一种中置式开关柜手车接触行程验证辅助装置的研制

徐伟++罗志远++汤金兴++沈波

摘 要：通过对目前广泛应用于电力系统配电领域的10 kV/20 kV中置式高压开关柜手车动、静触头接触不可靠可能造成的严重后果，新增开关柜投产验收工作中手车接触行程验证项目的重要性以及实施现状进行详细阐述，提出了一种适用于中置式开关柜手车接触行程验证的辅助装置。对该装置的实现方法、工作原理、具体性能及现场应用进行了描述。该装置首次将视频实时监控的概念应用于中置式开关柜手车接触行程的验收工作中，不仅提高了中置式开关柜手车接触行程验证的科学性和准确性，也提升了中置式开关柜运行的安全性和可靠性。

关键词：电力系统；中置式开关柜；接触行程；视频监控

中图分类号：TM591 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.18.126

在电力系统中，10 kV/20 kV高压开关柜是一种被广泛应用于配电系统的电气装置，用于电能的接收和分配，并对线路进行控制、测量、调整和保护，可以闭合、开断正常的电力线路，成为电力系统中必不可少的受电和配电设备。中置式结构的高压开关柜由于柜内的主要电气元件（比如断路器）是安装在可拉出的手车上的，具有机体小巧、维修方便、可靠性高、经久耐用、操作安全等优点，因而，中置式开关柜成为110 kV/35 kV变电所中应用最为广泛的一种高压开关柜。

近年来，随着社会用电需求的不断上升以及电网的高速发展，电力系统涉及大量110 kV/35 kV变电所的新建和改扩建工程。变电所新建和改扩建工程新增10 kV/20 kV中置式开关柜后，为了保证开关柜投运后的正常、安全运行，必须在开关柜正式投入运行前对其各项性能指标进行全方位的验收，而对中置式开关柜手车接触行程（手车接触行程是合闸操作中动、静触头接触后绝缘拉杆继续运动的距离，即在合闸过程中触头压簧的压缩量）的验收是其中一个非常重要的项目。开关柜手车动、静触头的接触行程必须要达到设计位置和接触标准，才能使开关手车动触头和静触头完全可靠接触。由于10 kV/20 kV开关柜运行时的电流较大，如果动、静触头接触不到位，接触电阻的增大会引发动、静触头异常发热，严重时甚至烧毁开关柜，造成设备损坏和停电事故的发生，从而影响电网运行安全及供电可靠性。

1 中置式开关柜手车接触行程验证现状

目前，中置式开关柜手车接触行程验证过程中，由于受到中置式开关柜结构和触头位置的限制，验收人员无法直接观察手车动、静触头的实际位置和接触情况，主要还是靠运维人员的操作经验和主观感觉判断，针对开关柜手车接触行程是否正常的验收结果没有一个科学、可靠的判断依据，手车开关运行的安全性和可靠性无法保障。

经过对电力系统新建和改扩建变电所新增中置式高压开关柜投产验收现场手车接触行程验证项目进行调研以及查阅相关资料发现，目前还没有涉及专门针对提升中置式开关柜手车接触行程验证科学性、可靠性的相关研究和经验的公开论文及成果。因此，探寻和研制一种能够提高中置式开关柜新建验收时手车接触行程验证的有效性、可靠性的方法和装置，对于提高中置式高压开关柜的运行安全性和稳定性，保证供电的可靠性是非常必要的。

2 辅助装置的研制

为了解决目前中置式开关柜验收工作中手车接触行程验证项目可靠性低的问题，提升开关手车接触行程验证的科学性，相关机构研制了一种中置式开关柜手车接触行程验证辅助装置，用于开关手车接触行程验证现场。

2.1 装置构成及工作原理

中置式开关柜手车接触行程验证辅助装置采用模块化设计，主要包括电池电源模块、微型摄像头、画面分割器、视频连接线、液晶显示屏和画面显示控制模块。中置式开关柜手车接触行程验证辅助装置如图1所示。

2.1.1 电池电源模块

电池电源模块采用内置12 V/5 Ah的铅酸蓄电池，电池电压为+12 V，容量为5 Ah，通过电源开关直接供给液晶显示屏和画面分割器；采用开关稳压芯片LM2576-5.0，将+12 V电压转换为+5 V，供给摄像头使用，连续工作时间可达到5 h以上。装置上设置了充电接口，当蓄电池电量降低时，可以通过外置的电池充电器由220 V交流电源对蓄电池充电。此外，装置采用内置电源方式，工作现场无需外接电源，方便装置的现场应用。

