直流柜柜门与断路器滑板互锁装置研究

张辉

摘要：本文主要针对直流开关柜的柜门与直流快速断路器滑板相互控制进行研究，提出了一套新的改进办法，即通过在柜门与断路器滑板间设计一套互锁装置，来实现对操作人员的保护，相比于传统的锁止结构，该装置结构简单，可靠性高，其安全性、实用性和经济性都能得到较大提高。

关键词：直流开关柜；断路器；互锁装置

牵引配电直流开关柜（直流柜）是主要用于轨道交通牵引供电系统直流电能分配和馈线控制及保护的成套开关设备。此套装置主要由进线柜、馈线柜、负极柜等系列产品构成。可满足我国地铁、轻轨、有轨电车等城市轨道交通对直流牵引供电装置的需求【1-2】。牵引变电所将主变电所输出的交流高压电经整流机组降压、整流，经直流开关柜进线柜及馈线柜向接触网或接触轨供电，再通过列车回流到负极柜，最后回到整流器负极。其中，进线柜、馈线柜中常设手车式直流快速断路器，手车能方便地拉出和推入【3-4】。

1. 常用锁紧方法介绍

本文主要针对直流开关柜的柜门与直流快速断路器滑板相互控制进行研究。通常的情况下，柜门1相对柜体2可旋转开合，断路器3固定在滑板4上，滑板4相对柜体2可通过摇杆或其他驱动装置水平移动一段距离，断路器与电气线路接触点5位于相对柜门的另一端，如图1所示。为保证安全，要求断路器与电气线路接触时，柜门不能打开；而当柜门打开时，断路器及滑板不能向电气线路接触点移动【5】。

常用锁紧方法是同时采用一套滑板自动锁止结构和一套柜门自动锁止结构，通过机构接触的连锁动作可基本达到上述要求，实现对操作人员的安全防护。通常滑板自动锁止结构采用带推杆和斜面的滑块，滑块带复位装置，斜面上安装滑板锁紧销。柜门关闭时，触碰推杆和滑块移动，从而使锁紧销跌落，解除对滑板的锁紧；柜门打开时，滑块在复位机构的带动下回位，从而使锁紧销伸出，从而锁紧滑板。一般柜门自动锁止结构也采用类似的滑块机构，其中复位可以是通过弹簧或利用滑块自身重力实现。

图
1

此类结构长期使用以来存在着一些缺陷，主要有：采用两套连锁装置，机构较复杂，需占用直流开关柜较大的空间和增加制造成本，同时因串联零件较多，增加了系统失效的概率。更为重要的是，两套自动锁止滑块机构因各自独立，未实现互锁，当多名操作人员沟通不畅或操作失误，在两机构解锁的位置（柜门合上，滑板靠近柜门）同时对柜门和滑板进行操作时可能会造成连锁装置的失效，因而对操作人员造成较大的安全风险。

2. 新的互锁装置介绍与分析

为解决常用锁紧方法的缺陷，本文研究并提出了一套新的改进办法，即通过在柜门与断路器滑板间设计一套互锁装置，来实现对操作人员的保护，如图2所示。互锁装置结构主要包括：柜门锁钩6、锁紧杆7、转轴8、纵梁9、滑板锁钩10、扭簧11。柜门锁钩6和滑板锁钩10分别固定在柜门1和滑板4上，锁紧杆7的中心通过转轴8固定在柜体2的纵梁9上，可自由转动，锁紧杆在转轴上安装有扭簧11，保证锁紧杆始终有逆时针旋转的力矩。

锁钩前端设计有倒角或圆弧，钩子前端高度A小于中段直线部分的高度B，且钩子中段设计成一定角度的斜面，保证无论锁紧杆在水平位置或旋转一定角度时锁钩都能顺利推进。

当两个锁钩中有至少一个到达靠近的锁紧杆的极限位置时（即锁钩的中段部分靠住锁紧杆时），锁紧杆能保持住水平状态不旋转，另一锁钩可自由移动；当一锁钩离开锁紧杆自由移动时，另一锁钩的位置被限制（一旦离开锁紧杆，锁紧杆会在扭簧的作用下迅速滑入锁钩的沟槽内，限制进一步动作），此时被锁住的锁紧杆可在推力作用下沿着锁钩的斜面回位。

具体操作情况分析如下：

1. 柜门合上，且滑板到达接触点远端时（如图2所示状态），此时柜门和滑板两者中任一均可动作（门向左打开，或滑板向右接近接触点），当误操作使两者同时动作时，锁紧杆在扭簧的作用下迅速滑入锁钩的沟槽内，限制进一步动作。

2. 柜门打开时，滑板的位置被限制。

3. 柜门合上时，回到图示2状态，柜门锁钩的中段部分靠住锁紧杆，锁紧杆能保持住水平状态不旋转，此时滑板可自由移动。

4. 滑板向电气线路接触点近端移动时，柜门的位置被限制。

5. 滑板返回到接触点远端时，回到图示2状态，滑板锁钩的中段部分靠住锁紧杆，锁紧杆能保持住水平状态不旋转，此时柜门可自由开合。

图2

3. 改进方法的优势及结论

本文研究提出的通过在柜门与断路器滑板间设计一套新型的互锁装置，可以替代传统的两套锁止结构，实现保护操作人员的要求。该装置结构简单，可靠性增加，同时减少了柜内空间和制造成本。装置因采用的互锁结构，两个运动部件的锁止结构相互联系（采用同一个锁紧杆），避免同时解锁从而引发安全事故的情况。互锁装置锁钩的结构特点，能保证无论锁紧杆在水平位置或旋转一定角度时锁钩都能向前顺利推进，且当锁紧杆在扭簧的作用下滑入锁钩的沟槽时能有效锁紧。

因此，本文研究提出的新型互锁装置，相比于传统的锁止结构，其安全性、实用性和经济性都能得到较大提高。该装置不仅能在柜门与断路器滑板间使用，对需要类似连锁结构的设备上也同样适用。

参考文献

1. 秦峰.轨道交通的直流供电系统的开关设备简述[J].电气时代.2010年01月.

2. 张刚、袁铎宁.城市轨道交通直流开关柜的国产化探索[J].都市快轨交通. 2011,24(06)

3. 轨道交通的直流供电系统[J]. 蔡彬,陈德桂.  电工技术杂志. 2001(02)

4. 城市轨道交通供电系统设计原理与应用[M]. 西南交通大学出版社 , 于松伟等, 2008

5. 阳兴.直流开关柜机械保护装置的设计分析[J].中国设备工程.2018年06月.