求一种基于分区开门结构的高压开关柜设计方案

0 具体实施

变电站是由高压开关设备、低压开关设备、配电变压器、电能计量设备等组合成紧凑的成套配电装置，用于居民小区、高新技术开发区、中小型工厂、矿山油田及有临时施工用电的场所[1-2]。在配电系统中变电站用于接收和分配电能，当前城市变电站建设和改造采用的新型成套设备[3]既可用于环网配电系统，也可用于双电源或放射终端配电系统。

高压开关柜在电力系统发电、输电、配电、电能转换和消耗中起通断、控制或保护等作用，主要适用于发电厂、变电站、矿山、石油化工、冶金轧钢、轻工纺织和住宅小区等各种不同场合，开关柜具有架空进出线、电缆进出线、母线联络等功能。

在现有的10 kV开关柜验电中，由于验电小车重量较大，需要多人操作将验电小车放在转运车上再进行移动。而现有高压开关柜的驱动结构一般为直接带动活门在轨道上移动，其开合速度较快，容易夹到操作人员。若现场工作人员误操作，将手深入开关柜内，就极易发生安全事故。

1 现有结构缺陷

现有高压开关柜操作过程中，为保证电力网安全运行、确保设备和人身安全、防止误操作，有五项防止电气误操作的内容，主要包括：

（1）为防止带负荷分、合隔离开关，高压开关柜内的真空断路器小车在试验位置合闸后，小车断路器无法进入工作位置。

（2）为防止带接地线合闸，高压开关柜内的接地刀在合位时，小车断路器无法合闸。

（3）为防止误入带电间隔，高压开关柜内的真空断路器在合闸工作时，盘柜后门用接地刀上的机械与柜门闭锁。

（4）为防止带电挂接地线，高压开关柜内的真空断路器在工作时合闸，合接地刀无法投入。

（5）为防止带负荷拉刀闸，高压开关柜内的真空断路器在工作合闸运行时，无法退出小车断路器的工作位置。

因此，现有开关柜结构为上下活门拐臂、中心轴、上下剪刀轴、剪刀轴、支撑架、固定板、弹簧；固定板安装在高压开关柜断路器室内的左右侧板上，支撑架安装在固定板上，中心轴安装于固定板上，中心轴上套弹簧、上下活门拐臂；弹簧位于上下活门拐臂之间，上下剪刀轴安装在上下活门拐臂上。上下活门拐臂连接在上下活门连杆靠下方的一端，上下活门连杆靠上方一端对应连接上下活门板，上下活门板套在左右导杆上进行上下滑动，并由左右导杆上的定位销限制上下运动的距离，相应地就限制了上下活门拐臂间开启的角度。该结构有如下缺陷：

（1）机械结构复杂，需要转运小车操作，现场操作时人员可能会误操作将手深入开关柜内，极易造成人员触电，形成安全隐患。

（2）开合速度较快，容易夹到操作人员，形成安全隐患。

为了克服现有技术的不足，本文提出了一种分区开门的活门驱动结构及高压开关柜，在开合过程中速度不会过快，更加安全可靠。

2 分区开门的活门驱动结构特点

2.1

分区开门的活门驱动结构组成

分区开门的活门驱动结构组成如图1所示。

2.2

分区开门的活门驱动结构特点

分区开门的活门驱动结构及高压开关柜整体如图2所示，该装置为一种分区开门的活门驱动结构，主要包括基座、调节支架、调节从动丝杆、驱动轴。

（1）基座为一块起固定作用的盖板，用于固定调节支架与驱动主轴。包括前盖板和后盖板，前盖板和后盖板之间安装有左支架、右支架和驱动轴。盖板包括与前盖板平行的后板体，以及与前盖板通过螺钉连接的上折弯部、下折弯部，通过折弯部的长度可以控制前盖板和后盖板之间的距离，该结构只需对后盖板进行折弯加工，成本较低。

（2）调节支架是安装在基座上的左支架、右支架。上折弯部的上侧焊接有上横梁套，左支架包括左上横梁，右支架包括右上横梁，左上横梁和右上横梁均安装在横梁套内。左支架还包括左下横梁，右支架还包括右下横梁，左下横梁和右下横梁均安装在下折弯部中，下折弯部中还设有横梁导向块，左下横梁和右下横梁上均设有导向槽，导向槽的长度方向与左支架、右支架的移动方向相同，每个导向槽中至少安装有两个横梁导向块，横梁导向块的高度与导向槽的高度相同。

