一種帶有接地位置監測的開關裝置

王其中，王軍委

（許繼集團有限公司，河南 許昌 461000）

0 引 言

高壓充氣式開關柜是一種新型的電力開關設備，所有的高壓元器件都密封在封閉的氣箱內部，通過SF6氣體或者多種環保氣體等優于空氣的絕緣介質絕緣，很大程度上減小了開關柜體的尺寸結構，且外殼接地，比較安全可靠，主要應用于城市變電站、居民區和商場酒店等用電場所[1-5]。應用范圍十分廣泛的充氣式開關柜結構緊湊、操作靈活、互鎖可靠，也可為人們在惡劣的環境中提供合適的控制方案。

（1）高壓充氣式開關柜其高壓元器件全部密封于內充絕緣氣體的氣箱中，具有很強的適應性，可以在很多惡劣的環境中使用，如在高海拔、濃霧和污穢嚴重的環境中，高壓充氣式開關柜仍能長期正常工作；

（2）高壓充氣式開關柜具有靈活的安裝性能。現場安裝并柜均為絕緣主母線插接技術，并柜連接全程可視化操作，操作簡單方便。

（3）高壓充氣式開關柜還具有很高的安全性。不僅能承受超高壓的劇烈變化，而且有完善的保護措施，能確保變電站現場操作者的人身安全。

隨著經濟發展、用電負荷的增加以及國網公司對40.5 kV空氣絕緣開關設備的300 mm絕緣凈距離的要求，從而也為充氣式開關柜的應用提供了廣闊的發展空間，同時客戶對電力設備的安全質量有了更高的要求[6,7]。在具體的工程應用中由于高壓充氣式開關柜高壓元器件全部封閉于氣室中，所以在設備檢修維護時的工作難度系數比做傳統的空氣絕緣開關設備大，尤其是如何精準有效的監測氣室中的三工位隔離開關的位置狀態至關重要。

1 原有接地開關的監測缺陷

本文涉及到充氣式開關柜，由于其氣箱殼體內部的三工位隔離/接地開關處于完全封閉狀態，不能直接觀察其隔離和接地斷口，在合分閘操作時，也看不到三工位開關動觸頭的實際運動軌跡。日常運維檢修時，正確的操作方式是先把接地開關操作到合閘位置以確保設備可靠接地，才能進行下一步的檢修工作。通常情況下，通過在三工位接地靜觸頭處加裝行程開關，通過動觸頭在行進中觸碰行程開關來傳輸接地開關到位的位置指示，具體操作如圖1所示。充氣式開關柜的氣箱殼體內安裝有三工位隔離/接地開關，其開關本體構成包括由絲桿機構驅動的動觸頭和安裝在殼體內部的接地極、行程開關，行程開關的作用是傳遞三工位開關的位置信號。開關動觸頭與接地極嚙合時，即位于接地合位置時降壓緊行程開關的彈片，行程開關處于閉合狀態，從而將三工位開關的接地合位狀態信號傳遞至開關柜操作面板處位置信號燈，顯示其開關設備的運行狀態。

圖1 行程開關安裝示意圖

上述設計中，行程開關有下3個方面的不足之處。（1）行程開關安裝在充氣式開關柜的母線氣箱內部，其更換行程開關較為麻煩，首先需要對開關柜氣箱內部的電離后的SF6氣體進行回收，然后才能打開氣箱進行拆卸更換，操作起來費時費力，并且再次進行氣箱裝配時，密封性能不易保證；（2）行程開關的關合是由外界的力壓緊彈片來實現的，在實際的電力設備運行時，多次壓緊行程開關的彈片容易使其斷裂，減少開關的壽命，無形中增加了運維的工作量；（3）在使用過程中，行程開關的狀態指示可能會出現誤差，其關合功能的實現全靠動觸頭壓緊彈簧片，使彈簧片與行程開關的靜觸頭接觸而形成回路，三工位開關動觸頭在接地位置的位移有誤差。若與接地極嚙合的過多容易使行程開關彈簧片損壞掉，若與接地極嚙合的過少則行程開關的彈簧片與其靜觸頭無法接觸，回路斷開，行程開關無法指示三工位開關的接地狀態，對于開關設備而言就容易帶來安全隱患。

2 方案改進

上述的設計方案是通過彈片式的行程開關監測開關設備的接地狀態指示，存在部分缺陷。為解決此缺陷問題而設計了本節介紹的安裝有傳感器的新型三工位開關裝置，設計方案如圖2所示，由接地極、動觸頭、靜觸頭、磁鐵、傳感器以及絲桿機構等組成。氣箱殼體內安裝有三工位開關動觸頭、靜觸頭和接地極等，動觸頭的端部進行加工的有直徑6 mm、深度18 mm的小孔，內部嵌裝3塊磁鐵（6 mm×6 mm），該動觸頭在三工位機構的驅使下沿著靜觸頭、接地極的內壁做往復直線運動，實現三工位開關本體的隔離合、隔離分和接地3個位置的依次轉換。當動觸頭與接地極嚙合時，開關本體處于接地狀態，磁鐵與傳感器之間在磁場力作用下，傳感器處于閉合狀態，把開關本體的接地狀態信號傳送到儀表室面板上的狀態指示燈，當指示燈亮時，表示開關本體位于接地位置。在此操作過程中，磁場力的大小起決定性因素。傳感器外形結構與M8的螺栓類似，旋入到軸承座徑向上螺紋孔中，可以很便捷地調整傳感器與磁鐵間的距離，傳感器與動觸頭中的磁鐵間的距離越小，所感應到的磁場強度越大，通過旋轉傳感器在軸承座中的安裝深度來調整傳感器的安裝位置從而達到調整磁場力的大小。

圖2 磁控開關安裝示意

此傳感器技術在高壓電氣開關上的應用具有提升開關性能的優點，在此充氣式開關柜中使用的磁鐵材料可以是釹鐵硼、鐵氧體等多種，磁鐵塊的大小、形狀、數量，取決于磁鐵與傳感器之間的磁場力，這應與傳感器的安裝位置結合起來考慮。

此裝置的優點如下。

（1）三工位開關本體中的傳感器可以精確指示三工位開關在接地位置處的信號，方便開關設備的運維檢修。

（2）三工位開關裝置的接地信號輸出時初始位置，可以通過調整傳感器的安裝位置來調節。

（3）運用傳感器指示三工位接地位置的設計思路新穎、制造容易、成本低且性能可靠，具有較強的市場競爭力。

3 結 論

在實際工程應用中，由于改進后安裝有傳感器的三工位開關裝置，磁鐵由于鑲嵌在動觸頭端部，在運動過程中不受外力干擾，不宜損壞，其更換概率非常低。對于傳感器而言，在使用其監測動觸頭在隔離/接地開關位置信號時為非接觸狀態。而對于密封狀態下的充氣式開關柜而言，通過磁場力驅動傳感器來對開關柜的接地狀態進行監測，對比行程開關因彈簧片在運動過程中產生位置偏差，傳感器監測動觸頭位置的可靠性更高，進一步提高了高壓充氣式開關柜的安全性，同時也與設計預期相吻合。