一種中置式開關柜手車接觸行程驗證輔助裝置的研制

徐偉++羅志遠++湯金興++沈波

摘 要：通過對目前廣泛應用于電力系統配電領域的10 kV/20 kV中置式高壓開關柜手車動、靜觸頭接觸不可靠可能造成的嚴重后果，新增開關柜投產驗收工作中手車接觸行程驗證項目的重要性以及實施現狀進行詳細闡述，提出了一種適用于中置式開關柜手車接觸行程驗證的輔助裝置。對該裝置的實現方法、工作原理、具體性能及現場應用進行了描述。該裝置首次將視頻實時監控的概念應用于中置式開關柜手車接觸行程的驗收工作中，不僅提高了中置式開關柜手車接觸行程驗證的科學性和準確性，也提升了中置式開關柜運行的安全性和可靠性。

關鍵詞：電力系統；中置式開關柜；接觸行程；視頻監控

中圖分類號：TM591 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.18.126

在電力系統中，10 kV/20 kV高壓開關柜是一種被廣泛應用于配電系統的電氣裝置，用于電能的接收和分配，并對線路進行控制、測量、調整和保護，可以閉合、開斷正常的電力線路，成為電力系統中必不可少的受電和配電設備。中置式結構的高壓開關柜由于柜內的主要電氣元件（比如斷路器）是安裝在可拉出的手車上的，具有機體小巧、維修方便、可靠性高、經久耐用、操作安全等優點，因而，中置式開關柜成為110 kV/35 kV變電所中應用最為廣泛的一種高壓開關柜。

近年來，隨著社會用電需求的不斷上升以及電網的高速發展，電力系統涉及大量110 kV/35 kV變電所的新建和改擴建工程。變電所新建和改擴建工程新增10 kV/20 kV中置式開關柜后，為了保證開關柜投運后的正常、安全運行，必須在開關柜正式投入運行前對其各項性能指標進行全方位的驗收，而對中置式開關柜手車接觸行程（手車接觸行程是合閘操作中動、靜觸頭接觸后絕緣拉桿繼續運動的距離，即在合閘過程中觸頭壓簧的壓縮量）的驗收是其中一個非常重要的項目。開關柜手車動、靜觸頭的接觸行程必須要達到設計位置和接觸標準，才能使開關手車動觸頭和靜觸頭完全可靠接觸。由于10 kV/20 kV開關柜運行時的電流較大，如果動、靜觸頭接觸不到位，接觸電阻的增大會引發動、靜觸頭異常發熱，嚴重時甚至燒毀開關柜，造成設備損壞和停電事故的發生，從而影響電網運行安全及供電可靠性。

1 中置式開關柜手車接觸行程驗證現狀

目前，中置式開關柜手車接觸行程驗證過程中，由于受到中置式開關柜結構和觸頭位置的限制，驗收人員無法直接觀察手車動、靜觸頭的實際位置和接觸情況，主要還是靠運維人員的操作經驗和主觀感覺判斷，針對開關柜手車接觸行程是否正常的驗收結果沒有一個科學、可靠的判斷依據，手車開關運行的安全性和可靠性無法保障。

經過對電力系統新建和改擴建變電所新增中置式高壓開關柜投產驗收現場手車接觸行程驗證項目進行調研以及查閱相關資料發現，目前還沒有涉及專門針對提升中置式開關柜手車接觸行程驗證科學性、可靠性的相關研究和經驗的公開論文及成果。因此，探尋和研制一種能夠提高中置式開關柜新建驗收時手車接觸行程驗證的有效性、可靠性的方法和裝置，對于提高中置式高壓開關柜的運行安全性和穩定性，保證供電的可靠性是非常必要的。

2 輔助裝置的研制

為了解決目前中置式開關柜驗收工作中手車接觸行程驗證項目可靠性低的問題，提升開關手車接觸行程驗證的科學性，相關機構研制了一種中置式開關柜手車接觸行程驗證輔助裝置，用于開關手車接觸行程驗證現場。

2.1 裝置構成及工作原理

中置式開關柜手車接觸行程驗證輔助裝置采用模塊化設計，主要包括電池電源模塊、微型攝像頭、畫面分割器、視頻連接線、液晶顯示屏和畫面顯示控制模塊。中置式開關柜手車接觸行程驗證輔助裝置如圖1所示。

2.1.1 電池電源模塊

電池電源模塊采用內置12 V/5 Ah的鉛酸蓄電池，電池電壓為+12 V，容量為5 Ah，通過電源開關直接供給液晶顯示屏和畫面分割器；采用開關穩壓芯片LM2576-5.0，將+12 V電壓轉換為+5 V，供給攝像頭使用，連續工作時間可達到5 h以上。裝置上設置了充電接口，當蓄電池電量降低時，可以通過外置的電池充電器由220 V交流電源對蓄電池充電。此外，裝置采用內置電源方式，工作現場無需外接電源，方便裝置的現場應用。

