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高压电器中的开关设计分析 摘要： 在电力系统中，接地开关是最重要的电力设备之一。现在，快速接地开关作为特别重要的电器设备，已经在电力系统有许多的应用。本文主要是简洁的介绍了隔离开关、接地开关和快速接地开关，并探讨了接地、快速接地开关的设计以及一种用于高压电器的快速接地开关，可以作为以后新型接地开关设计的参考。 Abstract: In the power system, grounding switch is the most important one of electric power equipment. Now, as very important electrical equipment, fast grounding switch has been widely used in the power system. This paper mainly introduces isolating switch, grounding switch and fast grounding switch, and probes into the design of ground, rapid grounding switch and a rapid grounding switch used for high voltage appliance, which can be used as the reference for a new type grounding switch design. 关键词： 隔离开关；快速接地开关；高压电器；结构设计 Key words: isolating switch；rapid grounding switch；high voltage electric appliance；structure design 中图分类号：TM5 文献标识码：A 文章编号：1016-431120-0080-02 0 引言 在中国随着经济的快速发展，预料在将来电力需求将会稳步上升。高压电器是发电、供电、用电企业中，保证电网平安、牢靠运行和人们生产和生活用电的关键设备。高压电器的运行、维护、检修都干脆影响供用电的牢靠性和供电质量以及用电设备的平安，与社会生产、人民生活休戚相关，为了维护、检修高压电器，必需使电源隔离。因此探讨电力系统的开关设备，显得极其重要。现代开关设备的发展趋向是以高性能、高参数和免修理为目标，结构上向小型、封闭、组合成套发展。对已经投运的高压开关设备则是主动开展在线监测与诊断，已逐步实施由安排修理到状态修理的转变。本文主要介绍隔离开关、接地开关和快速接地开关，并探讨了快速接地开关的设计，可以作为以后新型接地开关设计的参考。 1 隔离开关(DS)、接地开关(ES)和快速接地开关(FES) 隔离开关是一种用来隔离电源或其他带电装置的开关电器。隔离开关的作用是在线路上基本没有电流时，将电气设备和高压电源隔开或接通。由于有明显的断开点，比较简单推断电路是否已经切断电源。如检修时就常用隔离开关把电源断开，检修好后再接通，以保证工作上的平安。有的隔离开关在闸刀打开后能自动接地，以确保检修人员的平安，这种隔离开关称为带接地刀的隔离开关。 接地开关就是用于将回路接地的一种机械式开关装置。在异样条件(如短路)下，可在规定时间内承载规定的异样电流；但在正常回路条件下，不要求承载电流。接地开关通常装设在降压变压器的高压侧。当输电线向只有一台变压器终端供电时，受电端发生故障后，接地开关应当自动闭合，形成认为的短路，这样，受电端的断路器会自动分闸，切除故障。若输电线向有支线的变电站供电，为了不影响其他线路对其他变电站进行输电，接地开关与快速接地开关共同运用。当一个变电站发生故障时，首先接地开关闭合使得受电端断路器开断，对快速接地开关马上分闸，这样就切除了有故障的变电器。送电端的断路器利用重合闸装置在快速接地开关合闸后，从新闭合，复原向其他的变电器的供电。 快速接地开关就是具有关合短路电流实力的一种特别用途的接地开关。当线路接地故障被切除后，由相邻运行线路供电形成故障线路的潜供电流，利用快速接地开关关合，可消退潜供电流，再快速开断接地开关，确保线路自动重合闸能胜利。装在电站出线端的快速接地开关有可能检修或运行时意外地带电关合，造成认为的故障，带来不必要的损失。因此为防止事故的扩大，快速接地开关必需具有规定的短路关合实力。在发生故障时，短路电流从静触头流向动触头，通过绝缘板，使三相动触头保持相对绝缘，然后电流由三相接地电桥导入大地。这个过程须要肯定的时间，因此要求在接地合闸时，快速接地开关拥有短时耐受电流的实力。接地开关和快速接地开关是两种不同性质的开关。接地开关配置在断路器两侧隔离开关旁边，仅起到断路器检修时两侧接地的作用。而快速接地开关配置在出线回路的出线隔离开关靠线路一侧，它有两个作用： 开合平行架空线路由于静电感应产生的电容电流和电磁感应产生电感电流； 当外壳内部绝缘子出现爬电现象或外壳内部燃弧时，快速接地开关将主回路快速接地，利用断路器切除故障电流。 