高压开关设备中机械联锁、电气联锁设计和应用的研究

郭金城

摘要：联锁设置是确保高压开关设备正常运行的重要保障，在此基础之上，电网的运行安全才有保障，谨防操作失误带来不必要的损失。为此，本文基于机械和电气双重保障，研制了一种高压开关设备联锁装置。该装置使用了杠杆联动操作模式，并安装于在断路器下面，其结构较为简单，便于操控，有很强的灵活性、安全性和可靠性。

关键词：高压开关设备；机械联锁；电气联锁；设计；应用

电力系统中普及率最高的输配电设备是高压开关设备。它的结构类型多种多样并不唯一，但其运行程序需满足应用系统的相关要求，尤其是其操作流程。只有如此，才能确保电路的接通与断开的安全，保障整个电力系统运转的安全性能。

1.研究背景

目前流行着各种各样的高压开关设备，虽然绝大部分都设有联锁装置，但仍然存在着联锁装置稳定性差的缺陷，给技术工作人员的调试、安装、维修、养护工作的开展带来了很多麻烦。从历年电气事故的相关统计数据来看，由于技术人员操作失误带来的人员伤亡事故并不在少数。因此，提高高压开关设备中的联锁装置的稳定性，严格管理操作流程，是很有必要的。

基于上述原因，本文从预防高压开关设备误动操作的角度出发，设计了一套结构简单、安全可靠的联锁装置，实现了机械连锁和电气连锁的完美结合，大大提升了设备的安全系数。

2.工作原理

由于高压开关设备中联锁装置并不完善，有可能带来机器设备的误动，造成设备变形或损坏，解决传统维修不变的烦恼，本文研制了一种性能稳定的高压开关设备联锁装置。该联锁装置的构成部分有隔离开关操作部分、断路器分合部分和传动机构，具体结构参照图1。

图1连锁装置的结构示意图

2.1隔离开关操作机构

数字18代表操作手柄，它的安装位置在闭锁操作面板外部，其作用是控制开关的分合状态。数字8代表拨叉，它的安装位置在闭锁操作面板内部，其作用是辅助操作手柄，完成控制开关的闭合。二者靠转轴实现连接，并完成连动旋转。

2.2断路器分合机构

合闸轴和合闸弯板共同组合而成了断路器合闸部分；脱扣半轴和脱扣弯板共同组合而成了断路器分闸部分。当合闸弯板向上移动到合闸轴位置时，不可合闸；反之，则可合闸。当脱扣弯板向下移动到脱扣轴位置时，不可分闸；反之，则可分闸。

2.3传动机构

传动机构实际上就是杠杆联动机构，它有两部分组成——连杆机构和杠杆机构。前者安装于断路器外部下方位置，后者安装于断路器底部，二者之间可实现并联。控制合闸弯板、闭锁合闸杆和控制脱扣弯板是杠杆机构重要的三大成员，他们之间相互配合，使杠杆机构形成了一个整体，支撑传动机构进行传动。

3.联锁装置的操作流程

3.1合闸状态操作流程

断路器处于合闸状态下，启动联锁装置，滚轮落下，阻挡闭锁合闸杆往上位移，固定了传动机构，使其不发生移动，此状态下，隔离开关操作机构中的操作手柄被固定住。因启动了该联锁装置，操作手柄固定的情况下，不会出现误动，断路器不会触碰到分断闭锁按钮，大大增强了合闸状态下，操作流程的安全性。

3.2分闸状态操作流程

断路器处于分闸状态下，合闸弯板压在合闸轴之上，致使合闸轴不能移动，滚轮抬起，闭锁合闸杆向上移动。操作手柄触碰到分断闭锁按钮，拨叉也随之转动，驱动杆也随之转动。在运转过程中，驱动拐臂与联动拐臂相交，形成了一个直角。扇形板也随着联动杆开始转动，在转动过程中拉伸活动顶杆的长度。这时，杠杆机构开始发挥作用，闭锁合闸朝着上面的方向移动，直到锁扣链接上，启动联锁装置为止。合闸轴被固定住，断路器不会发生合闸。

脱扣活动顶杆被朝着下面的方向压动，随着活动顶杆的运动，脱扣弯板位于控制拐臂的下方，随着脱扣弯板朝着下面的方向移动，直到脱扣半轴被固定住为止，断路器被固定在分闸模式，这样可以确保电路不会发生回路现象，最大限度的保障人员安全。

4.设计过程中要注意的问题

该联锁装置适用于任何类型的高压开关设备，根据不同的系统要求可设计出不同类型的联锁装置。其类型可分为主动式联锁和被动式联锁两种。前者是指处于联锁装置开启的模式下，如果不能按照正常操作程序解锁，在系统中就不会出现因不经意间的失误操作造成无法挽回的损失。举例来说，如果断路器处于合闸状态时，隔离开关要处于闭锁状态，确保在非常解锁状态下，隔离开关不会移动，即使出现失误操作也不会造成系统损坏或者人员伤亡。后者是指没有运行正常解锁操作流程，但是系统满足了解锁必要条件，造成联锁装置被动解锁。举例说明系统启动了联锁装置，但是仍然可以操作隔离开关，尽管理论上隔离开关被没有发生位移，但是线路却处在分闸的状态，有可能造成联锁装置解锁，这种情况下容易出现人员伤亡事故。

基于上述原因，在设计高压开关设备中的机械联锁、电气联锁装置时要尽量避免使用被动式联锁，尽可能地在设计中使用主动式联锁。

5.本设计的可取之处

5.1联锁装置安装便捷

该联锁装置的安装位置便于操作，处于断路器的底端位置，方便进行组装拆卸。虽然其联锁装置的结构较为简单，但是便于操控，调试起来不费工夫，可以提升安装工人的效率。此外，传动机构是基于连杆结构和杠杆结构实现的传动连接。这一项技术较之于传统的传动机构，灵活性更强一些，便于技术人员进行操作。另外传动机构的安装位置灵活，可根据开关设备的具体要求来设定其安装的位置。

5.2联锁装置调节灵活

该联锁装置中可根据不同开关设备的要求，自由调节驱动杆和联动杆的长度。长度设置不同，连杆机构所承载的力也不同，不同的力最后都会作用到杠杆结构，这一创新很大程度上解决了杠杆机构中传动力不足的弊端，增强了联锁装置的可靠性。

5.3联锁装置可靠性强

该联锁装置中断路器的分合闸分成两步去实现的。第一步是借助闭锁合闸杆实现合闸状态；第二步是借助脱扣活动顶杆达到分闸状态。这一创新，较之于传统分合闸技术，大大增强了联动装置的可靠性能，确保了闭锁状态的稳定性，增大了技术人员操作的安全性。在联锁装置上加入微动开关的设计，它可以电动进行分合闸，较为安全，具有很大的推广应用价值。

6.结束语

高压开关设备类型多种多样，具有较高的性能要求，根据不同的系统要求，联锁装置的设置也要符合实际需要。但在其设计过程中要注意研究细节要求，以求最大限度的满足设备运行的条件。注重联锁装置的维修与养护，增大电网运行的安全系数，确保其相关系统顺利运行。

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