高压开关柜结构及工作原理

高压开关柜结构及工作原理6kV开关柜使用天水长城开关厂的KYN28A铠装型开式交流金属封闭开关柜，具有防止带负荷推拉断路器手车、防止误分合断路器，防止接地开关处在闭合位置时关合断路器、防止误入带电隔室、防止带电时误合接地开关等连锁功能。进线开关配备ABB公司的VD4真空断路器，负荷开关配备天水长城开关厂的ZN63A-12型真空断路器和JCZR16-7.2J型接触器-熔断器组合开关。一、结构概述：1—泄压装置；2—外壳；3—分支小母线；4—母线套管；5—主母线；6—静触头；7—触头盒；8—电流互感器；9—接地开关；10—电缆；11—避雷器；12—接地母线；13—装卸式隔板；14—隔板（活门）；15—二次触头；16—断路器手车；17—加热装置；18—可抽出式水平隔板；19—接地开关操作机构；20—控制小线槽；21—电缆封板。开关柜的柜体为组装式结构，开关柜不靠墙安装。柜体分四个单独的隔室：手车室、主母线室、电缆室、继电器仪表室。柜体外壳防护等级IP42,各小室间防护等级IP2X。2.1手车：手车由开关柜的主元件和推进用底盘车组成。手车采用中置式结构，通过一台专用转运车可方便地进行手车进出柜的操作。以断路器为例：手车的下部为推进用的底盘车，断路器固定安装在底盘车上。底盘车内设置有推进机构，用以实现对断路器手车的进出车操作。底盘车内还设置有连锁机构，用以实现断路器和柜体之间的各项连锁隔室两侧安装了轨道，供手车在柜内移动时的导向和定位。静触头盒的隔板（活门）安装在手车室后侧。手车从断开位置/试验位置向工作位置移动的过程中，遮挡上、下静触头盒的活门自动打开；手车反方向移动时，活门自动关闭，直至手车退至断开位置/试验位置而完全遮挡住静触头盒，形成隔室间有效的隔离。断路器室的门上有观察窗，通过观察窗可以观察隔室内手车所处位置、断路器的合、分闸显示、储能状况等状态。2.3主母线室：主母线室贯穿联接相邻两柜，用装在柜侧壁隔板上的母线套管支撑固定。全部母线用热缩绝缘套管封闭。主母线和联络母线采用矩形截面的铜排，分支母线直接联接于静触头盒和主母线之间。如果出现内部故障电弧，柜侧壁的隔板和母线套管能有效防止事故向邻柜蔓延。2.4电缆室：本开关柜具有较大的电缆室空间。电流互感器、接地开关、避雷器等电气元件布置在电缆室内。2.5继电器仪表室：继电器仪表室内安装继电保护元件、仪表、带电监测指示器及各种二次设备。仪表室的后下部留有通信电缆孔可方便通过柜与柜间的通信电缆。二、联锁：高压开关柜的“机械联锁”是确保设备和人身安全、防止误操作的重要措施。《3～5kV交流金属封闭开关设备》（GB3906-91）中对此作了明确规定，此国家标准把“联锁”描述为“金属封闭式开关设备应具有：防止带负荷分、合隔离开关（隔离插头）；防止误分、误合断路器、负荷开关、接触器（允许提示性）；防止接地开关处在闭合位置时关合断路器、负荷开关等开关；防止在带电时误合接地开关；防止误入带电隔室等功能”，上述五项防止电气误操作的内容，简称“五防”。“五防”装置一般可分为机械、电气和综合三类。1.手车位置与断路器的联锁：1.1只有当手车上的断路器（接触器）处于分闸状态时，手车底盘车内阻止手车移动的联锁才能解锁，手车才能离开断开位置/试验位置或工作位。1.2只有当手车锁定在断开位置/试验位置或工作位置时，手车上的电气控制回路才能接通，同时手车底盘车内阻止断路器（接触器）合闸的联锁才能解锁，断路器（接触器）才能合闸。1.3当手车处于中间位置时，断路器（接触器）的电气合闸回路和合闸机械传动系统均被闭锁，断路器（接触器）不能合闸。2.手车位置与接地开关的联锁：2.1只有当手车处于断开位置/试验位置或移开位置时，手车阻止开关柜接地开关关合的联锁才能解锁，这时开关柜的接地开关才能合闸。2.2接地开关处于合闸状态时，接地开关操作轴上的联锁结构将阻挡手车移动，以使手车不能向工作位置推进。3.断路器和接触器状态指示：在手车面板上设有断路器（接触器）分、合状态的指示。4.手车位置与二次插头的连锁：手车进入柜内后，二次插头与手车位置之间有以下联锁：4.1只有当手车处于断开位置/试验位置时才能插拔二次插头。4.2手车离开断开位置/试验位置后，在向工作位置推进的过程中和达到工作位置以后，不能拔开二次插头（二次插头被锁定）。5.接地开关与电缆室盖板间的联锁：只有当接地开关处于合闸状态时，开关柜的下门或电缆室的后封板才能打开。也只有在电缆室的后封板封闭时接地开关才可以打开。6.F-C开关熔断器与接触器之间的联锁：F-C开关熔断器与接触器之间的电气联锁：三相熔断器的任何一相（或两相或三相同时）熔断时，撞击器射出的顶杆将推动断相杆运动，压下行程开关，这时将使合闸状态的接触器分闸，接触器的合闸回路被断开。直到所有故障恢复正常后才能进行接触器的合闸操作。