高压开关柜工作原理与操作程序

一、高压开关柜的作用
        高压开关柜是金属封闭开关设备的俗称，是按一定的电路方案将有关电气设备组装在一个封闭的金属外壳内的成套配电装置。
        高压开关柜广泛应用于配电系统，作接受与分配电能之用。既可根据电网运行需要将一部分电力设备或线路投入或退出运行，也可在电力设备或线路发生故障时将故障部分从电网中快速切除，从而保证电网中无故障部分的正常运行，以及设备和运行维修人员的安全。因此，高压开关柜是非常重要的配电设备，其安全、可靠运行对电力系统具有十分重要的意义。

二、高压开关柜的分类
1、结构类型
        铠装式：各室间用金属板隔离且接地，如KYN型和KGN型；
        间隔式：各室间是用一个或多个非金属板隔离，如JYN型；
        箱式：具有金属外壳，但间隔数目少于铠装式或间隔式，如XGN型。
2、断路器的置放
        落地式：断路器手车本身落地，推入柜内；
        中置式：手车装于开关柜中部，手车的装卸需要装载车。
三、KYN高压开关柜的组成结构
开关柜由固定的柜体和可抽出部件（简称手车）两大部分组成。

        开关柜的外壳和隔板采用敷铝锌钢板，整个柜体不仅具有精度高、抗腐蚀与氧化作用，且机械强度高、外形美观，柜体采用组装结构，用拉铆螺母和高强度螺栓联结而成，因此装配好的开关柜能保持尺寸上的统一性。
        开关柜被隔板分成手车室、母线室、电缆室和继电器仪表室，每一单元均良好接地。
A-母线室
        母线室布置在开关柜的背面上部，作安装布置三相高压交流母线及通过支路母线实现与静触头连接之用。全部母线用绝缘套管塑封。在母线穿越开关柜隔板时，用母线套管固定。如果出现内部故障电弧，能限制事故蔓延到邻柜，并能保障母线的机械强度。

B-手车（断路器）室
        在断路器室内安装了特定的导轨，供断路器手车在内滑行与工作。手车能在工作位置、试验位置之间移动。静触头的隔板（活门）安装在手车室的后壁上。手车从试验位置移动到工作位置过程中，隔板自动打开，反方向移动手车则完全复合，从而保障了操作人员不触及带电体。
C-电缆室
        电缆室内可安装电流互感器、接地开关、避雷器（过电压保护器）以及电缆等附属设备，并在其底部配制开缝的可卸铝板，以确保现场施工的方便。
D-继电器仪表室
        继电器室的面板上，安装有微机保护装置°、操作把手、保护出口压板、仪表、状态指示灯(或状态显示器）等；继电器室内，安装有端子排、微机保护控制回路直流电源开关、微机保护工作直流电源、储能电机工作电源开关（直流或交流），以及特殊要求的二次设备。
四、开关柜的主要特点
开关柜具有一定的操作程序及机械或电气联锁机构，实践证明：无“五防”功能或“五防功能不全”是造成电力事故的主要原因。
        具有接地的金属外壳，其外壳有支承和防护作用.因此要求它应具有足够的机械强度和刚度，保证装置的稳固性，当柜内产生故障时，不会出现变形，折断等外部效应。同时也可以防止人体接近带电部分和触及运动部件，防止外界因素对内部设施的影响；以及防止设备受到意外的冲击。
        具有抑制内部故障的功能，“内部故障”是指开关柜内部电弧短路引起的故障，一旦发生内部故障要求把电弧故障限制在隔室以内。
开关柜手车的三个位置
        工作位置：断路器与一次设备有联系，合闸后，功率从母线经断路器传至输电线路。
        试验位置：二次插头可以插在插座上，获得电源。断路器可以进行合闸、分闸操作，对应指示灯亮；断路器与一次设备没有联系，可以进行各项操作，但是不会对负荷侧有任何影响，所以称为试验位置。
        检修位置：断路器与一次设备(母线)没有联系，失去操作电源(二次插头已经拔下)，断路器处于分闸位置。
五、开关柜联锁装置
开关柜具有可靠的联锁装置，满足五防的要求，切实保障了操作人员及设备的安全。
        1.防止误分、误合断路器通过模拟屏的电子微机程序来控制操作过程，以防止误合、误分断路器。
        2.防止带负荷拉、合隔离开关或手车触头
          断路器处于合闸状态时，手车不能推入或拉出，只有当手车上的断路器处于分闸位置时，手车才能从试验位置移向工作位置，反之也一样。该连锁是通过连锁杆及手车底盘内部的机械装置及合、分闸机构同时实现的，断路器合闸通过连锁杆作用于断路器底盘车上的机械装置，使手车无法移动。只有当断路器分闸后，连锁才能解除，手车才能从试验位置移向工作位置或从工作位置移向试验位置。并且只有当手车完全达到试验位置或工作位置时，断路器才能合闸。
防误装置1

