開關柜接地開關防誤操作裝置的研究與設計

王文勝 余伯略 黃衛東 鄺國軍

（廣東電網公司珠海供電局，廣東 珠海 519100）

1 開關柜接地開關防誤操作的現狀

目前開關柜接地開關防誤操作采用對接地閘刀操作孔掛裝機械電磁鎖，在操作接地閘刀時由操作人員進行人工判別，在電纜無電時打開機械電磁鎖進行操作，但是在無電的情況下，機械電磁鎖也不能打開，機械電磁鎖的應用往往因現場無法提供操作電源而受到限制，況且即使有外部電源，由人工進行判別總會有出錯的可能，所以普通掛鎖方法并不是一種完善的可靠的防誤方案，如圖1所示為機械電磁鎖式高壓開關柜接地開關誤操作裝置原理框圖。

圖1 機械電磁鎖式高壓開關柜接地開關誤操作裝置原理框圖

圖2 電場耦合式電壓信號采集電路

圖3 專用帶電指示器原理框圖

2 接地開關防止誤合接地開關裝置的設計

高壓開關柜接地開關防誤操作裝置主要由專用帶電指示器、無源電磁鎖和電子鑰匙三部分組成，使用時防誤操作裝置安裝在高壓開關柜面板上，裝置上可控活門與接地開關操作孔對準，將專用帶電指示器與無源電磁鎖連接在一起，專用帶電指示器為無源電磁鎖提供控制信號。利用電容傳感器通過電場法非接觸獲得三相高壓信號，該信號通過屏蔽電纜線送到無源防誤強制閉鎖裝置作為是否開鎖判據，只要有一相高壓端有電則無源防誤強制閉鎖裝置不能開鎖，只要高壓端均沒電則可以開鎖，實現了無源防誤強制閉鎖裝置有電閉鎖、無電開鎖，即驗電解鎖功能，開鎖時需要的電能來源于無源防誤強制閉鎖裝置的外部電子鑰匙，電子鑰匙通過拔插的方式為無源防誤強制閉鎖裝置解鎖時提供電源，鎖門的驅動機構利用雙穩態電磁鐵，脈沖驅動，實現了閉鎖裝置低功耗工作。

2.1 專用帶電指示器的設計

當電容傳感器與高壓帶電體接觸時，電容傳感器與高壓帶電體之間就可以等效為一電容，如圖2所示，利用電容的分壓特性在電容傳感器兩端就可以獲得與高壓帶電體電壓成份完全一致的電壓信號，該信號送到帶電顯示器進行處理后，就可以作為高壓帶電體是否存在電壓的判據。

圖4 無源電子鎖及電子鑰匙原理框圖

專用帶電指示器利用電容傳感器非接觸獲得電壓信號，通過整流電流將交流信號轉換為直流信號給電容充電，再利用限流及穩壓電路就可以獲得穩定的直流信號，該信號就作為高壓線路是否帶電的判斷依據，邏輯關系是：高壓有電時電子鑰匙不能開鎖，即操作孔或鎖門關閉，高壓沒電時可以開鎖，強制開鎖時必須使用專用的工具或不損傷柜體的破拆解鎖，為防止沒鎖門就離開，正常開鎖后解鎖鑰匙不能拔出，必須等操作結束，關閉鎖門后才能拔出解鎖鑰匙。

2.2 無源電磁鎖和電子鑰匙的設計

無源電磁鎖核心部件為雙穩態電磁鐵，由于采用雙穩態電磁鐵，閉鎖時靠電磁力吸附住，解鎖時使電磁線圈通電，產生反向電磁力，并借助彈簧彈出。

電子鑰匙采用紐扣電池供電時，采用雙穩態電磁鐵可以實現微功耗設計，12V雙穩態電磁鐵驅動電流雖然在瞬間較大，但是持續時間幾百微秒就可以工作，采用在電池兩端并聯一個電容，瞬間大電流由電容提供，這樣大大延長電池的使用壽命，無源電子鎖及電子鑰匙原理框圖如圖4所示。

無源電子鎖及電子鑰匙安裝實物圖如圖5所示，圖5中的（a）圖為閉鎖狀態，圖（b）為解鎖狀態圖。

防誤操作裝置可以在開關柜制造前配套安裝，在開關柜面板上，直接從電壓傳感器取樣，電壓信號線隱蔽在閉鎖裝置背面（閉鎖裝置背面有接線插座），安裝后與開關柜渾然一體。

防誤操作裝置也可以在運行中設備不停電情況下安裝，將閉鎖裝置固定在開關柜面板上，安裝簡單、方便、牢固，電壓信號從開關柜面板上原帶電顯示器插孔取樣，閉鎖裝置配備電壓信號聯結線。

閉鎖裝置可靠性高，只要任一相取樣電壓信號存在，且取樣電壓信號≥15% 高壓側額定電壓，電磁鎖即處于強制閉鎖狀態，可控活門關閉。

閉鎖裝置具有反閉鎖功能，當接地開關操作完畢，必須將閉鎖裝置可控活門復位，否則鑰匙盒無法取下。

3 接地開關防止誤合接地開關裝置技術參數

1）開鎖方式：擬采用插撥式專用防誤開鎖帶電電子鑰匙。

2）鎖門機構動作元件：擬采用低功耗雙穩態電磁鎖及活動鎖片，電磁鎖設計使用壽命大于100000次。

3）帶電顯示器電容量：5-120P。

4）開鎖鑰匙內電池為12VDC紐扣電池，設計連續解鎖使用壽命大于2000次。

5）邏輯判斷電壓信號來源于帶電指示器，帶電指示需符合DL/TS38-2006電力行業標準。

6）安裝方式：采用柜門面板螺絲固定方式。

圖5 無源電子鎖及電子鑰匙原理安裝實物圖

7）設計抗惡劣環境能力：計劃與戶外環網柜的抗環境要求指標一致。

結語

本文研究的接地開關防止誤合接地開關裝置利用雙穩態電磁鐵結合電子鑰匙和專用帶電指示器實現了環網柜接地操作孔驗電、防誤和解鎖功能，解鎖時采用外部紐扣電池供電，無源防誤強制閉鎖裝置具有極低功耗設計，紐扣電池可以連續解鎖2000次以上，根據配電網設備隱患排查的要求以及上述原因，開發無源驗電防誤解鎖一體化強制閉鎖裝置勢在必行，是為了解決在無源環境下高壓帶電時可靠地強制閉鎖接地開關操作操作孔，由驗電防誤解鎖一體化的自動裝置替代操作人員進行防誤控制，杜絕由于人為的出錯而發生誤操作的惡性事故的可能性，對保證配網運行安全和人身安全具有非常重要的意義。

[1]李國定.電磁場理論基礎[M].北京：清華大學出版社2000，8.