開關分合閘線圈防誤觸碰裝置的研制與應用

廣東電網有限責任公司佛山供電局 李春陽 張耀浩 莊名富 周志紅

開關是電力系統中應用最廣泛且不可或缺的電力設備[1]，當電力系統正常運行時，用于開斷或閉合空載電流和負載電流，當電力系統發生故障時，用于快速切除短路電流和負載電流，確保電力系統、設備和人身安全。

分閘線圈、合閘線圈是開關控制回路重要組成部分，用于控制開關分閘、合閘[2]，當開關操作電源和電機電源均在合位，打開開關機構箱進行日常維護等工作時，若開關在合位，誤觸碰到開關分閘線圈的撞桿，撞桿撞擊分閘觸發器，可能會導致開關誤分閘；若開關在分位，誤觸碰到開關合閘線圈的撞桿，撞桿撞擊合閘觸發器，可能會導致開關合閘。開關分閘過程中，分閘彈簧釋放能量，帶動主拐臂旋轉，使開關分閘，同時會產生巨響，若此時維護人員在開關機構旁，主拐臂、彈簧或其附件可能會誤傷維護人員，開關合閘過程中亦是如此。若維護人員誤碰壞分閘線圈，可能會導致在發生故障時，開關無法分閘，從而擴大停電范圍，誤碰壞合閘線圈雖然比碰壞分閘線圈危害小，但也會影響設備正常送電，妨礙設備的供電可靠性[3]。文獻[4]針對西門子“3AP1F1”“3AP1FG”型開關機構，在分閘線圈上方加裝方形外殼，外殼上有散熱孔，但是安裝方形外殼需要在開關機構上打孔，且未對合閘線圈加裝防護裝置。

基于此，本文研制一種用于防誤觸碰35kV開關分合閘線圈裝置，在分合閘線圈及開關機構前加裝防護裝置，使維護人員與開關機構分合閘線圈之間形成屏障，保證設備運行安全和人身安全。

1 需打開開關機構箱的工作

本文研制的防誤觸碰開關分合閘線圈裝置，主要針對西門子35kV開關機構，型號為3AP1 FG，該機構的箱門可以前后打開，前門有端子排、分合閘操作面板、合閘彈簧機構、分閘彈簧機構等部件，后門有儲能電機、分合閘聯動機構、分合閘線圈等部件，打開箱門后，這些部件均未經擋板等阻隔，裸露在外面。分合閘線圈如圖1所示，可以看出，分合閘線圈撞桿與機構垂直，撞桿很容易受到來自垂直于機構方向的物體撞擊，若撞擊力度達到觸發分閘接觸器或者合閘接觸器，開關就會分閘或合閘，這種安裝方式的分合閘線圈，在無防護的情況下，很多日常工作均可能誤觸碰。

圖1 西門子開關分合閘線圈

開關機構箱在實際運行中，應做好防蟲驅蟲、防潮、防塵、防火等工作，防止因積塵、受潮、蟲害、火災等問題對機構箱的良好運行產生影響，保證變電站設備健康水平。因此，根據現場分析，變電站日常工作中，會打開開關機構箱造成誤觸碰分合閘線圈，導致分合閘線圈損壞或誤分合閘風險的工作主要有：

一是對開關機構箱內電纜封堵、箱體密封、防火隔板、加熱器設備運行工況[5]、照明燈具等月度檢查，機構箱箱內清掃；二是天氣突變、保供電等對設備特巡工作；三是繼電保護裝置定檢等需打開開關機構箱的工作；四是開關機構檢修、開關防拒動檢查等工作中誤觸碰分合閘線圈，或使用生產工具時，工具不小心觸碰到分合閘線圈；五是其他工具在使用時誤觸碰分合閘線圈；六是開關機構箱門打開時，異物撞擊分合閘線圈，導致分合閘線圈毀壞。上述工作對開關分合閘線圈造成的誤觸碰風險，沒有確定的時間，亦無規律，使運維人員對此風險的管控變得困難。

2 開關機構加裝防誤觸碰裝置

2.1 防誤觸碰分合閘線圈裝置的設計

在設計開關防誤觸碰分合閘線圈裝置之前，應先熟悉開關機構的結構和工作原理，這樣才能設計出最佳方案。開關分合閘時，開關機構會產生較大振動，這給防誤觸碰裝置設計帶來了難度。對防誤觸碰分合閘線圈設計要求包括：一是不能受開關分合閘時產生的振動的影響；二是防誤觸碰裝置安裝之后，不應影響對開關機構的觀察；三是不應影響開關機構正常運作，應盡可能減少對開關機構的影響。四是防誤觸碰裝置應滿足安全性要求，絕緣、防火、防潮；五是在安裝防誤觸碰裝置時，不應在開關機構上鉆孔、焊接等破壞機構。六是開關在分閘或合閘時，線圈會因帶電發熱，因此防誤觸碰裝置不應影響線圈散熱。

基于上述六點設計要求，本文采用物理阻隔的方式，在分合閘線圈上加裝擋板，阻隔維護人員誤觸碰分合閘線圈，阻隔擋板材料選用不可燃、絕緣、安全性強的透明有機玻璃材料；擋板安裝選用螺絲固定的方式，即根據35kV開關機構特點，借助開關機構預留的螺絲孔作為有機玻璃擋板的安裝孔，這樣無需再焊接其他輔助安裝設施，實現減少因安裝有機玻璃擋板對開關機構影響的要求；螺絲和螺母采用不可燃和絕緣的尼龍材料，這樣在安裝時和正常運行時均不會損傷開關機構，滿足設計要求。有機玻璃擋板在設計時，與開關機構留有一定距離，線圈上方留有圓形孔，線圈可從上方和左右兩側散熱。

