KYN18C铠装移开式开关柜手车断路器机械联锁完善改造

张科峻，贺政，禹正明

(庆阳供电公司，甘肃庆阳 745000)

0 引言

全封闭铠装开关柜由于其运行可靠，设计紧凑，结构简单，内部元件选型灵活、检修维护量小等诸多显著优点，在近十多年来，广泛应用于电网及各大中型生产企业中。同时，由于铠装开关柜将断路器与隔离开关的电气、机械闭锁在设计、生产中与开关作为一体化设计生产，在设备出厂之时已完成了相互间的闭锁，机械上预先控制了设备误操作，极大地避免了电力系统事故、设备故障的发生。

随着铠装开关柜的运行经验增加，其设计趋完美，已实现了电气、机械双重连锁［1］，但是，早期生产的(2009年前)开关柜，在其设计中只有机械闭锁，而无电气闭锁，因此存在一定的设备安全隐患，近年来故障频发，极大地影响了电网设备的安全运行，对可靠供电、设备健康运行带来了极大的压力，如何完善早期开关柜的电气、机械连锁装置，使其实现可靠闭锁，避免事故发生，具备极大的现实意义。

1 铠装开关柜的结构及各联锁的作用

铠装开关柜设计由仪表室、断路器手车室、主母线室、电缆(出线)室、柜体等五部分组成。

断路器手车室安装了特定的轨道和导向装置用于断路器手车在其内滑行、定位，同时，控制断路器的运行、试验以及检修位置的固定和各位置间的运动、转换，将带电体与工作人员隔开，保障设备、人员安全［2］。其电气、机械连锁的各项主要功能即在断路器手车室实现［3］。

早期设计的开关柜，依据断路器的分、合闸状态，断路器手车所处的运行、试验位置及接地刀闸的分、合闸情况，具备以下连锁功能:

1.1 电气连锁

在断路器手车底部装有试验及工作位置的转换开关，将转换开关的接点串接入分合闸回路，当手车在试验、工作位置之间移动时，即使送入合闸命令，合闸回路没有接通，断路器也不会合闸，只有手车在试验或工作位置时，才能转动操作钥匙，带动转换开关，接通合闸回路，实现断路器的合闸操作。

1.2 机械连锁

当断路器手车处于运动位置时，其闭锁连杆闭锁合闸功能，即操作摇把插入、摇动时，断路器不能合闸;同时，当断路器处于合闸状态时，闭锁丝杆操作孔，使断路器不能摇动，改变当前位置。在2005年以后的开关柜设计中，此功能依靠接于断路器手车位置行程开关接点的电磁锁实现，即手车位置不对应时，其电磁锁失电，机械闭锁杆不能打开，闭锁合闸功能。

1.3 断路器手车机械连锁实现的功能

(1)只有当断路器处于分闸状态时，手车才能离开工作、试验位置，或在两种位置间转换;

(2)只有当断路器手车处于工作、试验位置时，手车上的断路器才能实现合闸操作;

(3)当断路器手车处于中间位置时，断路器必能合闸

(4)只有断路器手车处于试验、检修位置时，其接地开关才能分合闸操作;

(5)当接地开关合闸时，断路器手车不能离开试验位置向工作位置移动。

2 早期KYN18C开关柜机械闭锁功能实现的原理及存在隐患

2.1 功能实现原理

早期铠装开关柜的操作闭锁，由解锁钥匙、操作丝杆孔、操作摇把、丝杆及各个挡板、连杆相互间的闭锁实现，其结构如图1。

图1 手车位置与断路器连锁

当断路器处于分闸状态，转动钥匙，使丝杆操作孔打开时，其顶杆连锁装置借助转动钥匙的力量上移，通过变向机构，将向上的运动变为闭锁杆的平移，阻挡合闸半轴的转动，使弹簧能量不能释放，即使接到合闸命令，断路器也不能合闸。

当断路器处于合闸状态，其合闸连锁拐臂强制压迫方轴顶杆连锁，使操作钥匙无法打开丝杆操作孔，迫使手车处于当前位置而无法移动。

2.2 早期开关柜闭锁设计隐患

2000年以前投运的开关柜，对其电气连锁与机械连锁的配合，设计、制造并不完善，存在事故隐患，主要表现为依靠解锁钥匙来同时完成电气、机械闭锁的解锁功能［4］。

当断路器处于运行或试验位置时，转动解锁钥匙，断路器手车的位置转换开关切换，接通合闸回路，断路器具备合闸电气解锁条件;但是，当其闭锁合闸半轴的机械闭锁杆，在尚未完全操作位到时，其控制回路已经接通，电气回路允许合闸操作，机械闭锁不具备合闸机械解锁条件，两者之间存在“配合间隙”;同时，由于长期运行造成金属连接松动、磨损等情况，又使得解锁钥匙能够拔出，使操作人员误判为手车操作已到位，可以合闸。这时，如发出合闸命令，断路器合闸线圈带电启动，而机械闭锁又没有打开，致使合闸能量不能释放，断路器不能合闸，其辅助开关不能切换断开合闸回路，造成合闸线圈长期带电烧毁的故障。

2.3 典型故障分析

2013年2月，庆阳供电公司合水变检修后送电时，101(1号主变)断路器合闸线圈烧毁，故障原因为机械闭锁未打开而合闸;