7.泄压装置：在断路器手车室，母线室和电缆室的上方均设有泄压装置。当断路器或母线发生内部故障电弧时，泄压金属板将自动打开，释放压力和排泄气体，以确保操作人员和开关柜的安全。8.防止凝露和腐蚀：为了避免在高湿度或温度变化较大的气候环境中产生凝露带来的危害，断路器手车室和电缆室内分别装设加热器，以使在上述环境中防止凝露和腐蚀发生9.接地装置：在电缆室内单独设有8*40mm2的接地铜排，贯穿相邻两柜，并与柜体良好接触，供直接接地的元器件使用。由于整个柜体用敷铝锌版相栓接，整个柜体处于良好接地状态，保证运行操作人员触及柜体安全。三、手车的操作：1.手车位置：断路器手车或其他元件手车在柜内有三个位置：断开/试验位置；工作位置；中间位置（试验位置到工作位置之间的任意位置）。2.进车操作：手车由柜外推进柜内时，应使用专用的转运车。进车时柜门开启应大于90°。将装有断路器的转运车推至柜前，使转运车定位杆对准开关柜上的定位孔，推动转运车靠近柜体，使转运车上锁钩勾在柜体上，调节转运车托盘下的调节螺母，使转运车的轨道与柜体轨道相连接。进车前确认断路器已分闸。进柜时需先用人力将手车推到试验位置。配通用型底盘车时，离开断开/试验位置前，此时右手可将进出车摇把插入操作孔顺时针旋转，当断路器走完规定行程后，摇把转不动时，完成进车操作。3.从工作位置抽出手车：从工作位置抽出手车前，必须确认断路器已处于分闸状态。如果断路器未分闸，抽出手车之前必须先将断路器分闸。配通用型底盘车时，离开工作位置前，右手将进出车摇把插入操作孔，逆时针旋转手车至试验位置。摇把完成出车操作。4.从柜内抽出手车：由柜内抽出手车时，应使用专用的转运车。出车时柜门开启大于90度，将未装断路器的转运车推至柜前，使转运车定位杆对准开关柜上的定位孔，推动转运车靠近柜体，使转运车上锁钩勾在柜体上，调节转运车托盘下的调节螺母，使转运车轨道与柜体轨道相连接。出车前确认活门已完全关闭，拔下二次插头，用人力将手车抽出柜外。5.断路器的分、合闸：一般情况下，不需要人直接进行断路器的合、分闸操作。手车面板上设有手动按钮，供调试人员在调试断路器时使用。断路器手车面板上仅设有手动分闸按钮（电保持没有），断路器的合闸需靠电动，供调试人员在调试断路器时使用。开关柜面板上设有供操作者在紧急情况下对断路器进行分闸操作的紧急分闸装置。紧急情况下直接按动分闸按钮，就可使断路器分闸。6.分、合接地开关：接地开关的操作轴端在柜体右前部。接地开关的操作应使用厂家提供的专用操作手把。进行接地开关合闸操作前首先确认手车已退到试验位置或移出柜外，查看带电显示器的指示确认电缆不带电，确认柜体的后盖板没有打开，确认接地开关处于分闸状态。将专用操作手把插入接地开关的操作轴轴端，顺时针转动操作手把约90°，就可完成接地开关的合闸操作。接地开关合闸后，挡板操作孔的弯板将被锁住不复归。进行接地开关分闸操作前首先确认柜体的后盖板已经完全盖好，确认接地开关处于合闸状态。将专用操作手把插入接地开关的操作轴轴端，逆时针旋转操作手把约90°，就可完成接地开关的分闸操作。此时档操作孔的弯板复归挡住操作孔。四、断路器动作原理：1.储能动作：由储能电机或手动储能部件输出扭矩通过单向滚针轴承带动链轮转动，再经链条带动链轮转动，从而驱动储能轴上的挂簧拐臂顺时针转动拉长合闸弹簧，达到储能的目的。当合闸弹簧储能到位后，能量由储能保持擎子与滚轮保持。同时拨板带动储能指示牌，指示储能到位。2.分、合闸动作：2.1合闸动作：储能到位后，按手动合闸按钮推动手动合闸弯板转动，或合闸电磁铁动作，推动电动合闸弯板转动，经轴带动储能保持擎子转动，从而解除了储能保持擎子与滚轮的约束，合闸弹簧的能量释放带动合闸凸轮作顺时针方向转动，通过二级四连杆传动机构及绝缘拉杆带动真空灭弧室的动导电杆向上运动，完成合闸动作。2.2分闸动作：合闸动作完成后，按手动分闸按钮推动脱扣弯板转动，或分闸电磁铁动作，推动脱扣弯板转动，带动分闸半轴顺时针方向转动，半轴对分闸二级脱扣部分的约束解除，在绝缘拉杆内的触头碟簧和分闸拉杆作用下，带动真空灭弧室的动导电杆向下运动，完成分闸动作。3.操动机构断路器的弹簧储能式操动机构布置在断路器的前半部，分为合闸单元、分闸单元、传动部分和辅助单元。合闸单元：合闸单元的主体是弹簧储能机构。储能轴的两侧是挂有合闸弹簧的挂簧拐臂，储能轴上安装有链轮、输出合闸动力的驱动凸轮等。装在储能轴和合闸线圈下部的电机通过链条带动安装在大户能轴上的链轮，拉伸合闸弹簧从而储存合闸所需能量。机构合闸时，合闸弹簧储存的能量通过驱动凸轮及专用的连杆传递到断路器主回路，完成合闸操作。分闸单元：分闸单元的主体是合闸保持机构。合闸保持机构的一端与断路器的传动主轴发生关系，通过这一关系实现断路器合闸状态的有效保持。合闸