防止带电挂（合）接地线（接地刀闸）
要求：只有当断路器手车在试验位置及线路无电时，接地开关才能合闸。只有当接地开关合闸之后，柜体的后门和下前门才能被打开，才可能挂夹临时性接地线。
        （1)机械联锁：断路器底盘车在工作位置时如果此时电气联锁失效或未使用，此时如果合接地刀闸也是合不上的(当地刀在合位时联锁挡板是探出来的，而当底盘车在工作位置时底盘车的右侧车体立面阻挡了联锁挡板的弹出从而实现了对接地刀闸的闭锁，防止了带电关合接地开关的误操作事故）。
        （2）电气联锁。只有当接地开关下侧电缆不带电时，接地开关才能合闸。安装强制闭锁型带电指示器，接地开关安装闭锁电磁铁，将带电指示器的辅助触点接入接地开关闭锁电磁铁回路，带电指示器检测到电缆带电后闭锁接地开关合闸。
防误装置2

防止带接地线(接地刀闸）合断路器(隔离开关）
        （1)接地开关合闸后，导轨联锁的挡板伸出，当断路器手车处于试验位置时，挡板挡住手车底盘，使手车不能从试验/隔离位置移至工作位置。
        （2)当接地开关处于分闸位置时，导轨联锁的挡板缩进，能将断路器手车从隔离/试验位置移至工作位置，关合断路器对线路送电；或从工作位置移至隔离/试验位置。
防误装置3

