)間，亦無規(guī)律，使運(yùn)維人員對(duì)此風(fēng)險(xiǎn)的管控變得困難。

2 開關(guān)機(jī)構(gòu)加裝防誤觸碰裝置

2.1 防誤觸碰分合閘線圈裝置的設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)開關(guān)防誤觸碰分合閘線圈裝置之前，應(yīng)先熟悉開關(guān)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和工作原理，這樣才能設(shè)計(jì)出最佳方案。開關(guān)分合閘時(shí)，開關(guān)機(jī)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生較大振動(dòng)，這給防誤觸碰裝置設(shè)計(jì)帶來了難度。對(duì)防誤觸碰分合閘線圈設(shè)計(jì)要求包括：一是不能受開關(guān)分合閘時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)的影響；二是防誤觸碰裝置安裝之后，不應(yīng)影響對(duì)開關(guān)機(jī)構(gòu)的觀察；三是不應(yīng)影響開關(guān)機(jī)構(gòu)正常運(yùn)作，應(yīng)盡可能減少對(duì)開關(guān)機(jī)構(gòu)的影響。四是防誤觸碰裝置應(yīng)滿足安全性要求，絕緣、防火、防潮；五是在安裝防誤觸碰裝置時(shí)，不應(yīng)在開關(guān)機(jī)構(gòu)上鉆孔、焊接等破壞機(jī)構(gòu)。六是開關(guān)在分閘或合閘時(shí)，線圈會(huì)因帶電發(fā)熱，因此防誤觸碰裝置不應(yīng)影響線圈散熱。

基于上述六點(diǎn)設(shè)計(jì)要求，本文采用物理阻隔的方式，在分合閘線圈上加裝擋板，阻隔維護(hù)人員誤觸碰分合閘線圈，阻隔擋板材料選用不可燃、絕緣、安全性強(qiáng)的透明有機(jī)玻璃材料；擋板安裝選用螺絲固定的方式，即根據(jù)35kV開關(guān)機(jī)構(gòu)特點(diǎn)，借助開關(guān)機(jī)構(gòu)預(yù)留的螺絲孔作為有機(jī)玻璃擋板的安裝孔，這樣無需再焊接其他輔助安裝設(shè)施，實(shí)現(xiàn)減少因安裝有機(jī)玻璃擋板對(duì)開關(guān)機(jī)構(gòu)影響的要求；螺絲和螺母采用不可燃和絕緣的尼龍材料，這樣在安裝時(shí)和正常運(yùn)行時(shí)均不會(huì)損傷開關(guān)機(jī)構(gòu)，滿足設(shè)計(jì)要求。有機(jī)玻璃擋板在設(shè)計(jì)時(shí)，與開關(guān)機(jī)構(gòu)留有一定距離，線圈上方留有圓形孔，線圈可從上方和左右兩側(cè)散熱。

2.2 前期材料準(zhǔn)備及裝置制作

通過正規(guī)渠道，購(gòu)買質(zhì)量合格的有機(jī)玻璃和柱形尼龍材料，保證材料質(zhì)量的安全可靠。測(cè)量開關(guān)機(jī)構(gòu)預(yù)留螺絲孔的孔徑、深度和螺紋距離，分別構(gòu)建出螺絲和螺母的CAD三維模型，用于螺絲和螺母的制作，采用三個(gè)螺母的方式，方便有機(jī)玻璃擋板的固定。測(cè)量各預(yù)留螺絲孔之間的距離，開關(guān)機(jī)構(gòu)與分合閘線圈構(gòu)成的平面大小，確定有機(jī)玻璃擋板大小、擋板上螺絲孔位置和孔徑，構(gòu)建有機(jī)玻璃擋板的CAD三維模型，將擋板制作成框型，保證擋板與開關(guān)機(jī)構(gòu)保持一定距離，擋板上螺絲孔采用圓角矩形，方便安裝時(shí)螺絲隨螺絲孔位置進(jìn)行調(diào)節(jié)。構(gòu)建完成螺絲和有機(jī)玻璃擋板模型后，制作模具，將材料加工成實(shí)物。螺絲和有機(jī)玻璃擋板制作完成后，經(jīng)開關(guān)廠家進(jìn)行多次開關(guān)分合閘振動(dòng)試驗(yàn)，測(cè)試合格后才能將裝置推廣應(yīng)用，安裝在運(yùn)行的開關(guān)機(jī)構(gòu)上，確保開關(guān)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2.3 防誤觸碰裝置安裝

防誤觸碰分合閘線圈裝置制作完成后，接下來就要對(duì)裝置進(jìn)行安裝。為確保施工人員的安全，安裝前應(yīng)先將開關(guān)轉(zhuǎn)為檢修狀態(tài)，斷開開關(guān)操作電源和電機(jī)電源空氣開關(guān)，防止施工人員在安裝防誤觸碰裝置時(shí)開關(guān)突然分合閘，誤傷施工人員。開關(guān)轉(zhuǎn)檢修后，做好安全措施，開具工作票后就可以進(jìn)行防誤觸碰裝置的安裝。