2.2 前期材料準備及裝置制作

通過正規渠道，購買質量合格的有機玻璃和柱形尼龍材料，保證材料質量的安全可靠。測量開關機構預留螺絲孔的孔徑、深度和螺紋距離，分別構建出螺絲和螺母的CAD三維模型，用于螺絲和螺母的制作，采用三個螺母的方式，方便有機玻璃擋板的固定。測量各預留螺絲孔之間的距離，開關機構與分合閘線圈構成的平面大小，確定有機玻璃擋板大小、擋板上螺絲孔位置和孔徑，構建有機玻璃擋板的CAD三維模型，將擋板制作成框型，保證擋板與開關機構保持一定距離，擋板上螺絲孔采用圓角矩形，方便安裝時螺絲隨螺絲孔位置進行調節。構建完成螺絲和有機玻璃擋板模型后，制作模具，將材料加工成實物。螺絲和有機玻璃擋板制作完成后，經開關廠家進行多次開關分合閘振動試驗，測試合格后才能將裝置推廣應用，安裝在運行的開關機構上，確保開關安全穩定運行。

2.3 防誤觸碰裝置安裝

防誤觸碰分合閘線圈裝置制作完成后，接下來就要對裝置進行安裝。為確保施工人員的安全，安裝前應先將開關轉為檢修狀態，斷開開關操作電源和電機電源空氣開關，防止施工人員在安裝防誤觸碰裝置時開關突然分合閘，誤傷施工人員。開關轉檢修后，做好安全措施，開具工作票后就可以進行防誤觸碰裝置的安裝。

安裝前應提前準備好工器具，如扳手等，保證安裝順利完成。首先將有機玻璃擋板兩個安裝孔與開關機構兩個螺絲孔對齊，插入螺絲前，先在螺絲孔放置一層軟墊片，可防止有機玻璃擋板因開關機構分合閘時產生的振動而受損，然后將絕緣螺絲分別插入螺絲孔固定有機玻璃擋板，擰緊絕緣螺絲，檢查有機玻璃擋板安裝是否牢固。安裝完成后，整理工器具，清理現場，勿將垃圾、工器具等遺留在開關機構箱內。

2.4 安裝后的驗證與維護

安裝后通過對開關多次分合閘測試，來檢驗防誤觸碰分合閘線圈裝置安裝后對開關分合閘及開關機構的影響。通過檢驗，防誤觸碰開關分合閘線圈裝置對開關分合閘及正常運行無影響，且特殊材質螺絲不受開關分合閘振動的影響，幾乎不會發生松動現象，安裝牢固。

防誤觸碰裝置安裝后，無需特意維護，只需定期檢查裝置螺絲是否松動，以防裝置固定螺絲長期受開關分合閘振動，發生輕微松動，對開關機構正常運行產生影響。安裝后若要對開關機構進行檢修等工作，只需將固定螺絲拆除，取下防誤觸碰裝置，工作完成后再裝上即可。

3 防誤觸碰裝置現場應用和推廣

某500kV變電站是佛山市重要變電站，站內有4臺主變，每臺主變變低所帶的35kV母線設備開關均為西門子“3AP1 FG”型開關，共22臺，由于數量龐大，安全隱患程度也隨之增加。為了消除西門子“3AP1FG”型開關分合閘線圈裸露在外，容易被工作人員觸碰的風險，站內人員按照文中設計方法制作出分合閘線圈防誤觸碰裝置，付諸實施，安裝在站內22臺開關上，制作完成的螺絲、螺母、有機玻璃擋板如圖2所示。安裝完成后的開關機構如圖3所示。可以看出，防誤觸碰分合閘線圈安裝之后，對開關分合閘線圈有很好的防護作用，實現了對分合閘線圈誤觸碰風險有效精準地管控，消除了誤觸碰的安全隱患，提高了設備供電可靠性。

圖2 制作的螺絲、螺母和有機玻璃擋板

開關機構安裝分合閘線圈防誤觸碰裝置后，運維人員在對開關機構箱進行防火、防潮、防塵、治蟲等日常維護時，無需分心特意關注分合閘線圈，減輕了運維人員心理壓力，使運維人員更多地專注維護工作。繼保、檢修等工作人員也無需擔心工具等碰壞分合閘線圈。

防誤觸碰裝置安裝半年后，防護效果良好，可以推廣到全省變電站所有35kV西門子“3AP1 FG”型開關設備上，徹底消除分合閘線圈誤觸碰隱患。

圖3 安裝后開關機構

4 結語

由于誤觸碰開關分合閘線圈風險較大，嚴重影響電力系統安全穩定運行，本文對防誤觸碰開關分合閘線圈機理進行分析，設計和制作防誤碰裝置，測試合格后安裝于運行中的開關機構上。經長時間現場檢驗，防誤觸碰分合閘線圈裝置能較好地阻止工作人員誤觸碰分合閘線圈，且對開關正常運行無任何影響，保證電力系統發生故障時，開關能迅速切斷故障電流。