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新型小型化直流隔離開關和新型地鐵直流隔離開關柜
作者:胡利平     發布時間:2013年03月28日

一、研制開發背景

新型小型化地鐵直流電動隔離開關,在地鐵牽引供電系統中承擔著地鐵車輛運行中正常配合直流快速斷路器供電、設備檢修時提供電氣隔離以及在出現故障時改變接線方式來實現大雙邊供電的任務,是保證地鐵正常安全運營的重要設備。

自2006年初,地鐵直流隔離開關項目招標文件中開始應用“直流隔離開關柜”取代過去的“裸裝”,“直流隔離開關柜”具有安裝維護方便、防護等級高、便于管理和提高安裝工作效率等優點,被用戶所采納應用,從此形成了市場化的發展。而直流隔離開關柜要求體積小、重量輕。這樣直流隔離開關柜內安裝的直流隔離開關,首要的就在于隔離開關必須在結構上實現小型化,這樣才能滿足在有限的柜內空間進行安裝的技術要求。因此引出新型小型化直流隔離開關的研發設計。

二、既有產品的分析

2.1既有直流隔離開關的結構分析

直流隔離開關的動、靜觸頭分別固定在兩個絕緣子支柱上,動觸頭的一端與絕緣拉桿相連,絕緣拉桿另一端與傳動組件相連。傳動組件的傳動軸與動機構或手動機構輸出組件相連接后方可實現隔離開關的分合閘動作(如圖一所示)。這種直流隔離開關體積大,不適于直流隔離開關柜使用。

                                                          

                                                                             

                                              圖一 既有直流隔離開

2.2既有直流隔離開關體積大的原因分析

既有的直流隔離開關的結構,由隔離開關本體、電動操作機構和直流隔離開關及電動操作機構中間傳動部分組成。

在隔離開關本體,動、靜觸頭為單組直刀,造成隔離刀刀體過長,且其無法直接與主軸相連,需要增加一套帶絕緣性能的傳動裝置,才能使其旋轉進行分合閘動作。為了安裝過長的動、靜觸頭和絕緣傳動裝置,安裝底座也不可避免地加大尺寸,造成隔離開關本體的尺寸達到850mm(長)×510mm(寬)×590mm (高)。

                          

                         

                                  圖二 隔離開關電動操作機構箱

電動操作機構箱的體積大(如圖二所示)。電動操作機構箱中包括兩大部分,一是電動減速機及其限位裝置,二是控制電路部分。造成機構箱箱體較大的原因在于:電機尺寸過大;減速機構體積較大;控制電路過于繁瑣,元器件數量過多;而箱式的結構使得占用空間更大,外形尺寸達到420mm(長)×450mm(寬)×700mm (高)。

隔離開關的本體和操作機構是分體的,中間還需要傳動桿連接,方能將動力傳送到絕緣拉桿。這種傳動結構方式,使得它的整體體積非常大,必須改變這種結構傳動方式,保證縮小整體結構體積。

三、新的技術設計

針對上述分析出的三個主要問題,進行小型化技術研究和開發設計:1)重新研發設計直流隔離開關的動靜觸頭的結構,其核心是縮小動靜觸頭間距,使縱向尺寸減??;2)采用取消絕緣拉桿,改進主軸結構及材料,使其直接帶動動觸頭旋轉;3)改進底座結構,縮小其總體體積;4)改進隔離開關本體和機構箱之間的傳動裝置,并簡化機構箱中元器件。

                  

                       圖三 新型小型化直流電動隔離開關

新型小型化隔離開關(如圖三所示)的結構設計,經過多方論證采用如下方案:

靜觸頭采用T型的結構,固定在絕緣支柱上。動觸頭結構設計的重點在于:單組直刀到改為雙組直刀;刀體與主軸支架相連,主軸直接帶動動觸頭旋轉;刀體通過軟連接與接線板連接。設計中采用兩片式觸頭結構,利用彈簧的壓力使觸頭部位產生微小形變,從而在合閘時能與靜觸頭之間保持足夠的接觸力,以保證動靜觸頭的充分接觸。

動觸頭固定在一根環氧玻璃材質的絕緣軸上,絕緣軸的兩端由框架支撐,動觸頭與開關框架之間保持充分的絕緣間隙,保證了動觸頭與框架的絕緣性能。這樣既解決了絕緣拉桿產生的體積大的問題,同時縮小了動靜觸頭之間的間距,在縱向尺寸上減小了隔離開關的體積。

靜觸頭上方預留有接線端子板,但是動觸頭因為結構特殊無法預留出接線板。此處我們采用了軟連接的方式,軟連接的一端固定在動觸頭上,另外一端固定在絕緣支柱上,同時將靜觸頭的接線端子板搭接在絕緣支柱上,這樣就解決了接線端子的問題的。

隔離開關底座在保證開關分合閘功能的前提下采用緊湊設計, 并使用板材沖壓代替型材焊接的結構,并增加了電動操作機構的安裝功能,不僅開關外形更加美觀,并且總體結構也相更加緊湊。

電動減速機和限位裝置安裝在框架的右邊,利用支架與框架拴接。電動減速機的左側輸出軸和絕緣軸連接,取消了電動機構與隔離開關本體之間的傳動連接組件。電動減速機右側輸出軸安裝限位塊,利用行程開關對分合閘位置進行準確限位。采用特制的小功率電動減速機,減速機底座和電動機的尺寸均比既有電動操作機構箱中的元件尺寸小,從而減小了隔離開關的總體體積、實現了直流隔離開關小型化。

新型小型化直流隔離開關,經試制和蘇州電器科學研究院,按照GB14048.3標準進行質量檢測,各項技術指標和參數均達標準要求。

四、推廣應用

應用新型小型化直流隔離開關,成功研制新型小型化地鐵上網隔離開關柜。采用三臺小型化隔離開關(兩臺上網電動隔離開關和一臺縱向電動隔離開關),在三臺隔離開關之間要實現特定的聯鎖要求。實現了“保證使用、方便維修、兼顧制造、低成本、體積小、重量輕”的小型化直流電動隔離開關柜(如圖四所示),經在蘇州電器科學研究院按照GB7251.1標準通過各項必要的型式試驗項目,各項參數均達到預定設計目標。 

五、結語

通過開發新型小型化直流隔離開關從而成功研制新型小型化地鐵直流隔離開關柜,經試驗驗證完全滿足相關標準的技術要求,為市場和用戶提供了一種防護等級高、維護方便,整體美觀,簡化安裝調試的新型小型化直流隔離開關和新型小型化直流隔離開關柜產品。

 
 
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