李小平
【摘 要】三工位開(kāi)關(guān)是一種同時(shí)具有接地和隔離作用的裝置, 具有可靠性高、體積小、質(zhì)量輕及免維護(hù)等方面的要求,因此在柜式氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備中應(yīng)用較為廣泛。文章主要針對(duì)三工位開(kāi)關(guān)操作機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中常見(jiàn)問(wèn)題進(jìn)行了分析。
【關(guān)鍵詞】開(kāi)關(guān)操作機(jī)構(gòu);常見(jiàn)問(wèn)題;對(duì)策
隨著開(kāi)關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展,三工位開(kāi)關(guān)在開(kāi)關(guān)柜中的應(yīng)用越來(lái)越多。在中高壓電力系統(tǒng)中,由于三工位隔離開(kāi)關(guān)的操作力矩較大,為了實(shí)現(xiàn)由外部保護(hù)裝置控制,必須采用電動(dòng)機(jī)操縱。三工位開(kāi)關(guān)使得GIS設(shè)備整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化,尺寸減小,因減少一臺(tái)操動(dòng)機(jī)構(gòu),降低了成本。最重要的是實(shí)現(xiàn)了隔離開(kāi)關(guān)和接地開(kāi)關(guān)的機(jī)械聯(lián)鎖,省去了兩者的電氣聯(lián)鎖,避免了誤操作,從而大大提高了GIS運(yùn)行的可靠性;由于缺乏設(shè)計(jì)與運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),同樣也遇到了很多難題。如何解決這些問(wèn)題,是開(kāi)關(guān)操作機(jī)構(gòu)在開(kāi)發(fā)過(guò)程中值得關(guān)注的。
1.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介
三工位開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)如圖1所示,主要有以下幾部分組成:殼體、主母線、隔離靜觸頭、動(dòng)觸頭、導(dǎo)體、接地靜觸頭、盤式絕緣子、小絕緣子、傳動(dòng)軸以及操動(dòng)機(jī)構(gòu)。此圖中動(dòng)觸頭處于隔離位置。電動(dòng)操動(dòng)機(jī)構(gòu)通過(guò)連接板與本體相連,機(jī)構(gòu)內(nèi)齒輪和本體齒輪相嚙合。相間通過(guò)傳動(dòng)軸和小絕緣子相連。當(dāng)操動(dòng)機(jī)構(gòu)接收到DS閉合指令時(shí),操動(dòng)機(jī)構(gòu)內(nèi)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn),通過(guò)機(jī)構(gòu)內(nèi)與本體傳動(dòng)部分的一系列齒輪齒條傳動(dòng),實(shí)現(xiàn)DS閉合。同樣道理, 當(dāng)給出DS 斷開(kāi)指令時(shí),操動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)本體實(shí)現(xiàn)DS分?jǐn)嗖僮?。ES的通斷亦相同。也就是說(shuō),操動(dòng)機(jī)構(gòu)可以帶動(dòng)本體實(shí)現(xiàn)DS閉合一DS斷開(kāi)一ES閉合一ES斷開(kāi)一DS閉合的循環(huán)動(dòng)作,在每一個(gè)閉合或分?jǐn)嘟Y(jié)束后,均可通過(guò)操動(dòng)機(jī)構(gòu)限位,不會(huì)出現(xiàn)動(dòng)觸頭運(yùn)動(dòng)不到位或行程過(guò)大等問(wèn)題。
為了滿足空間結(jié)構(gòu)要求,三工位隔離開(kāi)關(guān)主導(dǎo)體采用了異形結(jié)構(gòu)鑄鋁件, 并在傳動(dòng)部分結(jié)構(gòu)處采用三相導(dǎo)整體加工工藝,從而保證了三相同期性的要求,減少了相間傳動(dòng)間隙,增加了機(jī)械可靠性。
1-殼體 2-主母線 3-隔離靜觸頭 4-動(dòng)觸頭 5-導(dǎo)體制
6-接地靜觸頭 7-盤式絕緣子
2.三工開(kāi)關(guān)操作機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中的常見(jiàn)問(wèn)題
2.1五防聯(lián)鎖
