提高配電網安全性的隔離開關用機械鎖定保護裝置探析

劉永剛

提高配電網安全性的隔離開關用機械鎖定保護裝置探析

劉永剛

隨著國民經濟的持續發展和人民用電需求的提高,國家對電網的投資力度加大,對供電可靠性和供電質量的要求也越來越高。作為電源隔離或分線用途的高壓隔離開關使用量大,性能可靠性要求高,是我國配電網中使用量最大的產品之一。高壓隔離開關的誤動作事故嚴重影響著配電網絡的安全。本文是筆者理論與實踐的一次有益嘗試,開發出這種隔離開關用機械鎖定保護裝置,爭取在滿足國家標準或客戶需求的基礎上,以達到提高配電網安全性的目的。

配電網 安全性 隔離開關用機械鎖定保護裝置

在電力系統中，隔離開關作為配網設備，應用比較廣泛，其從應用上來看，主要起到了對電源隔離或分切線路的用途，對配電網的安全性有著十分重要的影響。然而，傳統的隔離開關在實際應用中往往會因操作過電壓、雷電流沖擊，風擺、雨雪、鳥雀等不確定干擾因素的影響而誤動作，造成停電事故，給配電網的正常運行帶來隱患。所以，設計一款抗干擾能力強，能夠避免誤動作，以期提高配電網安全性的隔離開關是十分有必要的，現開始探討新型隔離開關的設計。

1 提高配電網安全性的隔離開關用機械鎖定保護裝置設計的必要性

伴隨著我國經濟實力的不斷攀升，電力建設得到了迅速發展，然而伴隨發展而來的問題也接踵而至。譬如在我國配電網中使用頻繁的隔離開關，它是通過動、靜觸頭的切合與分離實現分、合電路操作，用以改變電路連接或使線路或設備與電源隔離的。一旦出現故障，不僅給公用電網的運行安全滋生困擾，還可能會燒壞附近的電器，或造成停電事故，給用戶帶來不可挽回的經濟損失。

傳統隔離開關在機械鎖定裝置上多利用勾型彈簧，借由聯動回轉壓板形成鎖扣，雖然設計精巧，但是缺點是：使用時，其彈性元件極易受外力震蕩、環境干擾，或裝配不良，而易于脫落。此外，這種裝置受到了勾型彈簧結構的局限性——有效圈數少，其儲能方式是由彈簧本身的張力形成，易于產生彈性疲勞而失效。在國內，高壓隔離開關鎖定機構使用最多的一種方式是扳扣式結構，它由拉伸彈簧牽引撞針片形成鎖扣，裝配精度差;由于是裸露裝置，極易受污穢等環境因素干擾而失效。高壓隔離開關的誤動作事故嚴重影響著供配電網運行的可靠性，因此，在隔離開關上設計一種安全可靠的機械鎖定保護裝置是十分必要的。

圖1 實施方案結構示意圖

2 提高配電網安全性的隔離開關用機械鎖定保護裝置設計分析

由上文中可知，隔離開關在配電網中應用廣泛，而其安全性的提高，對電力系統輸配電的可靠性有很大影響。下面就對隔離開關用機械鎖定保護裝置的設計進行分析：

這種機械鎖定保護裝置主要安設于隔離開關刀閘上，完全區別于傳統隔離開關的機械鎖定裝置安裝精度差、彈簧裸露、易于彈性疲勞，受環境干擾大的缺點，將彈性部件封裝在密閉滑到內，作簡單直線往復運動，配合刀閘的回轉，以實現隔離開關的開鎖分閘/閉鎖合閘操作。

所述密閉滑道固定在所述隔開開關刀閘上，該密閉滑道的一端為容所述鎖舌進出的出口，另一端為端壁;裝設在隔離開關刀閘上的拉環設有一回轉中心孔和一球面槽通孔，拉桿一端與所述鎖舌固接鉸接，限位于封閉滑道內，另一端呈球形結構，穿過所述封閉滑道的端壁后通過球面槽通孔與所述拉環鉸接。彈簧套在拉桿上，一端推抵所述鎖舌，另一端推抵所述封閉滑道的端壁。

