一种电磁驱动的10千伏开关柜远程遥控紧急分闸装置

一种电磁驱动的10千伏开关柜远程遥控紧急分闸装置
摘要：目前在深圳地区在运的变电站有200余座，10千伏开关柜共七千余面，受到运行年限、设备质量、频繁操作等因素的影响经常会出现回路或机构故障，造成调度端无法远程分合闸的情况。

一旦出现该情况，需由变电站运行人员到场进行检查。

当开关机构本身故障造成开关柜内设备短路爆炸将严重影响现场操作人员的人身安全。

因此本人研制了一种电磁驱动的10千伏开关柜遥控紧急分闸装置。

当开关本身回路故障，仅能通过就地操作分闸按钮操作分闸时，可将该装置固定在开关柜上，随后运行人员远离该开关柜，通过遥控器操作分闸装置实现开关分闸，确保了现场操作人员的人身安全。

关键词：紧急分闸；遥控；人身安全
一、前言
运行中的开关柜受到运行年限、设备质量、频繁操作等因素的影响经常会出现回路或机构故障，造成调度端无法远程分合闸的情况。

若判断为非开关机构本身故障时，可能存在如下问题：①控制回路中某个元件故障或回路节点松动，如分闸线圈烧损；②开关操作机构故障或卡死、部件脱落等；③开关分合闸状态显示异常，后台显示开关已分闸，但实际开关机构仍在合位。

根据南方电网《变电一次设备缺陷定级标准（运行分册）（试行）》规定，上述情况为紧急缺陷，需在24小时内立即处理。

否则，当10千伏线路发生短路接地故障时造成开关拒动造成事故扩大，导致大面积停电事故发生。

此时按照要求需由现场运行人员立即按下开关的紧急分闸按钮，将开关手动切开。

该按钮一般在开关机构本体，其不经控制回路，直接作用于开关机构，可实现就地分闸，但该操作是存在较高的人身风险的。

经过统计，近三年来，仅深圳局变电管理二所（深圳供电局有限公司变电专业共两个变电管理所，按照地理位置大约平均管辖市内所有变电站）出现过20起因10千伏开关柜故障需要运行人员就地手动操作分闸按钮的情况。

操作频率较高，一旦开关机构本身故障造成开关柜内设备短路爆炸将严重影响现场操作人员的人身安全。

在近5年来深圳供电局有限公司变电管理二所管辖的100余座变电站内，曾出现过炸柜10余起.虽均不是操作时爆炸，但可以反应开关柜炸柜是频发的。

更何况当开关无法远程分闸时，已经证明了开关柜是非正常运行状态，此时就地进行开关操作将进一步加大操作人员风险。

因此，研制一种10千伏开关柜远程遥控紧急分闸装置是十分迫切与必要的。

二、正文
本人研制了一种电磁驱动的10千伏开关柜遥控紧急分闸装置。

当开关本身回路故障，仅能通过就地操作分闸按钮操作分闸时，可将该装置固定在开关柜上，随后运行人员远离该开关柜，通过遥控器操作分闸装置实现开关分闸，确保了现场操作人员的人身安全。

（一）装置的原理
本装置主要由电源、固定装置、驱动装置、遥控装置四个部分构成。

1.电源
电源为外置24V大电流直流电源，与本分闸装置独立携带，通过专用插口为本装置供电，本装置的固定部分与驱动部分的动力由该电源提供。

2.固定装置
固定装置是为了实现将分闸装置牢靠地固定在开关柜上，使得分闸前后本装
置不会从开关柜上脱落。

主要通过4个35牛顿，24V的圆柱形电磁铁提供吸力，该电磁铁即是本装置的支撑底座，又可将装置牢靠地固定在开关柜上。

通过与电
源之间增加一个24V自锁式开关实现通断。

3.驱动装置
驱动装置是本分闸装置的核心组成部分，是由一个24V的推拉式撞击型电磁
铁组成。

当推拉式电磁铁得电激发后利用自身的撞杆撞击10千伏开关柜上的分
闸按钮实现就地操作开关的目的。

4.遥控装置
遥控装置，即在电源与驱动装置之间串入遥控装置常开节点。

当遥控信号发
出时常开接点闭合，电路导通，驱动装置得电激发。

遥控装置的距离大于10米，可在远离开关柜处使用。

装置的原理图如下：
图1 紧急分闸装置原理图
（二）装置的特点及优势
1.电磁铁的固定方式
装置的固定分为螺丝固定，磁铁吸合两种，而磁吸又分为永磁铁与电磁铁两种。