2 GIS中隔离开关及接地开关断口开距设计 影响隔离开关的断口开距的因素有许多，例如：电压等级、SF6气压以及触头的屏蔽设计等有关。一般状况下，隔离开关的断口开距lk按以下公式计算 l=KK 其中K设计裕度，K=1.16； K隔离开关断口电压分布不匀称系数； U隔离开关断口雷电冲击耐受电压； E允许场强，按补气气压取值。 接地开关、快速接地开关开距可参照隔离开关取值。 3 接地开关的结构设计 为了应付强大的电动力和电弧的损坏，只依靠提高接地开关的机械强度和出头的接触压力是不行的。我们须要对它们进行结构上的改进。依据接地开关的布置，可以分为：向内打开；向外打开和侧面打开三种方式。 3.1 接地开关侧面打开 为了克服电弧和电动力的影响，我们可以在静触头处加上一个限位叉板，一方面可以削减接地刀杆的变形，另一方面可以防止接地刀和静触指分别，避开电弧的产生，以及爱护动、静触头不会被损坏。 3.2 接地开关向内打开 因为接地开关向内打开，电动力的方向是驱使接地刀跟静触头分别。因此，我们可以采纳两种方式解决这个问题： 接地开关的操作可以采纳交叉四连杆结构，就能够使得动触头的合闸运动起先就是转动，转到静触头下方的时候，产生一个向上的近似直线运动而插入静触头，且在静触头处设置一限位板。当电动力产生时，这个限位板可以阻挡动触头从静触头中脱出以及防止电弧的产生，并可削减接地刀杆的机械变形。 接地开关的操作可以采纳拐臂弹簧式机构，使得接地开关动触头在闭合时，起先转动。当转到静触头的下方时，可以产生一个直线向上运动插入静触头。同上，静触头处有一个限位板，可以防止动触头在电动力作用下从静触头中脱出，达到防止电弧产生以及削减触头杆机械变形的目的。 3.3 接地开关向外打开 因为电动力驱使接地刀向关合的方向运动，故不须要实行特别的措施，只须要动、静触头在接触处的接触压力足够即可。但由于接地刀向外打开，故其占地面积比较大。 4 快速接地开关的合闸速度设计 快速接地开关因其所须要设计的详细部件不同，故其内部结构也不同。快速接地开关主要包括外壳、机构箱、触头、绝缘端子、软连接以及灭弧室等。由于快速接地开关在运行时可能意外带电闭合，人为造成故障。由上知快速接地开关必需具有规定的短路结合实力。首先，动触头必需能插入到静触头里。这就要求动触头的插入力Fh应当大于静触头的弹簧反作用力Fj1和刚接触时的电动斥力Fdc。即 F>F+F·n 其中F静弧头每片的接触压力的轴向分力； F刚合点时产生的电动斥力； n静触头触片数； F=1×10×In× 其中触头外径60-80mm，接触点弹性变形r0.2mm，In6，I是短路关合峰值。 在插入后，快速接地开关动触头的动能足以克服触头弹簧接触摩擦力和电动摩擦力所做的阻力功，即动触头必需具备必要的关合速度。 短路闭合后，触头接触摩擦力Fj和触头电动力FD都阻碍触头合闸。若动触头合闸所做的功小于阻力功，那么可能引起触头弹跳、熔焊、起弧。所以必需并和到位，和功大于阻力功，这样才能关掉短路电流。即 mv?叟F+Ffl 因此，由式可导出合闸速度v v?叟 其中m快速接地接点动触头运动件规划质量；l动触头超程；F触头的电动力；F触头弹簧接触压力。 5 高压接地开关 高压接地开关的主要功能是把机车上的主断路器两侧的电路接地，跟断路器配套运用，这样就保证了机车的平安操作。 高压接地开关的结构主要分为车外部分和车内部分。车外部分主要包括闸门、触头弹簧、上罩和在上罩内的轴等传动机构。车内部分主要包括锁组装、操作杆组装、下罩和下罩内的传动机构。 闸刀可以通过支架安装在轴上，然而轴、曲柄组装、连接杆组装以及操作杆组装则可以组成一个传动机构，转动操作杆，使整个传动机构进行传动，让轴带动闸刀旋转肯定的角度。通过其设计原理，当操作杆从一端旋转180°到另一段时，闸刀相应的也从“运行位”旋转102°到“运行位”。而其中锁组装限制是否能够转动。锁组装总共含有三个锁，一个是供蓝色钥匙运用的，其次个是供黄色钥匙运用的。仅在蓝色锁被蓝色钥匙打开后，操纵杆才能从“操作”位旋转到“接地”位。一旦旋转到“接地”位，联锁机构就能够被带有黄色钥匙的锁锁在这个位置，然后就可以把钥匙从锁中拔下。 当高压接地开关处于接地位时，接地电流通过真空断路器高压输入端和高压输出端两侧固定块组装输入，高压接地开关闸刀嵌入到固定块组装簧片间，接地电流过闸刀后，通过软联线引流到高压接地开关下罩时，从下罩通过接地导线回流到机车零位。 6 结束语 本文简洁介绍了隔离开关、接地开关、快速接地开关以及高压接地开关。同时，还分析了GIS中隔离开关及接地开关断口开距设计以及接地开关的结构设计，这可以为以后接地开关的创新设计作参考。 参考文献： 1黎斌.SF6高压电器设计M.北京：机械工业出版社，2022. 2王章启，等.电力开关技术M.武汉：华中科技高校出版社，2003. 3周志敏，周继海.高压电器运用技术问答M.北京：电子工业出版社，2004. 4徐建源，何柏娜,等.特高压快速接地开关的研制J.电器工业，2022(4):51-54. 第9页 共9页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页