10kV 金属封闭式开关柜隔离挡板闭锁装置研究与应用

0 引言

针对当前10kV 开关柜隔离挡板闭锁措施存在的物理约束力弱、通用性差及预警功能空白三大核心缺陷，本文介绍了一种集多功能于一体的新型闭锁装置。该装置旨在通过创新的机械结构实现可靠的强制闭锁，利用自适应设计解决对不同厂家开关柜的兼容性问题，并集成智能传感与报警技术，构建从被动隔离到主动预警的全方位、多层次安全防护体系，从而显著提升电力作业的本质安全水平。

1 研究现状

10kV 金属封闭式开关柜是配电网的核心设备，其运行安全至关重要。当手车开关拉出进行检修时，必须对隔离挡板进行可靠闭锁，以防止人员误入带-电间隔造成严重的人身触电事故。然而，当前普遍的闭锁方式存在显著安全缺陷：常用的警示牌悬挂方式为非物理强制性措施，极易因标志牌脱落或被忽视而失效；而传统挂锁因对锁梁尺寸要求苛刻，且不同厂家开关柜的锁孔规格各异，导致其通用性差，增加了运维工作的复杂性。此外，两种方式均不具备主动预警功能，无法在人员靠近危险区域时发出警告，不完全符合《电力安全工作规程》的强制性要求。

2 系统总体设计

2.1 装置结构设计

本装置整体结构采用模块化设计，主要由四大核心单元构成：承载单元、传动单元、锁体单元和红外报警单元。（1）承载单元：通过夹具结构与开关柜柜体牢固连接，为整个装置提供稳固的安装平台和支撑。（2）传动单元：由弹性元件和连杆机构组成，负责将操作力传递至锁体，并利用弹性自动补偿不同柜体间的安装误差。（3）锁体单元：包含一个刚性锁体和一套内部自锁机构（锁舌、锁芯），实现对隔离挡板和装置自身的双重锁定。（4）红外报警单元：集成红外传感器和声光报警器，负责监测锁定区域内的人员接近行为并发出警报。

2.2 装置工作原理

在安装时，首先将承载单元固定于开关柜体。解除装置自身的内部闭锁后，在传动单元的弹性元件作用下，推动锁体单元的刚性锁体，使其精确插入隔离挡板传动拐臂上的预留锁孔中。插入到位后，锁体单元内部的锁舌与锁芯自动啮合，完成对装置自身的锁定，从而构成了“ 锁挡板” 和“ 锁自身” 的双重强制闭锁。最后启动红外报警单元，装置进入智能警戒模式。

3 关键技术实现

3.1 双重强制闭锁技术

为实现物理层面的绝对安全，本装置创新性地采用了双重闭锁设计。外部强制闭锁：利用高强度合金钢制成的刚性锁体，直接插入隔离挡板传动机构的关键部件——传动拐臂的预留孔中。这种“ 销轴式” 的机械连接，使隔离挡板的传动路径被物理卡死，任何外力均无法使其移动，闭锁强度仅取决于锁体材料的抗剪强度。其闭锁力远大于人力操作力。

内部自锁定机制：当刚性锁体完全插入到位后，会触发装置内部的自锁机构。锁舌在弹簧作用下自动弹出，与锁芯上的卡槽啮合，使传动单元无法回退。这意味着，除非通过专用钥匙解除内部锁定，否则外部锁体无法拔出。这一设计防止了因振动或意外触碰导致的闭锁失效，形成了第二重安全保障。

3.2 免改造自适应适配技术

为解决传统挂锁通用性差的问题，本装置采用了免改造的自适应适配技术。

利用预留锁孔：装置的闭锁点直接利用了绝大多数主流开关柜厂家在设计时便已预留的传动拐臂锁孔，无需对开关柜进行任何钻孔或改造，保证了柜体的完整性。

弹性补偿系统：传动单元内置了高弹性弹簧系统。在安装时，即便不同厂家开关柜的锁孔位置存在毫米级的尺寸公差，该弹性系统也能自动吸收和补偿这些误差，确保锁体始终能被正确定位并施加足够的预紧力。

协同位移夹具：承载单元的夹具采用多自由度协同位移设计，允许装置在安装时进行小范围的位置微调，以精准对准锁孔，最终实现对市场上95% 以上主流10kV 开关柜的全面兼容。

3.3 智能预警与信号处理技术

为实现主动预警，装置集成了红外感应与声光报警系统。

距离监测与报警：红外传感器持续发射探测信号，一旦检测到有人或物体进入预设的警戒距离（阈值 D_th 可调），立即触发高分贝蜂鸣器和高亮度LED 灯，发出声光报警。预警响应时间 T_response 极短，小于0.5 秒。

数字滤波算法：为防止因粉尘、光线变化等环境因素引起的误报警，控制电路内置了数字滤波算法。传感器采集的原始距离信号 D_raw 需经过处理后才用于判断：

D_filtered[n]=αD_raw[n]+（1-α）D_filtered[n-1]

这是一种典型的指数移动平均滤波，通过平滑信号，有效滤除了瞬时干扰，确保了报警的准确性与可靠性。

4 装置测试与验证

4.1 性能测试与效果验证

为验证装置性能以及实际使用效果，开展了多组针对性实验，对装置进行了全面的性能测试与现场应用验证，实验结果如表1 所示。

表1 装置应用前后关键性能对比

测试数据与应用结果表明，该装置通在闭锁可靠性、操作效率和主动安全预警方面相较于传统方式实现较大提升，显著提高了电力作业安全水平。

5 结语

本文研制的10kV 金属封闭式开关柜隔离挡板闭锁装置，通过双重强制闭锁、自适应适配及智能预警三大核心技术的集成与创新，成功解决了传统闭锁方式存在的安全缺陷。该装置不仅实现了 100% 可靠的物理锁定，杜绝了人身触电风险，其免改造全兼容的设计和主动式智能预警功能，更是极大地提升了运维工作的效率与安全性。经现场应用验证，该装置在提升安全管理水平、降低运维成本方面效果显著，具有极高的推广价值，为保障电力系统人身及设备安全提供了一种先进、可靠的技术解决方案。

参考文献

[1]胡威，王宇轩.基于“ 五防” 系统的智能变电站管控可靠性分析[J].现代制造技术与装备，2024，（S2）：95-97.

[2]董帅，杨柳青，夏澍. .10kV 开关柜五防闭锁装置异常的辨识方法[J].电气时代，2023，（11）：113-117.

[3] 陈润宇，吴飞鹏.一种便携式 10kV 绝缘隔离挡板固定装置的研制[J].中国高新科技，2022，（04）：38-39.

[4]彭国富，高文松，刘宗奎，等.基于滤波算法的波形识别在电厂中的应用[J].广东电力，2019，32（03）：25-31.