防止误入带电间隔
        （1）断路器室门上的开门把手只有专用钥匙才能开启。
        （2）断路器手车拉出后，手车室活门自动关上，隔离高压带电部分。
        （3）活门与手车机械联锁：手车摇进时，手车驱动器压动手车左右导轨传动杆，带动活门与导轨连接杆使活门开启，同时手车左右导轨的弹簧被压缩，手车摇出时，手车左右导轨的弹簧使活门关闭。
        （4）开关柜后封板采用内五角螺栓锁定，只能用专用工具才能开启。
        （5）实现接地开关与电缆室门板的机械联锁。在线路侧无电且手车处于试验位置时合上接地开关，门板上的挂钩解锁，此时可打开电缆室门板。
六、其他防护
    1、防误拔开关柜二次插头检修
检查“防止手车在工作位置时，插拔二次插头”的连锁功能。
        （1）手车推进至试验位置，手车上的“二次插头连锁推板”推动连锁装置上的尼龙滚轮转动，可带动同轴的锁钩动作，手车上二次航空插头应能轻松插入或拔出航空插座；当手车从试验位置推进至工作位置时，二次插头连锁准确动作，锁杆锁住二次航空插头，此时手车上二次航空插头无法退出航空插座。
        （2）此连锁的目的在于保证手车在工作位置时，二次插头不能拔出，在受到强烈振动时，二次插头也不会脱离插座，确保插头可靠连接。
    2、断路器在合闸状态禁止二次合闸
    3、断路器手车在试验或工作位置，没有控制电压时，可实现仅能手动分闸不能合闸。
    4、各柜体间可实现电气联锁。
七、微机五防闭锁
        微机五防是一种采用计算机技术，用于高压开关设备防止电气误操作的装置。通常主要由主机、模拟屏、电脑钥匙、机械编码锁、电气编码锁等功能元件组成。现行微机五误闭锁装置闭锁的设备有四类：开关、刀闸、地线(接地刀闸）、遮栏网门（开关柜门），上述设备是通过微机锁具（电编码锁和机械编码锁）实现闭锁的，对上述设备须由软件编写操作闭锁规则。微机五防系统一般不直接采用现场设备的辅助接点，接线简单，通过五防系统微机软件规则库和现场锁具实现防误闭锁。
        微机五防系统是计算机及网络通信技术应用于变电站自动化的结果。微机五防系统通过软件将现场大量的二次闭锁回路变为电脑中的五防闭锁规则库，实现了防误闭锁的数字化，并可以实现以以往不能实现或者是很难实现的防误功能，应该说是电气设备防误闭锁技术的最新技术和飞跃。
八、防止电气误操作的几点建议
        1、严格执行《电业安全作业规程》、坚持两票三制制度，管理规范化、标准化
        2、严格执行调度命令。
        3、制定切实可行的防误装置运行规程及检修规程。
        4、建立完善的钥匙使用和保管制度。防误装置退出运行执行审批制度。
        5、制定防止电气误操作应急预案，定期举行有关电气误操作的事故预演。
        6、完善技术资料，确保图纸与现场设备相符。
        7、加强对设备的维护，保证断路器、隔离刀闸、接地刀闸等辅助接点及开关柜行程接点可靠，并以现场状态为准。
        8、运用新技术、新设备，对五防功能不完善的设备进行技术改造。
        9、使用合格的安全器具和安全防护用具。
       10、完善检修现场的作业环境，设置齐备的标志和全封闭临时检修围栏。
       11、强化岗位培训，提高员工的技术素质和责任心，作业人员持证上岗。
九、高压开关柜操作程序
       虽然开关柜设计已保证开关设备各部分操作顺序正确的联锁，但是操作人员对开关设备进行操作时，仍应严格按操作规程和相关要求进行，不应随意操作，更不应在操作受阻时不加分析强行操作，否则容易造成设备损坏，甚至引起事故。
高压开关柜送电操作程
       （1）关闭所有柜门及后封板，并锁好。
       （2）将接地开关操作手柄插入中门右下侧六角孔内，逆时针旋转约90°，使接地开关处于分闸位置，取出操作手柄，操作孔处联锁板自动弹回，遮住操作孔，开关柜后门闭锁。
       （3）观察上柜门各仪表、信号指示是否正常。正常时微机保护装置电源灯亮，手车试验位置灯、断路器分闸指示灯和储能指示灯亮，如所有指示灯均不亮，则打开上柜门，确认各母线电源开关是否合上，如己合上各指示灯仍不亮，则需检查控制回路。
       （4）将断路器手车摇柄插入摇柄插口并用力压下，顺时针转动摇柄，在摇柄明显受阻并伴有“咔嗒”声时取下摇柄，此时手车处于工作位置，二次插头被锁定，断路器手车主回路接通，查看相关信号(此时手车工作位置灯亮，同时手车试验位置灯灭），同时应注意手车在工作位置时，地刀操作孔处联锁板被闭锁不能按下，如图所示。
       （5）操作仪表门上合、分转换开关使断路器合闸送电，同时仪表门上红色合闸指示灯亮，绿色分闸指示灯灭，查看带电显示装置、断路器机械分合位置及其它相关信号，一切正常，送电成功(操作合、分转换开关时，把操作手柄顺时针旋转至面板指示合位置，松开手后操作手柄应自动复位至预合位置）。
       （6）如断路器合闸后自动分闸或运行中自动分闸，则需判断故障原因并排除后方可按上述程序重新送电。
十、高压开关柜工作原理
断路器动作原理：
       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，能量由储能保持挚子与滚轮保持。同时拨板带动储能指示牌，指示储能到位。
       分、合闸动作：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，经轴带动储能保持挚子转动，从而解除了储能保持挚子与滚轮的约束，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。
       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。
       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储能轴上的链轮，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。合闸保持机构的另一端是一个二级脱扣机构，当断路器分闸时，脱扣机构使得合闸保持机构解体，完成断路器的分闸操作。
       传动部分：传动部分是断路器连接操动机构和灭弧室的传动部分，主要包括传动主轴、四连杆传动机构、分闸弹簧、分闸缓冲器等结构件，传动部分负责把断路器操         动机构的驱动输出传递给灭弧室的动导电杆，并实现规定的机械特性参数。
辅助单元：该单元主要由分、合闸电磁铁、辅助开关、二次引出接线端子等部分组成，实现断路器操作所必需的与外部的接口。
十一、断路器弹簧操动机构的特点
       弹簧操作机构由弹簧贮能、合闸维持、分闸维持、分闸4个部分组成，零部件数量较多，约200个，利用机构内弹簧拉伸和收缩所储存的能量进行断路器合、分闸控制操作。弹簧能量的储存由储能电机减速机构的运行来实现，而断路器的合、分闸动作靠合、分闸线圈来控制，因此断路器合、分闸操作的能量取决于弹簧储存的能量，不需太大的合、分闸电流。
       弹簧操作机构的优点主要有：
       合、分闸电流不大，不需要大功率的操作电源；
       既可远方电动储能，电动合、分闸，也可就地手动储能，手动合、分闸，因此在操作电源消失或出现操作机构拒绝电动的情况下也可以进行手动合、分闸操作；
       合、分闸动作速度快，不受电源电压变动的影响，且能快速自动重合闸；
       储能电机功率小，可交直流两用；
       弹簧操作机构可使能量传递获得最佳匹配，并使各种开断电流规格的断路器通用同一种操作机构，选用不同的储能弹簧即可，性价比优。
弹簧操作机构的缺点主要有：
       结构比较复杂，制造工艺复杂，加工精度要求高，制造成本比较高；
       操作冲力大，对构件强度要求高；
       容易发生机械故障而使操作机构拒动，烧毁合闸线圈或行程开关；
       存在误跳现象，有时误跳后分闸不到位，无法判断其合分位置；分闸速度特性较差。
十二、常见故障和处理方法
       1.手车进不了或出不了柜
       2.断路器不合闸
       3.断路器不分闸
       4.断路器合空
       5.电机不储能
       6.电机不停地转
       7.储能后未给合闸信号就合闸