淺析10kV高壓開關(guān)柜的機(jī)械聯(lián)鎖

蔡海峰+喻曉蘋+方健美

摘 要：機(jī)械聯(lián)鎖在10kV高壓開關(guān)柜起著至關(guān)重要的作用，能夠確保設(shè)備和人員的安全，防止誤操作，進(jìn)而能夠確保電網(wǎng)的穩(wěn)定可靠運(yùn)行。介紹了機(jī)械聯(lián)鎖中斷路器與隔離開關(guān)的聯(lián)鎖實(shí)現(xiàn)，闡述了10kV高壓開關(guān)柜斷路器隔離開關(guān)的操作順序，同時(shí)對(duì)聯(lián)鎖方式進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：高壓開關(guān)柜 聯(lián)鎖方式 機(jī)械聯(lián)鎖 完整性

1.概述

為了防止現(xiàn)場(chǎng)操作人員無(wú)意識(shí)地實(shí)施錯(cuò)誤的操作從而導(dǎo)致事故，除了加強(qiáng)對(duì)操作人員的培訓(xùn)以及實(shí)施工作票制度，我們還應(yīng)在開關(guān)柜的設(shè)計(jì)中加入強(qiáng)制聯(lián)鎖裝置或采取提示性措施。對(duì)于高壓開關(guān)柜而言需提供五種防止誤操作功能，簡(jiǎn)稱五防聯(lián)鎖：1、防止誤分誤合斷路器；2、防止帶負(fù)荷分合上下隔離開關(guān)或帶負(fù)荷推入拉出斷路器手車；3、防止帶電操合接地開關(guān)或掛接臨時(shí)接地線；4、防止帶有臨時(shí)接地線或接地開關(guān)合閘時(shí)送電；5、防止人誤入帶電間隔。

為達(dá)到聯(lián)鎖實(shí)現(xiàn)，通常有以下幾種方式機(jī)械聯(lián)鎖、機(jī)械程序鎖、電磁鎖、帶電顯示裝置。機(jī)械聯(lián)鎖：優(yōu)點(diǎn)是可靠性高，但缺點(diǎn)零部件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)加工工藝要求較高有些情況下很難實(shí)現(xiàn)；機(jī)械程序鎖：優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單很容易實(shí)現(xiàn)，缺點(diǎn)但由于存在萬(wàn)能鑰匙很難完全避免操作人員誤操作。而且這一方式無(wú)法適應(yīng)無(wú)人值守變電站的要求；電磁鎖：優(yōu)點(diǎn)是機(jī)械聯(lián)鎖、機(jī)械程序鎖都無(wú)法實(shí)現(xiàn)的情況下可考慮。缺點(diǎn)由于電磁鎖、分壓瓷瓶傳感器和導(dǎo)線均有損壞的可能還需外部電源供電可靠性差；帶電顯示裝置：只能算是提示性措施毫無(wú)可靠性可言一般不推薦使用。

目前，我國(guó)10kV配電設(shè)備通常使用的開關(guān)設(shè)備都是金屬封閉式設(shè)備，例如高壓進(jìn)出線柜、高壓隔離柜、高壓壓變柜和所用變柜等。變電所運(yùn)行人員操作最為頻繁的一種設(shè)備就是高壓開關(guān)柜，所以10kV高壓開關(guān)柜的機(jī)械聯(lián)鎖對(duì)于確保設(shè)備的安全運(yùn)行，確保人員安全，預(yù)防誤操作有著非常重要的作用，也是確保電網(wǎng)穩(wěn)定安全運(yùn)行的重要措施。10kV高壓開關(guān)柜機(jī)械聯(lián)鎖是在其操作部位之間用互相聯(lián)動(dòng)和制約的機(jī)械結(jié)構(gòu)來達(dá)到先后動(dòng)作的閉鎖要求，10kV高壓開關(guān)柜機(jī)械聯(lián)鎖操作時(shí)不需要利用鑰匙等進(jìn)行輔助操作，能夠隨著操作順序的正確進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)解鎖。在發(fā)生誤操作時(shí)，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)閉鎖。并且能夠滿足正向與反向閉鎖的要求，具有操作方便，運(yùn)行可靠，閉鎖直觀等優(yōu)點(diǎn)，在變電站中的應(yīng)用非常廣泛。本文著重分析機(jī)械聯(lián)鎖的幾個(gè)問題，供大家研究探討。