鎖舌舌頭下端為弧形結構，以減小合閘阻力，便于鎖舌自由伸縮順利合閘。

此外，拉環有一回轉中心孔，且在孔圓周上設有限位凸臺。防止作用于拉環上的沖擊力過大造成對鎖定保護裝置的損壞。

鎖頭可根據實際需要做成各種形狀，但內孔一定是鎖舌限位孔，使鎖舌錨入鎖頭內，起到鎖定的作用。

3 提高配電網安全性的隔離開關用機械鎖定保護裝置實施方案

圖1中，本機械鎖定保護裝置由拉環1、鎖舌3、外滑槽2、內滑槽5、彈簧6、拉桿7及鎖頭(圖中未示)組成。

外滑槽2和內滑槽5扣合后形成一封閉滑道，并通過固定軸固定在隔離開關刀閘4上;鎖舌3與彈簧6被限位于封閉滑道內，封閉滑道的一端為容鎖舌3進出的出口，另一端為端壁，該端壁上開有容拉桿7穿過的通孔。

拉環1上設有一回轉中心孔13和一球面槽通孔14，利用一回轉軸穿過回轉中心孔13將拉環1可旋轉地裝設在隔離開關刀閘4上。

拉桿7一端穿過彈簧6中心孔與鎖舌3鉸鏈，另一端呈球形結構，穿過封閉滑道端壁上的通孔后與球面槽通孔14嚙合，方便于球面槽內旋轉，使得拉環1與拉桿7鉸接。

彈簧6一端推抵鎖舌3，另一端推抵封閉滑道的端壁;本實施例中，彈簧6采用成熟的圓柱形壓縮彈簧，材料為彈性不銹鋼;

鎖舌3的舌頭呈弧形結構，以減小合閘阻力，便于鎖舌自由伸縮順利合閘;鎖頭可根據實際需要做成各種形狀，可以與隔離開關的動觸頭制成一體，擬或與動觸頭裝配成一體結構，但鎖頭內孔一定是鎖舌限位孔，使鎖舌3錨入鎖頭內，起到鎖定的作用。

回轉中心孔13的圓周邊上還設有限位用的第一凸臺11和第二凸臺12，隔離開關刀閘4上還設有一個限位軸41，限位軸41位于第二凸臺12上方，用于閉鎖時抵住第二凸臺12;第一凸臺11位于封閉滑道下方，用于開鎖時鎖舌3滑入封閉滑道內后抵住封閉滑道，防止拉環1轉動角度過大或者拉環1上的沖擊力過大造成對鎖定保護裝置的損壞。

開鎖時轉動拉環1，作用于拉環1上的開鎖力傳遞給拉桿7，拉桿7牽引鎖舌3擠壓彈簧6使得鎖舌3滑入封閉滑道，退出鎖頭;閉鎖時，推動拉環1，拉環1上第二凸臺12旋轉并止位于限位軸41，彈簧6得以伸展，從封閉滑道內釋放鎖舌3，鎖舌3弧形面最先撞擊觸頭，受觸頭反作用力，鎖舌3擠壓彈簧6向滑道內移動，待隔離開關到達合閘位置時，鎖舌3受彈簧的擠壓力伸出滑道進入觸頭孔，從而實現自鎖;鎖舌3相對封閉滑道的位移是通過第一凸臺11、第二凸臺12、限位軸41以及旋轉弧長來確定的。

本設計的有益效果是：這種隔離開關用機械鎖定保護裝置，使彈性滑動部件在相對封閉的滑道內作往復運動，彈簧受環境干擾因素少，其可靠性系數提高。能夠有效地避免傳統隔離開關用機械鎖定機構的弊端，達到提高供配電網絡安全的目的。此外，其結構簡單，經濟成本僅為傳統裝置的50%～70%，具有極高的推廣價值。

4 結語

提高配電網的安全性是電力部門工作的重點，想要提高安全性首先就是要做好預防工作。本文中的隔離開關用機械保護裝置能夠提升配電網的安全性，并對整個電力系統安全起到了十分重要的作用。所以，筆者在對隔離開關用機械保護裝置進行設計時，總結了以往的相關經驗，并結合國內外的研究現狀，通過相應的科技手段不斷完善該裝置結構，以確保設計的精準。只有這樣，隔離開關用機械保護裝置才能更好地提高配電網的安全性。

[1]邱宣懷.機械設計[M].第四版.北京：北京高等教育出版社,1997.

[2]丁昌國.隔離開關存在問題及改進措施[J].吉林電力,2004(6)：55-56.

[3] 機械設計手冊編委會.機械設計手冊[M].北京：機械工業出版社,2004.