中压开关柜接地开关电动操作的研发及结构设计

开关柜接地开关电动操控装置的设计马一迪;黄新波;朱永灿;田毅;詹晓暄【摘要】针对高压开关柜接地开关因机械故障、人为误操作、机柜设备过热等原因导致的设备故障、工作人员触电等问题,设计一种新型的智能控制接地开关操控装置.以STM32F103为核心处理器搭建硬件平台,并根据模块化的设计理念确定总体设计方案及各功能模块的电路图;通过C语言完成软件模块各单元中主要功能的程序流程图.实验结果表明,操控装置的电动控制可靠性高,可以准确地执行软启动、软停止、全速运行、急停等操作,及时地响应堵转等故障灵敏动作.实现了电动操控接地开关的分闸、合闸操作.【期刊名称】《电子设计工程》【年(卷),期】2019(027)003【总页数】6页(P104-108,114)【关键词】高压开关柜;接地开关;电动操控;堵转;集成式设计【作者】马一迪;黄新波;朱永灿;田毅;詹晓暄【作者单位】西安工程大学电子信息学院,陕西西安710048;西安工程大学电子信息学院,陕西西安710048;西安工程大学电子信息学院,陕西西安710048;西安工程大学电子信息学院,陕西西安710048;国网成都市温江区供电局四川成都611130【正文语种】中文【中图分类】TM774电力设备的安全性与可靠性是超大规模输变电和电网安全的重要保证，高压开关柜又是电力系统中的重要设备，在电力系统的发电、输电、变电、电能转换和消耗过程中具有开断和关合电力线路，监测运行电量数据，故障保护等重要作用[1-4]。

高压开关柜在实际运行过程中，经常由于操作机构的机械故障，人为误操作等造成电机堵转、工作人员触电等事故[5-6]。

高压开关柜接地开关智能操控系统的研究起步相对较晚，技术相对滞后[7]。

在80年代，我国大多采用手动式接地开关。

90年代开始，个别产品虽然能够实现接地开关电动操作，但其控制器问题不断。

目前使用的接地开关电动操动机构分为分体式和一体式2 种。

分体式机构内部采用机械离合器，一体式机构内部采用电磁式离合。

接地开关电动操作的研发及结构设计李宇安徽艾伦默顿电气有限公司160618摘要：随着国家智能电网建设的全面推进，电网对电力系统中的开关设备不仅要求监测、控制及保护等方面实现智能化，而且还要求开关设备的操作实现智能化。

在智能化的开关柜中，准确、可靠的接地开关电动操作机构就成为必不可少的产品了。

关键词：开关柜接地开关电动操作一、前言本文介绍的接地开关电动操作机构是安徽艾伦默顿电气有限公司设计开发的一款先进的智能操作机构，与具有短路关合能力及快速合闸机构的JN15型接地开关相配合，具有可靠的“五防”联锁，满足了智能电网发展的需求，研究和探讨优良的接地开关电动操作的应用有着实际的意义和价值。

二、接地开关电动操作机构的研发过程电动操控装置所要操作的是具有较强关合能力的弹簧操作快速接地开关，操作转角为90°，操作力矩为分闸：200N·m，合闸：120N·m。

电动操作机构从产品的安装、调试及客户的使用要求方面考虑，设计接地开关电动操作机构应满足以下要求：接地开关电动操作机构应尽量不更改原有开关柜基本结构；接地开关电动操作机构应具有机械和电气方面正向及反向联锁，满足开关柜的“五防”。

根据上述要求，在研发过程中，采用永磁直流电机作为机构的动力源，电机输出的力矩通过减速齿轮传递到接地开关操作主轴，其最终的机构输出力矩235 N·m，远远大于接地开关所要求的操作力矩，从理论计算的数据上来看，接地开关电动操作完全能够实现。

产品研发前后总共试制了两台样机，并严格按照标准要求进行机械寿命操作试验。

第一次寿命试验以失败告终，通过对第一次试验失败的原因进行分析讨论后查出是接地开关电动操作控制模块出现问题，控制模块内部元件无法适应电动机运动方向改变时所产生的瞬时电流而烧坏。

更换控制模块对应电子元件并重新设置了电动机堵转电流的保护值，再对样机进行寿命试验，寿命试验操作次数高于标准要求，电动接地开关操作机构研制成功。

开关柜设计2. 中压开关柜的设计与结构中压开关柜的设计与结构开关柜的设计根据电力系统对开关设备运行中的故障概率统计：电接触、绝缘、机械故障三个方面引起的事故比例非常高。