2.機(jī)械聯(lián)鎖中斷路器和隔離開關(guān)的聯(lián)鎖實(shí)現(xiàn)

高壓柜中隔離開關(guān)通常沒有專門的滅弧裝置，因此，不能實(shí)現(xiàn)負(fù)荷電流的接通或者切斷。斷路器和隔離開關(guān)在固定柜中具有明確的聯(lián)鎖關(guān)系，也就是當(dāng)斷路器分?jǐn)鄷r(shí)，才能進(jìn)行隔離開關(guān)的操作。高壓開關(guān)柜中利用閉鎖手柄的位置可以實(shí)現(xiàn)不同的操作：①閉鎖功能手柄處于“分?jǐn)嚅]鎖”狀態(tài)。斷路器不能進(jìn)行合閘時(shí)，柜門關(guān)閉，此時(shí)可以進(jìn)行隔離開關(guān)與接地開關(guān)的操作；②閉鎖功能手柄處于“工作”狀態(tài)， 斷路器能夠?qū)崿F(xiàn)合閘，柜門關(guān)閉，接地開關(guān)和隔離開關(guān)都無(wú)法操作；③閉鎖功能手柄處于“檢修”狀態(tài)，接地開關(guān)已合閘，隔離開關(guān)已分閘，不能進(jìn)行接地開關(guān)和隔離開關(guān)的操作，可以打開柜門，斷路器也能夠進(jìn)行分閘和合閘操作。

10kV高壓開關(guān)柜中進(jìn)行隔離開關(guān)或者接地開關(guān)的操作時(shí)，閉鎖功能手柄應(yīng)該處于“分?jǐn)嚅]鎖”的位置，斷路器的狀態(tài)一定處于分?jǐn)酄顟B(tài)，并且無(wú)法合閘，從而實(shí)現(xiàn)防止帶負(fù)荷分、合隔離開關(guān)通過連鎖實(shí)現(xiàn)防止誤合斷路器；當(dāng)閉合斷路器進(jìn)行送電時(shí)，閉鎖功能手柄的位置是“工作”，此時(shí)隔離開關(guān)一定合閘狀態(tài)，接地開關(guān)分閘狀態(tài)，斷路器一旦合閘，閉鎖功能手柄就會(huì)被卡死，從而不能轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)防止誤分?jǐn)嗦菲骷皫ж?fù)荷分、合隔離開關(guān)。在高壓固定柜中容易實(shí)現(xiàn)隔離開關(guān)與斷路器的機(jī)械聯(lián)鎖，出于預(yù)防帶負(fù)荷分、合隔離開關(guān)的目的，一般使用扇形撞板以及圓板結(jié)構(gòu)，配合隔離開關(guān)操作機(jī)構(gòu)中的彈性定位鎖，當(dāng)斷路器合閘時(shí)，圓板能夠?qū)Χㄎ绘i的拔出操作進(jìn)行預(yù)防，使得帶負(fù)荷分閘得到預(yù)防。

