配網環網柜防誤操作裝置的研制與應用

(深圳供電局有限公司，廣東 深圳 518000)

0 引言

本項目通過研制環網柜接地刀保護工具、對接地孔實施封閉，確保在高壓母線側帶電時，作業人員不能操作接地孔，當高壓母線側帶不帶電時，保護裝置的遮擋板是打開狀態，能正常操作接地刀。這樣一個自動化保護裝置可以保證接地刀操作更加安全，保護好設備不被誤操作損毀及作業人員的生命安全。

1 防止開關柜帶電合閘接地開關誤操作的措施

①堅持驗電，及時發現帶電回路。②正確判斷正常帶電與感應電的區別，防止誤把帶電當靜電。③認真吸取事故教訓，防止類似事故再發生。④制定完善的操作規程，并在接地操作位置設警示牌和安裝掛鎖。⑤安裝帶電防誤接地閉鎖裝置閉鎖接地刀閘，有電時不允許接地刀閘合入。

對于空氣絕緣開關柜，同時或部分采取以上5種措施，可有效地防止開關柜帶電合閘接地開關這種嚴重的誤操作。由于充氣式環網柜是全密封開關柜，故無法實現高壓驗電，只能通過帶電顯示器判斷高壓是否帶電，電力行業標準DL/T 538明確規定“僅憑帶電顯示裝置的顯示還不足以證明系統已經不帶電”。比較以上5種措施，其中第5條針對充氣式環網柜應該是最有效、可靠的防誤措施。

2 具體的實施方案

通過抽壓電容芯棒，從高壓帶電回路中抽取一定的電壓作為指示燈的電源，經過整流慮波后，將交流電變為直流電，驅動LED燈發光，當高壓母線側無電時，指示燈不亮。同時通過抽壓電容芯棒取出的電，直接與驗電接口相連接，驗電時，通過驗電孔即可完成驗電操作。接地孔遮擋機構的輸入信號為交流電的過零信號做為觸發信號，當過零信號為50 Hz頻率時，控制芯片判斷為高壓側帶電，遮擋板閉合，當50 Hz觸發信號消失，則控制芯片判斷為高壓側不帶電，控制芯片驅動馬達驅動電路，將遮擋板打開，可以進行接地刀合閘操作。

3 外觀設計

整體外觀是四方盒子形，接地孔采用兩半閉合式，這種機構更適合不同廠家生產的環網柜，體積小、安裝方便。遮擋上帶有齒條，通過小電機上的傳動齒輪帶動遮擋板開合。

4 抽壓電容器

抽壓電容器是由高壓電瓷構成的外絕緣套(如圖1)，在中間埋設高壓電容器C，電容器在交流回路中存在著一定的阻抗，稱為容抗，利用此特性可在交流電路中用于降壓。電容器的容抗計算表達式為：

Z=1/2πfc

電流計算式為：

I=U/Z

此電容器既能達到限流降壓的作用，且不消耗電能做功，因此作為傳感器使用非常經濟實用。

圖1 抽壓電容器圖

5 整流電流及指示燈

因傳統帶電指示燈采用氖泡燈，這種指示燈電路簡單，高壓經過抽壓電容降壓后可直接使氖燈點亮。控制驅動電路簡單但是氖燈的使用壽命短，因此現在采用使用壽命更長的LED作為指示燈。LED指示燈驅動電路要比氖燈的復雜一點，交流電壓如果不整為直流驅動，LED容易被交流的反向電壓擊穿導致LED燈損壞，所以使用整流電路將交流電整成脈動的直流電，在正向導通電壓下LED燈發光，反向電壓不導通，交流的頻率為50 Hz，因此LED會一閃一閃發光。

LED燈除了正向導通電壓外，還要限制LED的供電電流，防止電流過大，導致LED燈損壞(如圖2)。

圖2 整流及指示燈電路圖

6 過零檢測電路

過零檢測的作用可以理解為給MCU控制芯片提供一個檢測信號，D5、D6電壓取自抽壓電容端，經過D5、D6全波整流形成脈動的直流波形，電阻分壓后，經過電容濾波，濾除高頻成分，形成C點電壓波形，當C點電壓大于0.7 V時，三極管Q2導通，在三極管的集電極形成低電平，當C點電壓低于0.7 V時，三極管截止，三極管集電極通過上拉電阻R4，形成高電平，這樣通過三極管的反復導通、截止，在芯片過零檢測端口D點形成100 Hz脈沖波形，芯片通過判斷脈沖數量及時間確定高壓母線是否帶電。這個過零脈沖檢測法相比電壓采樣AD判斷法更為準確，不會誤動作。

7 遮擋板驅動電路

遮擋板通過底部齒輪與電機的齒輪相互齒合，電機通電時電機的輸出軸帶動齒輪旋轉，從而帶動遮擋板前進或后退。

電機的正反轉由MCU控制MOS管切換電極的方向。當過零檢測電路輸出脈沖波形的頻率為100 Hz時，芯片控制MOS管不動作，芯片控制腳輸出高電平，當芯片檢測到無過零檢測電路脈沖信號，控制芯片輸出控制電機反轉信號，將遮擋板打開，露出環網柜接地刀孔，進行接地合閘操作。如果過零脈沖信號正常，控制芯片輸出控制電機正轉信號，遮擋板將接地孔封堵，此時不能進行接地刀合閘操作。線路圖如圖3所示。

圖3 線路圖

8 結語

本項目試制了環網柜接地孔保護裝置，當高壓母線帶電時，保護裝置的遮擋板處于封閉狀態，將環網柜接地操作孔遮擋住，當保護裝置檢測到高壓母線不帶電時，控制芯片驅動馬達將遮擋板打開。這個保護裝置的最大亮點是采用過零檢測法，通過檢測交流電的脈沖頻率來判斷高壓側是否帶電，可以完全避免因感應電壓而導致的誤判斷，誤動作，判斷的可靠性要比電壓判斷法更加準確。環網柜接地孔保護可以避免誤操作接地刀導致環網柜的損失，一臺環網柜價格也不低，因此保護好環網柜，能節省不少設備成本，還有隱性的安裝費，人力成本費用，經濟效益顯著。同時，安全方面更加可靠，減少因事故導致供電企業的供電收入，因停電給用戶帶來的經濟損失，還有因事故導致供電企業形象、信譽等隱性損失。