因此，在开关柜的设计与结构中应特别重视。

总的设计原则：金属封闭开关设备的设计应使得正常的运行、监视和维护工作，包括通常的相序检测、联接电缆的接地、电缆故障的定位、联接电缆或其它装置的电压试验以及消除危险的静电荷等均能安全地进行。

对于额定参数和结构相同而需要代替的元件应能互换。

对于具有可移开部件的金属封闭开关设备，如果可移开部件的额定参数和结构相同，则应能互换。

如果可移开部件具有几种额定参数，且在金属封闭开关设备中是可以互换的，那么可移开部件与固定部分的任何组合，都应具有该设备固定部分的额定绝缘水平。

装在外壳内的元件，除应符合它们各自的标准外，在金属封闭开关设备的设计中，应考虑到下列因素的影响： a.外壳应有足够的机械强度,使得装在外壳内的开关、操动机构及其他具有它们原来的机械特性和电气性能。

b.如果外壳内装有油浸式变压器等类似元件，当发生故障时，它不应影响相邻设备，在运行中应便于巡视、检查。

下面就从几个方面来分别讨论： 3．1 外壳外壳是金属封闭开关设备的一部分,在规定的防护等级下,保护内部设备不受外界的影响,防止人体和外物接近带电部分和触及运动部分。

外壳通常情况下由柜体（或充气隔室）门和盖板等组成。

、外壳必须是金属的（通风窗、排气口除外），具备足够的强度、刚度、稳定性，不得用网状编织物或类似的材料制造，外壳必须满足表 1 所规定的一种防护等级，必须满足相应的温升要求，必须满足相关使用要求。

-1- 外壳温升要求：为了保证操作者不致被灼伤，对于可触及的外壳和盖板（包括充气隔室可触及的部分）的温升，应限制在人能够耐受的程度。

对于设备在正常运行中无需触及的外壳和盖板，可适当增加。

对于不可能触及的外壳的部位，其温升应限制在外壳内部的绝缘材料的温升不超过容许值。

浅析高压开关新型操动机构的设计摘要：现阶段国内使用的高压隔离开关大多都是加速或减速开关，不仅零件较多，成本较高，并且发生故障的概率较大。

因此，为了提升隔离开关的安全性、可控性以及实用性，经过相关学者多年的探索和研究，设计出一种高压开关新型操动机构。

本文主要对高压开关新型操动机构的设计原理、设计要求，以及定、转子结构的相关参数进行分析研究，希望能够为高压开关新型操动机构的设计、研究以及生产应用提供有价值的信息。

关键词：高压开关；新型操动机构；设计前言在科学技术不断发展的今天，各种新型的仪器设备被广泛的使用于各行各业。

电机机构作为开关设备的主要组成部分，电机机构质量和相关性能的好坏直接关系到开关设备的使用期限和性能。

现阶段传统的高压开关在使用过程中，存在很多电机构问题，例如，传动机构灵动性不足、输出力矩较小、合闸不到位以及自动化程度较低等，不能够更好的适应电力企业的运行要求。

下面对高压开关新型操动机构的设计进行分析研究。

1.高压开关新型操动机构的设计本文主要针对三柱式隔离开关的操动机机构的设计进行分析研究，如下图所示，图1为新型高压开关电机机构的原理图，图2为新型高压开关的总体图。

这种新型的机构是利用电子器原件直接控制驱动隔离器的操作杆，当控制单元发出分合闸信号时，得到信号的电动机构就会实现分合闸操作。

隔离开关的触头运动到分闸或者合闸位置时，相关信号就会传输到检测器上，控制系统就会发出停止信号，电动机机构发生停电停转，机构就完成了分闸、合闸操作。

图2 电机总体结构图现阶段，使用的隔离开关的转速为4-10r/min，输出的力矩为1000N?m，目前，国内研究较多就是低转速的电动机50-90r/min，由于转速较低导致无法满足企业的使用要求。

