徐寧 吳劍飛 金文軒 呂宣松 劉巍

摘要：高壓開關柜在電力系統(tǒng)發(fā)電、輸電、配電、電能轉換和消耗中起通斷、控制或保護等作用。在現有的10 kV開關柜驗電中，由于驗電小車重量較大，需要多人操作將驗電小車放在轉運車上再進行移動，操作過程中容易夾到操作人員，造成安全事故。為克服現有技術的不足，設計了一種分區(qū)開門的活門驅動結構及高壓開關柜，在開合過程中速度不會過快，更加安全可靠。

關鍵詞：高壓開關柜；驗電小車；驅動結構

中圖分類號：TM76? ? 文獻標志碼：A? ? 文章編號：1671-0797（2023）10-0028-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2023.10.008

0? ? 引言

變電站是由高壓開關設備、低壓開關設備、配電變壓器、電能計量設備等組合成緊湊的成套配電裝置，用于居民小區(qū)、高新技術開發(fā)區(qū)、中小型工廠、礦山油田及有臨時施工用電的場所[1-2]。在配電系統(tǒng)中變電站用于接收和分配電能，當前城市變電站建設和改造采用的新型成套設備[3]既可用于環(huán)網配電系統(tǒng)，也可用于雙電源或放射終端配電系統(tǒng)。

高壓開關柜在電力系統(tǒng)發(fā)電、輸電、配電、電能轉換和消耗中起通斷、控制或保護等作用，主要適用于發(fā)電廠、變電站、礦山、石油化工、冶金軋鋼、輕工紡織和住宅小區(qū)等各種不同場合，開關柜具有架空進出線、電纜進出線、母線聯絡等功能。

在現有的10 kV開關柜驗電中，由于驗電小車重量較大，需要多人操作將驗電小車放在轉運車上再進行移動。而現有高壓開關柜的驅動結構一般為直接帶動活門在軌道上移動，其開合速度較快，容易夾到操作人員。若現場工作人員誤操作，將手深入開關柜內，就極易發(fā)生安全事故。

1? ? 現有結構缺陷

現有高壓開關柜操作過程中，為保證電力網安全運行、確保設備和人身安全、防止誤操作，有五項防止電氣誤操作的內容，主要包括：

（1）為防止帶負荷分、合隔離開關，高壓開關柜內的真空斷路器小車在試驗位置合閘后，小車斷路器無法進入工作位置。

（2）為防止帶接地線合閘，高壓開關柜內的接地刀在合位時，小車斷路器無法合閘。

（3）為防止誤入帶電間隔，高壓開關柜內的真空斷路器在合閘工作時，盤柜后門用接地刀上的機械與柜門閉鎖。

（4）為防止帶電掛接地線，高壓開關柜內的真空斷路器在工作時合閘，合接地刀無法投入。

（5）為防止帶負荷拉刀閘，高壓開關柜內的真空斷路器在工作合閘運行時，無法退出小車斷路器的工作位置。

因此，現有開關柜結構為上下活門拐臂、中心軸、上下剪刀軸、剪刀軸、支撐架、固定板、彈簧；固定板安裝在高壓開關柜斷路器室內的左右側板上，支撐架安裝在固定板上，中心軸安裝于固定板上，中心軸上套彈簧、上下活門拐臂；彈簧位于上下活門拐臂之間，上下剪刀軸安裝在上下活門拐臂上。上下活門拐臂連接在上下活門連桿靠下方的一端，上下活門連桿靠上方一端對應連接上下活門板，上下活門板套在左右導桿上進行上下滑動，并由左右導桿上的定位銷限制上下運動的距離，相應地就限制了上下活門拐臂間開啟的角度。該結構有如下缺陷：

（1）機械結構復雜，需要轉運小車操作，現場操作時人員可能會誤操作將手深入開關柜內，極易造成人員觸電，形成安全隱患。

（2）開合速度較快，容易夾到操作人員，形成安全隱患。

為了克服現有技術的不足，本文提出了一種分區(qū)開門的活門驅動結構及高壓開關柜，在開合過程中速度不會過快，更加安全可靠。

2? ? 分區(qū)開門的活門驅動結構特點

2.1? ? 分區(qū)開門的活門驅動結構組成

分區(qū)開門的活門驅動結構組成如圖1所示。

2.2? ? 分區(qū)開門的活門驅動結構特點

分區(qū)開門的活門驅動結構及高壓開關柜整體如圖2所示，該裝置為一種分區(qū)開門的活門驅動結構，主要包括基座、調節(jié)支架、調節(jié)從動絲桿、驅動軸。

（1）基座為一塊起固定作用的蓋板，用于固定調節(jié)支架與驅動主軸。包括前蓋板和后蓋板，前蓋板和后蓋板之間安裝有左支架、右支架和驅動軸。蓋板包括與前蓋板平行的后板體，以及與前蓋板通過螺釘連接的上折彎部、下折彎部，通過折彎部的長度可以控制前蓋板和后蓋板之間的距離，該結構只需對后蓋板進行折彎加工，成本較低。