(1)三工位開(kāi)關(guān)操作手柄插人至手動(dòng)操作軸時(shí),不能手動(dòng)或電動(dòng)對(duì)斷路器進(jìn)行合閘操作。
(2)只有當(dāng)三工位開(kāi)關(guān)在某個(gè)特定(指合閘、分閘、接地三個(gè)工位)的位置時(shí),才能進(jìn)行斷路器的合閘操作。
(3)只有當(dāng)斷路器處于分閘位置或狀態(tài)時(shí),三工位開(kāi)關(guān)的操作手柄才能插入手動(dòng)操作軸并進(jìn)行操作。
2.2手動(dòng)操作力矩超標(biāo)
三工位開(kāi)關(guān)的操作一般采用電動(dòng)或手動(dòng),但是,若手動(dòng)操作時(shí)操作軸和驅(qū)動(dòng)電機(jī)之間存在運(yùn)動(dòng)牽連,其操作力將會(huì)增大且存在電機(jī)逆向發(fā)電的情況,嚴(yán)重的會(huì)縮短使用壽命且容易引起二次線故障。一般,需要在手動(dòng)操作和電動(dòng)操作之間增加離合器裝置來(lái)解決以上問(wèn)題。
2.3直流電機(jī)運(yùn)動(dòng)慣性引起的運(yùn)動(dòng)過(guò)位
在電動(dòng)操作過(guò)程中,直流電機(jī)在切斷電源的瞬間,由于慣性的存在,電機(jī)不可能馬上停下來(lái),往往會(huì)繼續(xù)旋轉(zhuǎn)一定的角度,并帶動(dòng)操作機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)與控制部分的運(yùn)動(dòng)部件隨之運(yùn)動(dòng),造成過(guò)位現(xiàn)象,嚴(yán)重的會(huì)使電氣控制部分(超出行程開(kāi)關(guān)的有效行程范圍)失靈。常規(guī)的解決方法是增加機(jī)械制動(dòng)(剎車)裝置。但該方法因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,一般不作為首選方案。本文將要描述的是在直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)回路中改變接線方式,使其達(dá)到制動(dòng)效果
3.對(duì)策措施
3.1五防聯(lián)鎖的設(shè)計(jì)
聯(lián)鎖功能主要通過(guò)圖2所示的幾個(gè)功能部件實(shí)現(xiàn)。其簡(jiǎn)要過(guò)程如下:
(1)當(dāng)三工位開(kāi)關(guān)不在某個(gè)特定位置時(shí)(指合閘、分閘、接地三個(gè)工位),凸輪3上的位置凹槽與拐臂2上的半圓型凸臺(tái)不能吻合,聯(lián)鎖板1將被拐臂2下方的凸臺(tái)限位,活門5無(wú)法關(guān)閉,傳動(dòng)件7后續(xù)連接的行程開(kāi)關(guān)與聯(lián)鎖裝置不能獲得有效的工作行程,運(yùn)動(dòng)無(wú)法啟動(dòng),因而斷路器不能進(jìn)行手動(dòng)或者電動(dòng)合閘。
(2)當(dāng)斷路器處于合閘位置時(shí),聯(lián)鎖銷6將處于圖2所示位置,活門5被可靠限位,無(wú)法打開(kāi),操作手柄不能插入至手動(dòng)操作軸。
注:1一聯(lián)鎖板;2一拐臂;3一凸輪;4一拉簧5一活門;6一聯(lián)鎖銷;7一傳動(dòng)件
(3)當(dāng)斷路器處于分閘位置或分閘狀態(tài)時(shí),聯(lián)鎖銷6將向圖示下方運(yùn)動(dòng)給定的位移(確?;铋T5可自由開(kāi)啟),此時(shí)活門5可以被靈活地開(kāi)啟,進(jìn)行相關(guān)的操作。
3.2離合器的設(shè)計(jì)
在進(jìn)行手動(dòng)操作時(shí),由操作手柄啟動(dòng)離合器裝置,從而在操作過(guò)程中脫掉和電機(jī)相連的鏈輪;在進(jìn)行電動(dòng)操作時(shí),該鏈輪位置自動(dòng)恢復(fù)。圖3是該裝置的工作原理簡(jiǎn)介。
注:1一聯(lián)鎖軸;2一從動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸;3一主動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸4一鏈條;5一直流電機(jī);6一從動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸;7一復(fù)位彈簧;8一傳動(dòng)銷;9一聯(lián)鎖鏈輪