下面分析优劣。

螺丝固定的方式为永久安装方式，需要破坏原本柜体，且安装不便，必要时
需要停电才能安装，且每面柜体均需安装，造价较高。

若采用使用时再安装的方式，安装时间较长。

且安装时人员长时间在开关柜附近，本身增加了人身风险，
不建议采取该方式固定。

永磁铁固定可快速吸合于开关柜上，安装便捷。

缺点在于，1）吸合力度固定无法调节，力度过大不易于安装与取下，吸力过小无法支撑装置本身以及无法抵
消推拉式电磁铁的撞杆激发时产生的反作用力，容易使装置脱落，分闸失败。

2）使用永磁铁固定装置时在撞杆对准分闸按钮的操作中随时可能将装置吸至开关柜上，不易于撞杆对准分闸按钮，可能造成撞杆误碰按钮。

因此本装置采用电磁铁
固定装置。

电磁铁在未通电时无吸力，使操作人员方便且迅速地对准撞杆与分闸按钮，
对准后按下电源开关可将装置通过电磁铁固定于开关柜上。

另外，电磁铁可根据
调整电流的大小来调整吸力大小，确保装置在撞杆激发时不会跌落。

2.冲撞杆的驱动方式
冲撞杆的驱动方式可分为弹簧式驱动与电磁式驱动两种。

在研制过程中我们
尝试使用弹簧式冲撞杆，有结构简单，无需外部电源的优点。

但是也存在可靠性低，存在装置安装时易误激发的情况。

且弹簧式驱动的力量取决于弹簧的选择，
由于开关柜分闸按钮需要的力各种各样，就需要配置安装不同的弹簧来适配，缺
乏兼容应，因此，不建议采用该种驱动方式。

电磁式驱动方式在可靠性方面优于弹簧式驱动，在遥控装置未通电的情况下
推拉式电磁铁即冲撞杆无法得到电力激发。

而在兼容性方面，可根据通电电磁铁
的电流大小来控制冲撞杆的力度，从而适配需要不同力度分闸的开关柜按钮。

3.独立的电源模式
因冲撞杆需要较大力量才能推动开关分闸，故电源的选用需配置大电流的输
出电源。

我们选用了24V，可输出20A以上的大容量锂电池。

由于电池重量受限，无法集成到紧急分闸装置内，故采用电池与装置独立配置，之间采用电线直连的
方式，在提高安装效率的同时减轻分闸装置自身重量。

4.电路的设计
装置的固定，撞杆的激发均使用电力驱动，提高装置稳定性。

遥控装置、固
定装置、驱动装置均采用24V直流负载，安全可靠。

固定装置与驱动装置可加装
滑动变阻装置，从而可随意改变固定力度与激发力度。

5.装置的尺寸
装置大小适中，结构简单。

长宽高分别为15*15*15cm的正立方体。

采用铝
合金外壳，重量约1.5kg，携带便捷。

图2 装置外观
图3 电磁铁固定底座
图4 固定测试
（三）装置的使用
本装置在安装与使用时十分便捷，从安装到激发不超过1分钟，大大降低了
操作人员的人身伤亡风险。

目前已在深圳局XGN型开关柜上试验成功并投入使用。

三、结束语
本装置达到了研发的目的，降低了变电站运行人员在处理10千伏开关回路异常分闸操作时的操作风险，在使用过程中得到了站内人员的好评。

但是本装置还
需要进一步改进，如，如何确保不规则开关柜表面的固定，如何适配所有的开关
分闸按钮的尺寸，如何适配KYN型开关柜即需要旋转操作把手再按按钮的问题。

参考文献：
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[2]李方圆图解变频器控制及应用[M]，北京；中国电力出版社，2012.。