2.1.2 微型摄像头

微型摄像头选用DH-205型700线高清红外微型摄像头，可以在开关柜内光线较暗的环境下清晰显示开关动、静触头的接触情况。为了方便现场应用，配备了接线背板和安装支架。接线背板装有XH2.54端子，与视频连接线的一端相连，通过视频输出线将监控影像传输到控制装置上；安装支架为“Z”字型，摄像头的一端对准触头，另一端用自粘胶带固定在开关小车动触头臂上。

2.1.3 画面分割器

画面分割器选用型号为YG600的六画面分割器，可以实现手车开关三相触头，每相上、下触头各一个摄像头，供6路摄像头视频信号同时接入，并在同一液晶显示屏上显示。

2.1.4 视频连接线

视频连接线配置了长度为3 m的视频专用连接线，一端为3路航空插头，另一端为6路XH2.54的接头，航空插头与面板的视频输入端子相连，XH2.54接头与摄像头背板相连，将微型摄像头信号传输至画面分割器。

2.1.5 液晶显示屏

液晶显示屏选用型号为B1042的10寸液晶显示屏，最大分辨率可达1 024×768，可同时显示6路视频输入信号，并保证监视画面的质量，体积适当，满足装置大小便于携带和现场应用的要求。

2.1.6 画面显示控制模块

画面显示控制模块可以实现按键和遥控两种控制方式。按键控制直接设置在装置的面板上，通过按键操作实现画面显示模式的切换；遥控控制采用红外遥控方式，装置上设有红外遥控接收端，通过遥控器实现对现实画面和模式的控制和调整。按键和遥控方式均可实现对画面显示模式的调节和控制，更换输入不同的通道画面，可以实现“一大五小”“一大三小”“画中画”“二分割”等显示模式的切换。

2.2 装置电源电路工作原理

装置内置铅酸蓄电池的电压为+12 V，它通过电源开关直接供给液晶显示屏和画面分割器；摄像头供电电源的电压为+5 V，电路中设计使用了开关稳压芯片LM2576-5.0，将蓄电池+12 V电压转换为+5 V。该芯片是美国国家半导体公司生产的3 A电流输出降压开关型集成稳压电路，内含固定频率振荡器（52 kHz）和基准稳压器（1.23 V），并具有完善的保护电路，包括电流限制及热关断电路等。利用该器件只需极少的外围器件便可构成高效稳压电路，+5 V电源通过视频连接线供给摄像头工作，并将视频信号传输回装置。装置电源电路图如图2所示。

图1 中置式开关柜手车接触行程验证辅助装置实物图

图2 中置式开关柜手车接触行程验证辅助装置电源电路图

3 装置的现场应用

中置式开关柜手车接触行程验证辅助装置研制成功后，在国网嘉兴供电公司变电运维室实训基地10 kV开关

室现场以及所辖的文昌变、陆桥变等变电所改扩建工程的

新增10 kV/20 kV中置式开关柜手车接触行程验证工作现场进行了应用和效果验证。辅助装置现场应用情况如图3所示。

图3 辅助装置现场应用图

现场应用时，将装置通过面板上设置的整机接地端可靠接地，保障装置和操作人员的人身安全；将摄像头一端对准小车触头，安装支架一端用自粘胶带固定在开关小车动触头臂上；将视频连接线按照相应的编号与装置面板上的视频输入端子以及摄像头背板接口相连，然后打开装置工作电源，开始工作。

开关柜验收人员可在验收现场通过该装置的液晶显示屏，清楚地观察中置式开关柜开关手车由试验位置摇至工作位置、工作位置摇至试验位置过程中动、静触头的相对运动情况以及实际接触情况。面板上6个画面按顺序分别对应显示开关柜手车A，B，C三相上、下6个触头的实际情况，并且可以通过装置面板上的切换按键或者配置的遥控器对监控画面显示模式按需求切换和调节，有利于仔细观察相关触头。通过对运动过程和实际位置的观察，验收人员能够对手车接触行程作出准确的判断，从而保证验收的可靠性和有效性，确保开关柜乃至电网的运行安全。

4 总结

综上所述，本文提出的中置式开关柜手车接触行程辅助验证装置首次将视频监控技术引入中置式开关柜手车投产验收接触行程验证工作现场。该装置具有结构简单、操作方便、通用性强等优点，可较好地应用于中置式开关柜手车接触行程验证现场。本课题已立项为国网浙江省电力公司2015年群众性科技创新项目。

参考文献

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作者简介：徐伟（1976—），男，高级技师，高级工程师，主要从事变电运维管理工作。罗志远（1985—），男，硕士，工程师，主要从事变电运维工作。

〔编辑：刘晓芳〕