（2）調節(jié)支架是安裝在基座上的左支架、右支架。上折彎部的上側焊接有上橫梁套，左支架包括左上橫梁，右支架包括右上橫梁，左上橫梁和右上橫梁均安裝在橫梁套內。左支架還包括左下橫梁，右支架還包括右下橫梁，左下橫梁和右下橫梁均安裝在下折彎部中，下折彎部中還設有橫梁導向塊，左下橫梁和右下橫梁上均設有導向槽，導向槽的長度方向與左支架、右支架的移動方向相同，每個導向槽中至少安裝有兩個橫梁導向塊，橫梁導向塊的高度與導向槽的高度相同。

左上橫梁內還安裝有左限位板，右上橫梁內還安裝有右限位板，左限位板與左上橫梁的內壁之間通過左拉伸彈簧連接，右限位板與右上橫梁的內壁之間通過右拉伸彈簧連接；左限位板和右限位板上均設有限位槽，限位槽包括與驅動軸外徑大小適配的第一轉動槽和第二轉動槽，第一轉動槽和第二轉動槽之間通過連接槽連接，連接槽的寬度小于第一轉動槽和第二轉動槽的內徑，驅動軸上設有可以在連接槽中移動的驅動軸凹口部，高權限鎖包括用于將左限位板和右限位板在驅動軸的軸向方向上撥到驅動軸凹口部處的撥塊，撥塊位于左限位板和右限位板之間。

左支架上安裝有左螺套，左螺套適配安裝在左傳動絲桿上，右支架上安裝有右螺套，右螺套適配安裝在右傳動絲桿上。

（3）調節(jié)從動絲桿分為左傳動絲桿和右傳動絲桿，一端安裝在驅動主軸上，另一端用于調節(jié)支架。左傳動絲桿的兩端安裝有左軸承和左軸承座，左軸承座固定安裝在蓋板上。右傳動絲桿的兩端安裝有右軸承和右軸承座，右軸承座固定安裝在蓋板上。左支架包括左焊接件，左焊接件包括第一焊接件和第二焊接件，第一焊接件包括上安裝段、下安裝段和第一連接段，上安裝段與左上橫梁連接，下安裝段與左下橫梁連接，第二焊接件包括第二連接段和第二安裝段，第二連接段和第一連接段焊接，第二安裝段安裝在左下橫梁中。右支架包括與左焊接件結構相同的右焊接件，該結構使得焊接件強度更高。第一連接段和第二連接段相對左下橫梁的運動方向傾斜，傾斜的第一連接段和第二連接段可以提高對尺寸偏差的容許量。

（4）驅動軸固定在基座下端，一端安裝有傘齒輪，用于安裝調節(jié)從動絲桿組件。在活門開啟時，通過驅動軸的轉動，可以帶動傘齒輪轉動，進而帶動左傳動絲桿和右傳動絲桿轉動，使得左螺套向左移動，右螺套向右移動，從而使得左支架向左移動，右支架向右移動，帶動兩側的門板打開，而在活門復位過程中，即使活門受力較大，在螺套運動方向上的力都會被傳動絲桿抵消，使得活門的移動速度不會過快，更加安全可靠。

3? ? 基本原理

3.1? ? 活門傳動原理

分區(qū)開門的活門驅動結構及高壓開關柜，包括前蓋板和后蓋板，前蓋板和后蓋板之間安裝有左支架、右支架和驅動軸，驅動軸的一端安裝有傘齒輪，前蓋板和后蓋板之間還安裝有左傳動絲桿和右傳動絲桿，左支架上安裝有左螺套，左螺套適配安裝在左傳動絲桿上，右支架上安裝有右螺套，右螺套適配安裝在右傳動絲桿上。通過調節(jié)支架組件與調節(jié)從動絲桿組件的方式，實現輕量化的活門驅動，操作方式簡便。

開關柜的操作原理：通過驅動軸的轉動，可以帶動傘齒輪轉動，進而帶動左傳動絲桿和右傳動絲桿轉動，使得左螺套向左移動，右螺套向右移動，從而使得左支架向左移動，右支架向右移動，帶動兩側的門板打開。因此，該開關柜整體可看作調節(jié)支架通過調節(jié)從動絲桿的轉動開合，進而帶動兩側門板開合。

在活門復位過程中，即使活門受力較大，在螺套運動方向上的力都會被傳動絲桿抵消，使得活門的移動速度不會過快，更加安全可靠，解決了現有技術中高壓開關柜的活門開關速度過快，容易夾傷操作人員的問題。當需要進行高壓開關柜活門驅動時，通過驅動主軸轉動即可實現。

3.2? ? 高壓開關柜檢修原理

開關柜內空間包括位于中部的低權限區(qū)，以及位于低權限區(qū)兩側的高權限區(qū)?；铋T驅動結構還包括用于開啟開關柜內低權限區(qū)的低權限鎖和用于進一步開啟開關柜高權限區(qū)的高權限鎖。