2.1.2 微型攝像頭

微型攝像頭選用DH-205型700線高清紅外微型攝像頭，可以在開關柜內光線較暗的環境下清晰顯示開關動、靜觸頭的接觸情況。為了方便現場應用，配備了接線背板和安裝支架。接線背板裝有XH2.54端子，與視頻連接線的一端相連，通過視頻輸出線將監控影像傳輸到控制裝置上；安裝支架為“Z”字型，攝像頭的一端對準觸頭，另一端用自粘膠帶固定在開關小車動觸頭臂上。

2.1.3 畫面分割器

畫面分割器選用型號為YG600的六畫面分割器，可以實現手車開關三相觸頭，每相上、下觸頭各一個攝像頭，供6路攝像頭視頻信號同時接入，并在同一液晶顯示屏上顯示。

2.1.4 視頻連接線

視頻連接線配置了長度為3 m的視頻專用連接線，一端為3路航空插頭，另一端為6路XH2.54的接頭，航空插頭與面板的視頻輸入端子相連，XH2.54接頭與攝像頭背板相連，將微型攝像頭信號傳輸至畫面分割器。

2.1.5 液晶顯示屏

液晶顯示屏選用型號為B1042的10寸液晶顯示屏，最大分辨率可達1 024×768，可同時顯示6路視頻輸入信號，并保證監視畫面的質量，體積適當，滿足裝置大小便于攜帶和現場應用的要求。

2.1.6 畫面顯示控制模塊

畫面顯示控制模塊可以實現按鍵和遙控兩種控制方式。按鍵控制直接設置在裝置的面板上，通過按鍵操作實現畫面顯示模式的切換；遙控控制采用紅外遙控方式，裝置上設有紅外遙控接收端，通過遙控器實現對現實畫面和模式的控制和調整。按鍵和遙控方式均可實現對畫面顯示模式的調節和控制，更換輸入不同的通道畫面，可以實現“一大五小”“一大三小”“畫中畫”“二分割”等顯示模式的切換。

2.2 裝置電源電路工作原理

裝置內置鉛酸蓄電池的電壓為+12 V，它通過電源開關直接供給液晶顯示屏和畫面分割器；攝像頭供電電源的電壓為+5 V，電路中設計使用了開關穩壓芯片LM2576-5.0，將蓄電池+12 V電壓轉換為+5 V。該芯片是美國國家半導體公司生產的3 A電流輸出降壓開關型集成穩壓電路，內含固定頻率振蕩器（52 kHz）和基準穩壓器（1.23 V），并具有完善的保護電路，包括電流限制及熱關斷電路等。利用該器件只需極少的外圍器件便可構成高效穩壓電路，+5 V電源通過視頻連接線供給攝像頭工作，并將視頻信號傳輸回裝置。裝置電源電路圖如圖2所示。

圖1 中置式開關柜手車接觸行程驗證輔助裝置實物圖

圖2 中置式開關柜手車接觸行程驗證輔助裝置電源電路圖

3 裝置的現場應用

中置式開關柜手車接觸行程驗證輔助裝置研制成功后，在國網嘉興供電公司變電運維室實訓基地10 kV開關

室現場以及所轄的文昌變、陸橋變等變電所改擴建工程的

新增10 kV/20 kV中置式開關柜手車接觸行程驗證工作現場進行了應用和效果驗證。輔助裝置現場應用情況如圖3所示。

圖3 輔助裝置現場應用圖

現場應用時，將裝置通過面板上設置的整機接地端可靠接地，保障裝置和操作人員的人身安全；將攝像頭一端對準小車觸頭，安裝支架一端用自粘膠帶固定在開關小車動觸頭臂上；將視頻連接線按照相應的編號與裝置面板上的視頻輸入端子以及攝像頭背板接口相連，然后打開裝置工作電源，開始工作。

開關柜驗收人員可在驗收現場通過該裝置的液晶顯示屏，清楚地觀察中置式開關柜開關手車由試驗位置搖至工作位置、工作位置搖至試驗位置過程中動、靜觸頭的相對運動情況以及實際接觸情況。面板上6個畫面按順序分別對應顯示開關柜手車A，B，C三相上、下6個觸頭的實際情況，并且可以通過裝置面板上的切換按鍵或者配置的遙控器對監控畫面顯示模式按需求切換和調節，有利于仔細觀察相關觸頭。通過對運動過程和實際位置的觀察，驗收人員能夠對手車接觸行程作出準確的判斷，從而保證驗收的可靠性和有效性，確保開關柜乃至電網的運行安全。

4 總結

綜上所述，本文提出的中置式開關柜手車接觸行程輔助驗證裝置首次將視頻監控技術引入中置式開關柜手車投產驗收接觸行程驗證工作現場。該裝置具有結構簡單、操作方便、通用性強等優點，可較好地應用于中置式開關柜手車接觸行程驗證現場。本課題已立項為國網浙江省電力公司2015年群眾性科技創新項目。

參考文獻

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作者簡介：徐偉（1976—），男，高級技師，高級工程師，主要從事變電運維管理工作。羅志遠（1985—），男，碩士，工程師，主要從事變電運維工作。

〔編輯：劉曉芳〕