左上横梁内还安装有左限位板，右上横梁内还安装有右限位板，左限位板与左上横梁的内壁之间通过左拉伸弹簧连接，右限位板与右上横梁的内壁之间通过右拉伸弹簧连接；左限位板和右限位板上均设有限位槽，限位槽包括与驱动轴外径大小适配的第一转动槽和第二转动槽，第一转动槽和第二转动槽之间通过连接槽连接，连接槽的宽度小于第一转动槽和第二转动槽的内径，驱动轴上设有可以在连接槽中移动的驱动轴凹口部，高权限锁包括用于将左限位板和右限位板在驱动轴的轴向方向上拨到驱动轴凹口部处的拨块，拨块位于左限位板和右限位板之间。

左支架上安装有左螺套，左螺套适配安装在左传动丝杆上，右支架上安装有右螺套，右螺套适配安装在右传动丝杆上。

（3）调节从动丝杆分为左传动丝杆和右传动丝杆，一端安装在驱动主轴上，另一端用于调节支架。左传动丝杆的两端安装有左轴承和左轴承座，左轴承座固定安装在盖板上。右传动丝杆的两端安装有右轴承和右轴承座，右轴承座固定安装在盖板上。左支架包括左焊接件，左焊接件包括第一焊接件和第二焊接件，第一焊接件包括上安装段、下安装段和第一连接段，上安装段与左上横梁连接，下安装段与左下横梁连接，第二焊接件包括第二连接段和第二安装段，第二连接段和第一连接段焊接，第二安装段安装在左下横梁中。右支架包括与左焊接件结构相同的右焊接件，该结构使得焊接件强度更高。第一连接段和第二连接段相对左下横梁的运动方向倾斜，倾斜的第一连接段和第二连接段可以提高对尺寸偏差的容许量。

（4）驱动轴固定在基座下端，一端安装有伞齿轮，用于安装调节从动丝杆组件。在活门开启时，通过驱动轴的转动，可以带动伞齿轮转动，进而带动左传动丝杆和右传动丝杆转动，使得左螺套向左移动，右螺套向右移动，从而使得左支架向左移动，右支架向右移动，带动两侧的门板打开，而在活门复位过程中，即使活门受力较大，在螺套运动方向上的力都会被传动丝杆抵消，使得活门的移动速度不会过快，更加安全可靠。

3 基本原理

3.1

活门传动原理

分区开门的活门驱动结构及高压开关柜，包括前盖板和后盖板，前盖板和后盖板之间安装有左支架、右支架和驱动轴，驱动轴的一端安装有伞齿轮，前盖板和后盖板之间还安装有左传动丝杆和右传动丝杆，左支架上安装有左螺套，左螺套适配安装在左传动丝杆上，右支架上安装有右螺套，右螺套适配安装在右传动丝杆上。通过调节支架组件与调节从动丝杆组件的方式，实现轻量化的活门驱动，操作方式简便。

开关柜的操作原理：通过驱动轴的转动，可以带动伞齿轮转动，进而带动左传动丝杆和右传动丝杆转动，使得左螺套向左移动，右螺套向右移动，从而使得左支架向左移动，右支架向右移动，带动两侧的门板打开。因此，该开关柜整体可看作调节支架通过调节从动丝杆的转动开合，进而带动两侧门板开合。

在活门复位过程中，即使活门受力较大，在螺套运动方向上的力都会被传动丝杆抵消，使得活门的移动速度不会过快，更加安全可靠，解决了现有技术中高压开关柜的活门开关速度过快，容易夹伤操作人员的问题。当需要进行高压开关柜活门驱动时，通过驱动主轴转动即可实现。

3.2

高压开关柜检修原理

开关柜内空间包括位于中部的低权限区，以及位于低权限区两侧的高权限区。活门驱动结构还包括用于开启开关柜内低权限区的低权限锁和用于进一步开启开关柜高权限区的高权限锁。