安裝前應(yīng)提前準(zhǔn)備好工器具，如扳手等，保證安裝順利完成。首先將有機(jī)玻璃擋板兩個(gè)安裝孔與開關(guān)機(jī)構(gòu)兩個(gè)螺絲孔對(duì)齊，插入螺絲前，先在螺絲孔放置一層軟墊片，可防止有機(jī)玻璃擋板因開關(guān)機(jī)構(gòu)分合閘時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)而受損，然后將絕緣螺絲分別插入螺絲孔固定有機(jī)玻璃擋板，擰緊絕緣螺絲，檢查有機(jī)玻璃擋板安裝是否牢固。安裝完成后，整理工器具，清理現(xiàn)場(chǎng)，勿將垃圾、工器具等遺留在開關(guān)機(jī)構(gòu)箱內(nèi)。

2.4 安裝后的驗(yàn)證與維護(hù)

安裝后通過對(duì)開關(guān)多次分合閘測(cè)試，來檢驗(yàn)防誤觸碰分合閘線圈裝置安裝后對(duì)開關(guān)分合閘及開關(guān)機(jī)構(gòu)的影響。通過檢驗(yàn)，防誤觸碰開關(guān)分合閘線圈裝置對(duì)開關(guān)分合閘及正常運(yùn)行無影響，且特殊材質(zhì)螺絲不受開關(guān)分合閘振動(dòng)的影響，幾乎不會(huì)發(fā)生松動(dòng)現(xiàn)象，安裝牢固。

防誤觸碰裝置安裝后，無需特意維護(hù)，只需定期檢查裝置螺絲是否松動(dòng)，以防裝置固定螺絲長(zhǎng)期受開關(guān)分合閘振動(dòng)，發(fā)生輕微松動(dòng)，對(duì)開關(guān)機(jī)構(gòu)正常運(yùn)行產(chǎn)生影響。安裝后若要對(duì)開關(guān)機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢修等工作，只需將固定螺絲拆除，取下防誤觸碰裝置，工作完成后再裝上即可。

3 防誤觸碰裝置現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用和推廣

某500kV變電站是佛山市重要變電站，站內(nèi)有4臺(tái)主變，每臺(tái)主變變低所帶的35kV母線設(shè)備開關(guān)均為西門子“3AP1 FG”型開關(guān)，共22臺(tái)，由于數(shù)量龐大，安全隱患程度也隨之增加。為了消除西門子“3AP1FG”型開關(guān)分合閘線圈裸露在外，容易被工作人員觸碰的風(fēng)險(xiǎn)，站內(nèi)人員按照文中設(shè)計(jì)方法制作出分合閘線圈防誤觸碰裝置，付諸實(shí)施，安裝在站內(nèi)22臺(tái)開關(guān)上，制作完成的螺絲、螺母、有機(jī)玻璃擋板如圖2所示。安裝完成后的開關(guān)機(jī)構(gòu)如圖3所示?？梢钥闯?，防誤觸碰分合閘線圈安裝之后，對(duì)開關(guān)分合閘線圈有很好的防護(hù)作用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)分合閘線圈誤觸碰風(fēng)險(xiǎn)有效精準(zhǔn)地管控，消除了誤觸碰的安全隱患，提高了設(shè)備供電可靠性。

圖2 制作的螺絲、螺母和有機(jī)玻璃擋板

開關(guān)機(jī)構(gòu)安裝分合閘線圈防誤觸碰裝置后，運(yùn)維人員在對(duì)開關(guān)機(jī)構(gòu)箱進(jìn)行防火、防潮、防塵、治蟲等日常維護(hù)時(shí)，無需分心特意關(guān)注分合閘線圈，減輕了運(yùn)維人員心理壓力，使運(yùn)維人員更多地專注維護(hù)工作。繼保、檢修等工作人員也無需擔(dān)心工具等碰壞分合閘線圈。

防誤觸碰裝置安裝半年后，防護(hù)效果良好，可以推廣到全省變電站所有35kV西門子“3AP1 FG”型開關(guān)設(shè)備上，徹底消除分合閘線圈誤觸碰隱患。

圖3 安裝后開關(guān)機(jī)構(gòu)

4 結(jié)語

由于誤觸碰開關(guān)分合閘線圈風(fēng)險(xiǎn)較大，嚴(yán)重影響電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，本文對(duì)防誤觸碰開關(guān)分合閘線圈機(jī)理進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)和制作防誤碰裝置，測(cè)試合格后安裝于運(yùn)行中的開關(guān)機(jī)構(gòu)上。經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)，防誤觸碰分合閘線圈裝置能較好地阻止工作人員誤觸碰分合閘線圈，且對(duì)開關(guān)正常運(yùn)行無任何影響，保證電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，開關(guān)能迅速切斷故障電流。