一种10 kV开关挡板安全锁的研究

朱煜浩，陆现波，陈健鑫，李军刚

(中国长江电力股份有限公司白鹤滩水力发电厂，四川 宁南 615400)

在电力企业10 kV开关检修工作中，当10 kV开关本体被拉至“检修”位置，开关柜内部的动静触头挡板处于活动状态，安全措施要求采用4把普通挂锁来锁定10 kV开关柜断路器的静触头挡板[1]。在10 kV开关检修工作中，挂锁与取锁存在的问题主要包括：

1)按照安全规范的要求，挂锁过程中需带绝缘手套，操作较为不便，锁眼孔位置靠近触头挡板，操作人员需将手伸进开关柜内，操作较为费劲。

2)由于开关柜空间有限，挂锁操作时有触碰到带电位置的风险。

3)检修工作完毕后，需将挂锁取下，方可将10 kV开关本体推至柜内，在设备检修工作中，存在未取锁就将10 kV开关本体推至柜内，并造成设备损坏的情况。

4)现阶段通常采用4把普通挂锁来锁定10 kV开关柜断路器的静触头挡板，操作繁琐、效率低。

本文分析现有10 kV开关检修工作中，挂锁时存在的问题，提出改进方案，弥补现有技术的缺陷，简化检修环节的工作量，提高效率，并且能有效防止误操作和误触电的风险。

1 结构设计

1.1 设计准则

鉴于现有的工艺方法，挂锁耗时长、操作费力、有误操作和触电风险[2]，安全锁按如下原则设计：

1)安全锁能够代替原用的4把普通挂锁，简化操作；

2)利用理论力学，有效结合人体力学，便于操作者操作；

3)在强度满足要求情况下，选择轻便的材料，使产品真正实现轻量化；

4)采用锥体设计，保证安全锁的锁销与触头挡板操作机构的锁眼孔相配合；

5)在滑动部分采用滚动摩擦代替滑动摩擦[3]，减小阻力；

6)开关触头操作机构同侧上下两孔间距和两侧间距略有差距的情况，安全锁的工作行程应可微调。

1.2 原理与结构

根据上述现状分析和设计准则，设计一种10 kV开关挡板安全锁，主要包括小车框架1，联动机构2，底座11，壳体12，滚轮13，伸缩锁21，旋转臂22，活动杆23，滑动座24，锁定机构3，固定板31，锁销32。结构如图1所示。

图1 10 kV开关挡板安全锁结构示意图

在10 kV开关柜本体内部，挡板操作机构的每个锁眼孔正前方有一个圆柱体，所以必须增加安全锁两端锁销32的行程，锁芯21采用市场上最为常用的卷帘门锁芯，锁芯21带动旋转臂22旋转，旋转臂22实现杠杆的功能，带动活动杆23的往复运动，放大锁芯21的行程，使安全锁推进10kV开关柜内过程中，不受圆柱体的阻挡。根据杠杆原理和相似三角形的原理，如图2所示可得出：

图2 杠杆和相似三角形原理图

F1L1=F2L2

活动杆23带动固定板31，左右移动，实现安全锁的锁定和解锁操作，同一固定板31上的两锁销32之间距离可调，以解决设备工艺问题造成的同侧上下两锁眼孔间距误差的问题；锁销32采用锥体设计，方便锁定操作时锁销与锁眼孔的配合；通过图3，锁销受力分析可得出：

图3 锁销受力分析图

F=F1

F=(F3+F4)cosα

从上述公式分析可得出，锁销采用锥体设计，能减小受力，从而减小锁芯输出的力矩。

活动杆23在滑动座24中移动，滑动座24上加用了滚轮，使活动杆23与滑动座24之间的滑动摩擦变成滚动摩擦，减小阻力，提高设备的可操作性。

10 kV开关挡板安全锁俯视图、侧视图分别如图4、图5所示。主要包括小车框架、联动机构、锁定机构三大部分。小车框架包括底座、壳体和滚轮；联动机构包括锁芯和伸缩杆两端连接的旋转臂、与旋转臂连接的活动杆，以及与活动杆配合的滑动座；锁定机构包括固定板和锁销[4]。

图4 10 kV开关挡板安全锁俯视图

现结合图1、图4、图5进行各部件功能说明，底座11为平板；壳体12为矩形结构的中空框体；四个滚轮13安装在小车框架1的两端；壳体12与底座11中心垂直连接，小车框架1与底座11底部用螺帽固定。滚轮13与10 kV开关柜内的轨道接触滚动，滚动更灵活稳定。

图5 10 kV开关挡板安全锁侧视图

锁芯21两端连接旋转臂22，旋转臂两端均设有贯穿的长腰圆孔；活动杆23上设有固定孔；滑动座24为块状结构，其设有滑槽，为活动杆提供导向；锁芯21的连接孔与旋转臂22其中一端的长腰圆孔由销轴活动连接，旋转臂22另一端的长腰圆孔与活动杆23固定孔通过销轴活动连接，活动杆23穿过壳体12与滑动座24的滑槽配合，滑动座24与壳体12固定。

固定板31为平板，其中一侧面设有凹进的槽口，位于槽口内的两端设有贯穿的槽孔,另一侧面通过紧固件与活动杆23连接；锁销32安装在固定板31的槽孔内，可灵活调整锁销在固定板槽内的位置。

滑动座24位于壳体12的内部，用螺钉固定，活动杆23在滑动座的凹槽内滑动，不易左右摆动，连接限位更可靠，安全性更高。

一种10 kV开关挡板安全锁，使用时，通过小车框架1两端的滚轮13与10 kV开关柜内的轨道配合滚动，通过旋转锁芯21驱动旋转臂22带动活动杆23向两侧伸展或收缩，通过固定板31上的锁销32与10 kV开关柜内防误操作机构上的锁定孔配合限位，使开关触头挡板锁定；收缩时，解除锁定。

2 现场测试与效果分析

将10 kV开关挡板安全锁在10 kV备用开关上进行现场测试，经过多次测试后，结果表明，所设计制作的10 kV开关挡板安全锁能够达到固定10 kV开关柜断路器静触头挡板的效果，且操作方便，省力，操作效率高，保障操作人员的人身安全和设备安全[5]。一种10 kV开关挡板安全锁实物图如图6和图7所示。

图6 10 kV开关挡板安全锁实物图

图7 10 kV开关挡板安全锁调试图

3 结 语

本文对安全锁的设计原理、组成结构、实现功能进行了详细的阐述，为安全锁的加工制作提供了一套完整的方案。总体来说，装置具有以下优点：

1)结构简单、制造成本低。安全锁由小车底座、联动机构、锁定装置等部件组成，结构简单，加工及组装容易。

2)操作方便、省力。安全锁与开关柜内的轨道配合滚动，旋转锁芯使锁销插入锁定孔，使开关柜断路器静触头挡板锁定。

3)通用性高。适用于ABB所生产的10 kV开关柜，可在行业内全面推广使用。

4)安全可靠。安全锁在使用时，可规避误触电风险，同时还可以防止未取锁误将开关本体推入柜内，损坏开关的风险。