3.10kV高壓開關(guān)柜斷路器隔離開關(guān)操作順序分析

10kV高壓開關(guān)柜中斷路器兩側(cè)隔離開關(guān)操作順序一般為：進(jìn)行送電時(shí)，先將母線側(cè)的隔離開關(guān)合上；當(dāng)停電時(shí)，先將線路側(cè)隔離開關(guān)斷開。這樣，當(dāng)發(fā)生誤操作時(shí)，可以利用斷路器的保護(hù)使得事故的范圍盡可能的縮小。送電過程中，當(dāng)斷路器誤放在合閘位置，而母線側(cè)隔離開關(guān)后合時(shí)，相對(duì)于母線側(cè)的隔離開關(guān)帶負(fù)荷送電，將發(fā)生弧光短路，使事故擴(kuò)大，這種情況下，如先閉合母線側(cè)隔離開關(guān)，然后再合線路側(cè)隔離開關(guān)，相當(dāng)于線路側(cè)隔離開關(guān)帶負(fù)荷合閘，一旦發(fā)生弧光短路，由于短路點(diǎn)在斷路器外側(cè)，由斷路器跳閘保護(hù)，縮小事故范圍。基于此，如果停電時(shí)發(fā)生誤操作，如斷路器尚未斷開電源，而先分母線側(cè)隔離開關(guān)，造成帶負(fù)荷拉閘，將引起弧光短路，此時(shí)，如果先分線路側(cè)隔離開關(guān)，由于弧光短路點(diǎn)在斷路器外側(cè)，斷路器的保護(hù)裝置會(huì)跳閘，切斷故障縮小事故范圍。但是保證斷路器兩側(cè)隔離開關(guān)嚴(yán)格按照上述順序操作是很困難的，只有保證斷路器與隔離開關(guān)之間的連鎖可靠，才能從根本上解決隔離開關(guān)誤操作的問題。

4.主動(dòng)聯(lián)鎖與被動(dòng)聯(lián)鎖分析

通常來說，就10kV高壓開關(guān)柜“五防”而言，都可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械聯(lián)鎖。機(jī)械聯(lián)鎖主要分為主動(dòng)式聯(lián)鎖與被動(dòng)式聯(lián)鎖兩種類型。10kV高壓主動(dòng)式聯(lián)鎖指的是當(dāng)處于聯(lián)鎖狀態(tài)時(shí)，如果沒有正常的解鎖條件，那么就不會(huì)實(shí)現(xiàn)解鎖，因此，確保了誤操作的發(fā)生。例如，斷路器在合閘狀態(tài)時(shí)，機(jī)械連鎖應(yīng)該確保隔離插頭或者隔離開關(guān)被聯(lián)鎖而不能進(jìn)行操作，也就是當(dāng)發(fā)生錯(cuò)誤操作時(shí)也不會(huì)造成不良的影響。10kV高壓被動(dòng)式機(jī)械聯(lián)鎖指的是當(dāng)處于被動(dòng)聯(lián)鎖狀態(tài)時(shí)，有可能因?yàn)椴徽５脑?，而產(chǎn)生了解鎖的條件，從而使得機(jī)械聯(lián)鎖解鎖。比如當(dāng)處于聯(lián)鎖情況下進(jìn)行手車的推拉或者隔離開關(guān)的操作時(shí)，即使隔離開關(guān)沒有動(dòng)作或者隔離插頭沒有發(fā)生位移，但是因?yàn)榇嬖诼?lián)鎖造成了斷路器分閘，因此，解除了隔離開關(guān)或者隔離插頭的聯(lián)鎖，被動(dòng)式機(jī)械聯(lián)鎖能夠造成斷路器的誤分閘操作。

因此，進(jìn)行10kV高壓開關(guān)柜的設(shè)計(jì)過程中，通常盡可能的使用主動(dòng)式機(jī)械聯(lián)鎖方式，而避免被動(dòng)式機(jī)械聯(lián)鎖方式。對(duì)于手車使用杠桿進(jìn)出的開關(guān)柜，當(dāng)斷路器合閘時(shí)，手車進(jìn)出手柄的孔由于機(jī)械的原因造成了封堵，造成了手柄不能插進(jìn)，手車就不會(huì)發(fā)生位移。當(dāng)對(duì)接地開關(guān)插入孔的設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)條件是通過一定條件才能打開插入孔，當(dāng)達(dá)不到條件時(shí)，插入孔不打開，這樣就避免了誤操作?；诖?，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，高壓開關(guān)柜設(shè)計(jì)水平的日益提高，主動(dòng)式機(jī)械聯(lián)鎖的應(yīng)用越來越廣泛。