手動(dòng)操作時(shí):操作手柄插入手動(dòng)操作軸,同時(shí)聯(lián)鎖軸1將被向下壓入一定距離,傳動(dòng)銷8與聯(lián)鎖鏈輪9(通過(guò)光孔空套在主動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸3上)完全脫開(kāi)(圖3所示1狀態(tài));這時(shí)旋轉(zhuǎn)操作手柄,聯(lián)鎖鏈輪9打滑,與之通過(guò)鏈條相連直流電機(jī)5將不能獲得轉(zhuǎn)動(dòng)功率,手動(dòng)操作力矩將大大減小,可輕松操作。
電動(dòng)操作時(shí):直流電機(jī)5通過(guò)鏈條4將功率傳遞給聯(lián)鎖鏈輪9,聯(lián)鎖鏈輪9旋轉(zhuǎn);當(dāng)運(yùn)動(dòng)到其上自帶的凹槽與傳動(dòng)銷8吻合的位置時(shí),聯(lián)鎖軸1連同傳動(dòng)銷8在復(fù)位簧7的作用下,向圖3所示上方運(yùn)動(dòng),傳動(dòng)銷卡人凹槽,與聯(lián)鎖鏈輪9嚙合,將會(huì)帶動(dòng)主動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸3轉(zhuǎn)動(dòng);隨之將運(yùn)動(dòng)傳遞給與其有運(yùn)動(dòng)關(guān)聯(lián)的部件,以實(shí)現(xiàn)其操作功能。
3.3短接制動(dòng)方案設(shè)計(jì)
本設(shè)計(jì)方案在直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)回路中,并聯(lián)了另一支路,并在該支路中將控制直流電機(jī)正或反轉(zhuǎn)的質(zhì)量接觸器Z1、Z2的常閉觸點(diǎn)(其中S8為手動(dòng)或電動(dòng)操作切換用行程開(kāi)關(guān))串聯(lián)接入。其工作原理簡(jiǎn)要介紹如下。
按下正轉(zhuǎn)回路按鈕TA,直流接觸器Z1線圈得電,Z1常開(kāi)觸點(diǎn)(包含控制回路與電機(jī)驅(qū)動(dòng)回路)得電吸合,直流電機(jī)正轉(zhuǎn),控制、驅(qū)動(dòng)回路都接通,電機(jī)正轉(zhuǎn)。當(dāng)運(yùn)動(dòng)至合閘位置時(shí),位置開(kāi)關(guān)S4閉合,與之串聯(lián)的繼電器K4線圈得電,其串聯(lián)在正轉(zhuǎn)控制回路中的常閉觸點(diǎn)K4釋放,正轉(zhuǎn)控制回路被切斷。直流接觸器z1線圈失電,Z1常開(kāi)觸點(diǎn)再次斷開(kāi)(包含控制回路與電機(jī)驅(qū)動(dòng)回路),7,1常閉觸點(diǎn)吸合。此時(shí)直流電機(jī)的正負(fù)極被短接,并與線圈z1、Z2、行程開(kāi)關(guān)s8的常閉觸點(diǎn)形成一個(gè)閉合回路。由于斷開(kāi)電源后轉(zhuǎn)子尚有剩余磁場(chǎng),而且轉(zhuǎn)子依靠自己的慣性仍在轉(zhuǎn)動(dòng),形成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)使定子繞組內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流;該電流將在電機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生一個(gè)與慣性旋轉(zhuǎn)方向相反的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),使電機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生很大的阻尼磁場(chǎng),直流電機(jī)將會(huì)快速制動(dòng)。反轉(zhuǎn)回路制動(dòng)的控制原理同上。
4.結(jié)束語(yǔ)
根據(jù)以上組成結(jié)構(gòu)與試驗(yàn)結(jié)果可以看出, 該設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)新穎, 技術(shù)參數(shù)高。試驗(yàn)結(jié)果表明,該操作機(jī)構(gòu)手動(dòng)操作輕松省力,電動(dòng)操作動(dòng)作準(zhǔn)確可靠,防誤功能強(qiáng),滿足現(xiàn)場(chǎng)使用要求。該操作機(jī)構(gòu)現(xiàn)已配套應(yīng)用于新開(kāi)發(fā)的12.0~40.5kV氣體絕緣中壓開(kāi)關(guān)柜(C-GIS)中,并在多個(gè)工程中成功應(yīng)用,取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。
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