本文设计的高压开关新型操动机构是建立在永磁无刷直流电机的背景下，从而提出了低转速大力矩的电动机构。

目前，国内使用的高压隔离开关工作时间较短，从电动机机构起始到停止只运转几秒钟，导致不能够把起动机的性能发挥到最大。

浅谈中压开关设备的设计摘要：对中压开关设备的设计，从供电系统的运行方式、开关设备的结构方案变化、一次元件的选择和布置、二次元器件的布置、二次电缆的走线合理性等方面，进行了系统的分析，具体的阐述了一个供电系统从输入到输出的整个过程，以及在产品设计过程中需要注意的一些问题。

关键词：系统；结构；一次元件；二次元件1.引言系统正常运行需要安全、可靠的保障，随着科学技术的不断进步及用电设备对供电质量要求的日益提高；开关设备技术的使用范围在不断扩大，种类在不断增多，自动化、智能化的程度也越来越高，开关设备的系统化、智能化、模块化等设计理念，推动着开关设备的不断发展、不断进步。

2.系统概述2.1电力系统是由发电厂、变电站、输配电线路及用户，在电气相互连接，组成一个完整的供配电系统的整体。

一般把输配电线路以及由它所联系起来的各类变电站称为电力网络。

电力系统的结线方式与电力系统运行的基本要求以及负荷的性质有关，主要有以下几个方面满足系统可靠性运行要求、能够适应各种可能的运行方式，力求节约，使用电网的建设和运行都比较经济。

2.2电力系统结线方式电力系统结线方式有以下几种：（1）单电源方式，如图1所示，该配电系统只有一路电源进线，适用于对配电质量要求不高的场所使用；当电源侧出现故障，系统不能及时恢复供电时，也不会对负载造成太大损失的情况下进行使用；（2）双电源方式，该类配电系统内具有两路电源进线，一路工作电源、一路备用电源，两组电源之间通过电气闭锁，可实现自动和手动切换，如果工作电源出现故障，备用电源会马上投入，可实现连续供电（图2）；图1图2（3）旁路母线方式，一台负载由一个出线送电，如果该出线发生故障，则通过“倒旁”，利用旁路母线的出线给该负载送电，以提高运行的可靠性；（4）双母线方式，双母线方式类似于旁路母线方式，都是给同一个负载送电，不同的是主母线和设备用母线都有各自的电源进线。

3.开关设备结构结构方面，现在的开关设备大多为组装式结构，组装式结构变化简便、加工简单、生产周期短、制造成本低、工艺美观等优点。

中压开关柜接地开关电动操作的研发及结构设计吴鸣军施耐德电气华电开关（厦门）有限公司361006摘要：随着国家智能电网建设的全面推进，电网对电力系统中的开关设备不仅要求监测、控制及保护等方面实现智能化，而且还要求开关设备的操作实现智能化。

在智能化的开关柜中，准确、可靠的接地开关电动操作机构就成为必不可少的产品了。

关键词：开关柜接地开关电动操作一、前言本文介绍的接地开关电动操作机构是施耐德电气华电开关（厦门）有限公司设计开发的一款先进的智能操作机构，与具有短路关合能力及快速合闸机构的ESW型接地开关相配合，具有可靠的“五防”联锁，满足了智能电网发展的需求，研究和探讨优良的接地开关电动操作的应用有着实际的意义和价值。

二、接地开关电动操作机构的研发过程电动操控装置所要操作的是具有较强关合能力的弹簧操作快速接地开关，操作转角为90°，操作力矩为分闸：200N·m，合闸：120N·m。

电动操作机构从产品的安装、调试及客户的使用要求方面考虑，设计接地开关电动操作机构应满足以下要求：接地开关电动操作机构应尽量不更改原有开关柜基本结构；接地开关电动操作机构应具有机械和电气方面正向及反向联锁，满足开关柜的“五防”。

根据上述要求，在研发过程中，采用永磁直流电机作为机构的动力源，电机输出的力矩通过减速齿轮传递到接地开关操作主轴，其最终的机构输出力矩235 N·m，远远大于接地开关所要求的操作力矩，从理论计算的数据上来看，接地开关电动操作完全能够实现。

产品研发前后总共试制了两台样机，并严格按照标准要求进行机械寿命操作试验。

第一次寿命试验以失败告终，通过对第一次试验失败的原因进行分析讨论后查出是接地开关电动操作控制模块出现问题，控制模块内部元件无法适应电动机运动方向改变时所产生的瞬时电流而烧坏。

更换控制模块对应电子元件并重新设置了电动机堵转电流的保护值，再对样机进行寿命试验，寿命试验操作次数高于标准要求，电动接地开关操作机构研制成功。