高压开关柜内一般分为多个区域，每个区域中安装不同的组件，而不同组件对检修人员的要求不同。例如：仪表室内器件的电压较低，检查过程也以数值记录为主，对检修人员的要求较低；而母线室内电压较高，若操作不当容易发生触电事故。现有的工作环境中，一般安排固定的检修人员同时检修开关柜内各个区域，对检修人员的要求较高；而本方案中通过高权限锁可以将检修要求较高的区域与检修要求较低的区域隔开，从而可以将检修不同区域的任务分配给不同级别的检修员，进而节省人工成本，并且低权限的检修员无法打开高权限区，可以避免经验不足的检修员误操作导致的触电事故。

上横梁套内还安装有用于将被拨块拨动后的左限位板和右限位板复位的限位板复位结构，在活门被完全关闭后，左限位板和右限位板会在驱动轴轴向上复位，而当左限位板和右限位板在轴向上复位前，活门的高权限区一旦打开，就处于可反复打开的状态，便于检修人员暂时关闭高权限区从而进行接电测试。

需要对低权限区进行检修操作时，低权限锁插销从驱动轴退出，从而使得驱动轴处于可转动状态，驱动轴转动同时带动两侧的门板向外打开，此时，由于驱动轴位于第一转动槽内，左限位板和右限位板受到驱动轴的限位无法水平移动，因此，左限位板和左上横梁、右限位板和右上横梁之间会产生相对移动，并使得左拉伸弹簧和右拉伸弹簧被拉长，待弹簧拉伸到一定长度后，左限位块碰到左限位座，右限位块碰到右限位座，左支架和右支架无法再继续移动，此时，低权限区被打开，而高权限区仍处于关闭状态，当检修人员完成检修后，左拉伸弹簧和右拉伸弹簧可以使得左支架和右支架自动复位；当需要对高权限区进行检修操作时，高权限的检修人员将高权限锁拨动，从而使得左限位板向下拨动，右限位板向上拨动，并且都移动到驱动轴凹口部处，此时，由于驱动轴凹口部可以通过连接槽，左限位板和右限位板可以在驱动轴的径向上移动，从而使得左支架和右支架可以移动更远的距离，进而使得高权限区被打开。

当低权限的检修员在检修过程中发现问题需要打开高权限区域进行维修时，可以通知高权限的检修员，在活门处于低权限区打开的情况下进一步打开，其过程为：通过高权限锁的拨块将左限位板和右限位板拨到驱动轴凹口部处，在左拉伸弹簧和右拉伸弹簧的作用下，左限位板向左移动，右限位板向右移动，使得左限位块和左限位座分离、右限位块和右限位座分离，此时，左支架和右支架可以进一步向外打开。

当高权限区域在维修过程中需要暂时关闭时，例如，母线室的母线需要更换时，需要断电后打开高权限区，而判断更换母线后开关柜是否正常工作需要关闭高权限区并接电进行检测，这会导致高权限区需要反复开启，而高权限区开启一次后，左限位板和右限位板均处于驱动轴凹口部中，可以在不动用高权限锁的情况下反复开启高权限区，直到检修完全完成后，限位板复位结构使得左限位板和右限位板在驱动轴的轴向上复位，高权限区才再次处于锁死状态。

4 结语

环网柜本身具有结构简单、操作灵活、联锁可靠等特点，对各种不同的应用场合、不同用户要求均能提供令人满意的技术方案。传感技术和最新保护继电器的采用，加上先进的技术性能及轻便灵活的装配方案，可以完全满足市场不断变化的要求。

但其也存在诸多操作不便的缺陷及安全隐患，而本文所设计的分区开门的活门驱动结构及高压开关柜，相比于传统的10 kV开关柜具有如下优势：

（1）活门复位过程中不会移动过快，更加安全可靠；

（2）该活门驱动结构生产成本较低；

（3）该高压开关柜活门驱动的结构强度高；

（4）可以将检修要求较高的区域与检修要求较低的区域隔开，从而将检修不同区域的任务分配给不同级别的检修员，进而节省人工成本；

（5）高权限区被打开一次后，在活门完全关闭前可以被反复打开，便于检修人员检修。

审核编辑：刘清