同年3月，同样是合水变，124(合华线)送电过程中断路器合闸线圈烧毁，故障原因同样为机械闭锁未打开而电动合闸导致。

以上两起故障，损坏原件相同，故障原因也相同，均为手车操作后控制回路已接通，信号灯显示正常，解锁钥匙能够拔出，表面上具备合闸条件，造成操作人员误判断，但机械闭锁未完全打开的条件下，而进行操作合闸造成的。

3 机械闭锁完善思路

对2000年以前投运的开关柜，针对其闭锁设计中存在的设备隐患，检修人员经过对后期连锁设计的分析、研究，初步确定了两种完善思路:

第一，参照现运行开关柜的闭锁方案，对断路器手车机械闭锁加装电磁锁，当断路器操作位置不正确时，电磁锁不能打开，从而闭锁合闸回路;

第二，在断路器机械解锁系统加装解锁位置行程开关，将行程开关的开接点串接入合闸控制回路，当断路器机械闭锁未完全打开时，行程开关不能切换，从而断开合闸回路，闭锁断路器合闸操作。

确定改造思路后，对两种改造方法进行了比较和可行性研究，对第一种改造方法，加装电磁锁时，需对机械解锁钥匙、断路器位置、电气回路均进行改造，对断路器机构的改造量较大，后期改造位置较多，包括安装解锁位置开关、电磁锁、闭锁回路改造等，工作量大，改造难度大，不具备实施条件;对第二种改造方法，加装位置行程开关，在实施时，需要对断路器钥匙解锁装置加装位置行程开关，使其接点在合闸闭锁完全打开时闭合，接通合闸回路，满足合闸条件，其改造简单易行，便于实现，可在现场应用实施。

4 机械闭锁改造实施:

经过前期改造方案设计、论证后，确定对该类断路器手车加装解锁位置行程开关，使其在解锁钥匙操作位置不当时，闭锁、断开合闸回路，即使误发合闸命令，由于断路器合闸回路处于断开状态，合闸线圈也不能带电、动作，从而避免线圈烧毁的故障发生［5］。

经现场对设备的实际状况进行勘察，该类断路器手车，在机械闭锁装置中，其闭锁的实现，由解锁钥匙、顶杆连锁装置、变向机构、合闸释放挡杆等部件组成，其顶杆连锁装置由两个φ8的螺栓固定于手车推进机构的底盘上，合闸连锁拐臂在合闸状态时限制顶杆连锁装置的上移，从而闭锁解锁钥匙的操作，封闭丝杆操作孔，达到合闸状态不能改变手车位置的目的［6］。

在“拐臂连锁挡板”与“手车推进机构底盘”之间安装机械解锁位置行程开关，在机械改造方面，满足改造需求。同时，该类手车断路器，二次控制布线位于手车本体，其接线原理、布置如图2所示。

图2 改前原理回路图

图3 改后原理回路图

当机械、电气改造条件具备后，进行改装用行程开关选型，经过比较，“LXW20”型行程开关接点动作间隙为3～5mm，其接点设计、外形尺寸、运行可靠性均满足现场应用条件，随即对其进行改造安装:

首先制作行程开关固定板，选用2 mm薄钢板制作现场开关安装支架，支架加工为“L”型，宽30mm，以满足行程开关安装宽度;其短端为20mm，开φ10孔一个，利用顶杆连锁装置固定螺栓固定，孔外侧加工为凹形，嵌入顶杆轴外侧，避免支架转动;长端为55mm，在其顶部开间距20 mm的φ6孔两个，以安装行程开关，固定板。

在控制的合闸回路中接入行程开关的常开接点，当机械闭锁解锁到位后，行程开关的常开接点闭合，使合闸回路满足合闸条件。同时还可以根据“绿灯”显示状态，来正确判断合闸回路是否完全解锁，是否具备“合闸”条件。其改造后的回路如图3所示。

5 结束语

2013年4月上旬，根据制定的改造实施方案，对同期8台断路器手车进行了完善化改造，加装机械解锁位置行程开关，改造合闸控制回路，使其断路器在机械解锁未到位时，合闸回路不能接通，现场改造效果如下:

通过改造图可以明显看出，只有当机械钥匙解锁完全到位后，才能驱动行程开关切换，接通合闸回路。

由于选用的行程开关动作间隙只有3～5mm，可靠的监测了机械位置的动作状况，当断路器机械部分存在磨损、间隙增大等客观条件时，外部反映为操作孔打开、钥匙已取下等操作许可条件，而实际解锁操作未完全到位时，也能有效切断合闸回路，从而避免设备故障的发生。

经过现场改造检验、对比，未改造的断路器，出现故障隐患的概率为1/2左右，而改造后的断路器，机械解锁位置稍有不足，其合闸回路均无法接通，故障率为零，改造实践效果明显，有效地杜绝了设备故障的发生，提高了安全运行水平。

［1］ 中国电科院开关所。交流高压开关和控制设备标准［S］.北京:中国标准出版社，2012年5月.

［2］ 国家电网公司发布。国家电网公司电力安全工作规程［S］.北京:中国电力出版社，2009年.

［3］ 国家电网公司运维检修部编。国家电网公司十八项电网重大反事故措施(修订版)及编制说明［S］.北京:中国电力出版社，2012年7月.

［4］ 肖永生，卓乐昆.发电厂变电所电气设备检修［M］.北京:中国水利水电出版社，1998.

［5］ 陈家斌，秦启根.电气设备检修及试验［M］.北京:中国水利水电出版社，2003.

［6］ 大连电力工业学校.电气设备检修工艺［M］.北京:中国电力出版社，2002.