一种按机械程序控制的开关柜

摘　要：分析了固定柜在实际操作应用中的优缺点，提出了简单而又可靠的机械程序操作原理，并使优化设计思路在生产实践中得到应用。
关键词：开关柜；控制程序；三工位开关；槽轮操作机构

1 概述

　　铠装固定式全封闭开关设备（简称固定柜），在电力系统中得到广泛运用。它的最大优点在于其有可视的隔离断口和接地断口，增加了运行和维护的安全性。

　　但是，隔离开关和接地开关都是由一对一的手动操作机构来控制，所以手动操作机构的数量较多。为了保证操作的安全性，隔离开关、接地开关和断路器必须按严格的程序进行操作，所以在手动操作机构之间以及它们与断路器之间设置有复杂的机械联锁装置。

　　一般固定柜的典型方案（断电状态）如图1所示：有两个隔离开关，两个接地开关和一个断路器（自带操作机构），所以需要四个手动操作机构。 请登陆:输配电设备网 浏览更多信息

　　开关柜的送电操作顺序如下：

　　(1) 关好柜门；

　　(2) 分开上接地开关；

　　(3)分开下接地开关；

　　(4)合上上隔离开关；

　　(5)合上下隔离开关；

　　(6)合上断路器，完成送电。

　　如果需要完成断电的全过程，则按相反的顺序进行操作。显然，操作机构越多，操作手柄越多；联锁装置越复杂，操作过程越繁琐。不安全性隐患自然就越多。

2 设计思路

　　为了克服固定柜的以上缺点，进一步提高供电的可靠性，我们感到有必要对固定柜进行创新，引入新的设计理念：

2.1 尽量减少开关数量。

　　由于隔离开关与接地开关是不可能同时合闸的，所以就有可能用一个三工位开关来代替一个隔离开关和一个接地开关。

2.2 尽量简化联锁机构。

　　由于间歇运动机构能按照特定的要求产生周期性的运动和停顿。所以不但能很方便的实现三工位开关的隔离或者接地的操作，而且也能很方便地按照程序进行多个三工位开关的各种操作，不需要再附加任何联锁机构。断路器和门的操作与三工位开关操作之间也有一定的顺序关系。所以只需要简单的联锁装置就能实现，不需要再附加程序锁。 来源:www.tede.cn

2.3 由单一操作手柄代替多个操作手柄。

　　由于三工位开关的操作机构是间歇运动机构，只要设计合理就有可能用一根操作手柄来控制多个三工位开关，不但简化了操作，而且使电动操作成为可能。

3 实施及应用
　
　　3.1 根据上述思路，广东顺开电气集团研发公司开发的新型KGN系列固定柜，典型方案如图2所示： 来源:http://tede.cn

　　固定柜是由进线侧的三工位开关，真空断路器（自带操作机构），集成化的操作机构，出线侧的三工位开关（接地开关具有接地短路关合能力；注：正在进行专利申请）等组成。

3.2 集成化的操作机构如图3所示： 来源:http://tede.cn

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　　操作系统是由左、右侧两个操作机构，伞齿轮传动部分，操作手柄，电动机及离合器、位置指示牌，真空断路器以及门的联锁机构（图中没有显示）等组成，其中右侧操作机构控制进线侧的三工位开关，左侧操作机构控制出线侧的三工位开关，离合器用于手动和电动转换。

　　三工位操作机构是根据内槽轮机构原理设计而成的，如图4所示: 来源:http://tede.cn

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　　机构是由具有径向槽的槽轮和带有圆销的曲柄以及机架所组成。槽轮上的内凹弧块与曲柄上的外凸圆弧，能保证槽轮在歇息阶段可靠定位。由于固定柜柜体是由薄钢板组装而成，刚性较差，操作时变形严重，在槽轮运动和歇息两种状态变换的时候，会出现异常的情况；所以在槽轮的径向槽之间用圆弧槽联接（圆弧半径与曲柄半径相同），曲柄上的圆销被完全限制在槽内运动。有的径向槽可能与两段圆弧槽联接，为了保证圆销沿着正确的方向运动，我们在槽轮上设置了导向凸轮，在曲柄上设置了导向销，使得运动按预期的轨迹行进。

　　3.4 三工位操作机构动作的实现，如图5所示：如果曲柄顺时针旋转，曲柄上的圆销将进入槽轮的径向槽内，曲柄旋转180度，槽轮完成一次运动。如果曲柄逆时针旋转，曲柄上的圆销将进入槽轮的圆弧槽内，曲柄旋转180度，槽轮歇息，如果两组槽轮的径向段与圆弧段错开设计。则当一组机构的圆销进入径向槽时，使得另一组机构的圆销就进入圆弧槽，就能够实现步进操作。 请登陆:输配电设备网 浏览更多信息

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4 结束语

　　使用唯一的操作手柄，通过集成化操作机构对进、出线三工位开关的实行程序化操作，达到了“五防联锁”功能完善、操作简单明了、开关位置指示清晰、柜体体积小，并可以实行手动或电动操作的目的。

　　该产品已在国家高压电器质量监督检验中心通过了全部的型式试验并通过了省级鉴定；自投放市场以来，产品受到了用户的一致好评，经济效益明显。

参考文献：

　　〔1〕 黄锡恺，机械原理. 北京：高等教育出版社，1958.

　　〔2〕 SD318-89. 高压开关柜闭锁装置技术条件.

　　〔3〕 GB3906-200X. 3.6～40.5kV交流金属封闭开关设备和控制设备. 来源:www.tede.cn