高壓開關柜內一般分為多個區(qū)域，每個區(qū)域中安裝不同的組件，而不同組件對檢修人員的要求不同。例如：儀表室內器件的電壓較低，檢查過程也以數值記錄為主，對檢修人員的要求較低；而母線室內電壓較高，若操作不當容易發(fā)生觸電事故?，F有的工作環(huán)境中，一般安排固定的檢修人員同時檢修開關柜內各個區(qū)域，對檢修人員的要求較高；而本方案中通過高權限鎖可以將檢修要求較高的區(qū)域與檢修要求較低的區(qū)域隔開，從而可以將檢修不同區(qū)域的任務分配給不同級別的檢修員，進而節(jié)省人工成本，并且低權限的檢修員無法打開高權限區(qū)，可以避免經驗不足的檢修員誤操作導致的觸電事故。

上橫梁套內還安裝有用于將被撥塊撥動后的左限位板和右限位板復位的限位板復位結構，在活門被完全關閉后，左限位板和右限位板會在驅動軸軸向上復位，而當左限位板和右限位板在軸向上復位前，活門的高權限區(qū)一旦打開，就處于可反復打開的狀態(tài)，便于檢修人員暫時關閉高權限區(qū)從而進行接電測試。

需要對低權限區(qū)進行檢修操作時，低權限鎖插銷從驅動軸退出，從而使得驅動軸處于可轉動狀態(tài)，驅動軸轉動同時帶動兩側的門板向外打開，此時，由于驅動軸位于第一轉動槽內，左限位板和右限位板受到驅動軸的限位無法水平移動，因此，左限位板和左上橫梁、右限位板和右上橫梁之間會產生相對移動，并使得左拉伸彈簧和右拉伸彈簧被拉長，待彈簧拉伸到一定長度后，左限位塊碰到左限位座，右限位塊碰到右限位座，左支架和右支架無法再繼續(xù)移動，此時，低權限區(qū)被打開，而高權限區(qū)仍處于關閉狀態(tài)，當檢修人員完成檢修后，左拉伸彈簧和右拉伸彈簧可以使得左支架和右支架自動復位；當需要對高權限區(qū)進行檢修操作時，高權限的檢修人員將高權限鎖撥動，從而使得左限位板向下撥動，右限位板向上撥動，并且都移動到驅動軸凹口部處，此時，由于驅動軸凹口部可以通過連接槽，左限位板和右限位板可以在驅動軸的徑向上移動，從而使得左支架和右支架可以移動更遠的距離，進而使得高權限區(qū)被打開。

當低權限的檢修員在檢修過程中發(fā)現問題需要打開高權限區(qū)域進行維修時，可以通知高權限的檢修員，在活門處于低權限區(qū)打開的情況下進一步打開，其過程為：通過高權限鎖的撥塊將左限位板和右限位板撥到驅動軸凹口部處，在左拉伸彈簧和右拉伸彈簧的作用下，左限位板向左移動，右限位板向右移動，使得左限位塊和左限位座分離、右限位塊和右限位座分離，此時，左支架和右支架可以進一步向外打開。

當高權限區(qū)域在維修過程中需要暫時關閉時，例如，母線室的母線需要更換時，需要斷電后打開高權限區(qū)，而判斷更換母線后開關柜是否正常工作需要關閉高權限區(qū)并接電進行檢測，這會導致高權限區(qū)需要反復開啟，而高權限區(qū)開啟一次后，左限位板和右限位板均處于驅動軸凹口部中，可以在不動用高權限鎖的情況下反復開啟高權限區(qū)，直到檢修完全完成后，限位板復位結構使得左限位板和右限位板在驅動軸的軸向上復位，高權限區(qū)才再次處于鎖死狀態(tài)。

4? ? 結語

環(huán)網柜本身具有結構簡單、操作靈活、聯鎖可靠等特點，對各種不同的應用場合、不同用戶要求均能提供令人滿意的技術方案。傳感技術和最新保護繼電器的采用，加上先進的技術性能及輕便靈活的裝配方案，可以完全滿足市場不斷變化的要求。

但其也存在諸多操作不便的缺陷及安全隱患，而本文所設計的分區(qū)開門的活門驅動結構及高壓開關柜，相比于傳統(tǒng)的10 kV開關柜具有如下優(yōu)勢：（1）活門復位過程中不會移動過快，更加安全可靠；（2）該活門驅動結構生產成本較低；（3）該高壓開關柜活門驅動的結構強度高；（4）可以將檢修要求較高的區(qū)域與檢修要求較低的區(qū)域隔開，從而將檢修不同區(qū)域的任務分配給不同級別的檢修員，進而節(jié)省人工成本；（5）高權限區(qū)被打開一次后，在活門完全關閉前可以被反復打開，便于檢修人員檢修。

[參考文獻]

[1] 吳偉光，蔡彬，馬履中.利用ANSYS確定開關柜承受的最大爆炸沖擊載荷[J].機械設計與制造，2005（10）：92-94.

[2] 倪佳佳.12/24 kV開關柜內電弧故障分析及保護[D].廈門：廈門理工學院，2017.

[3] 吳田，楊東，黎鵬，等.中壓開關柜內部電弧壓力升計算——模型簡化方法研究[J].高壓電器，2020，56（3）：39-45.

收稿日期：2023-02-06

作者簡介：徐寧（1987—），男，吉林人，工程師，研究方向：電力系統(tǒng)配電柜。