高壓開關(guān)柜在使用過程中，其機(jī)械聯(lián)鎖裝置的使用頻率，必須滿足在使用周期內(nèi)，可靠靈活，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，并且能夠防潮，防銹等。在高壓開關(guān)柜的使用過程中，如果出現(xiàn)了人為原因造成的不正規(guī)操作，那么，機(jī)械聯(lián)鎖能夠?qū)θ藶樵蛟斐傻姆钦?guī)操作進(jìn)行有效的防止。機(jī)械聯(lián)鎖的應(yīng)用使得在發(fā)生誤操作的情況下，能夠?qū)φ`操作進(jìn)行糾正，同時(shí)能夠盡可能快的恢復(fù)操作，從而避免重大設(shè)備事故或者人身安全事故的發(fā)生。

5. “五防”聯(lián)鎖的完整性

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)于“五防”的要求，除了防止誤分、誤合斷路器這一條允許提示性的方法外，其余聯(lián)鎖關(guān)系必須在開關(guān)柜結(jié)構(gòu)中完備實(shí)現(xiàn)。從開關(guān)柜的操作來看，每一項(xiàng)聯(lián)鎖要求，都在一定的操作程序中體現(xiàn)出來，因此不管是合閘程序還是分閘程序都要達(dá)到聯(lián)鎖要求。

5.1 防止帶負(fù)荷分、合隔離開關(guān)

一般情況下，固定柜基本上嚴(yán)格做到的斷路器合閘情況下不能操作隔離開關(guān)，也就不存在帶負(fù)荷分、合隔離開關(guān)的情況。但在手車柜中，大多數(shù)產(chǎn)品如KYN36A-12Z也能夠達(dá)到在斷路器合閘狀態(tài)無(wú)法操作手車推進(jìn)機(jī)構(gòu)，但尚有部分產(chǎn)品仍采用“被動(dòng)式”聯(lián)鎖及電氣聯(lián)鎖，不能有效防止帶負(fù)荷操作小車開關(guān)。

5.2 防止帶電掛（合）接地線（接地開關(guān)）和帶接地線（接地開關(guān)）合閘

對(duì)于上述二項(xiàng)要求，單純?cè)谕慌_(tái)開關(guān)柜中基本能完整地實(shí)現(xiàn)。其基本方式有三種，第一種是使用有一定程序要求的操動(dòng)機(jī)構(gòu)，使斷路器、隔離開關(guān)和接地開關(guān)三者之間在任何程序下實(shí)現(xiàn)相互聯(lián)鎖。第二種是將隔離開關(guān)的閘刀與接地開關(guān)共用，隔離開關(guān)完全斷開時(shí)，閘刀剛好合在接地開關(guān)上，反之，隔離開關(guān)合閘時(shí)，閘刀必然斷開接地開關(guān)，同時(shí)斷路器與隔離開關(guān)又相互聯(lián)鎖。第三種是采用一定的機(jī)械機(jī)構(gòu)，當(dāng)斷路器合閘時(shí)，接地開關(guān)的操作軸被鎖定或關(guān)閉其操作孔活門，當(dāng)接地開關(guān)合閘時(shí)，斷路器手動(dòng)合閘被鎖定，電動(dòng)合閘回路被切斷。

但是，上述二項(xiàng)要求有時(shí)并非要在同一柜子中而是要求在柜間實(shí)現(xiàn)，這時(shí)機(jī)械聯(lián)鎖往往不能滿足要求。

5.3 防止誤入帶電間隔

高壓開關(guān)柜都要求有防止誤入帶電間隔的功能，但由于實(shí)際運(yùn)行情況的復(fù)雜性，要完全實(shí)現(xiàn)該功能有一定的難度。只有在接地開關(guān)合閘后，開關(guān)柜前、后門才可以打開，這在機(jī)械上往往較易實(shí)現(xiàn)。但前、后門開啟后要求接地開關(guān)不能分閘的要求卻往往被忽略，在門開啟后又分接地開關(guān)，有可能造成誤入帶電間隔的安全事故。所以完備的聯(lián)鎖要求是只有開關(guān)柜前、后門關(guān)閉后，接地開關(guān)才允許分閘。

6. 機(jī)械聯(lián)鎖的可靠性

高壓開關(guān)柜的機(jī)械聯(lián)鎖裝置不管平常使用頻率如何，都應(yīng)做到在使用壽命期內(nèi)靈活可靠，并能有效防潮、防霉、防銹、不卡澀，其結(jié)構(gòu)應(yīng)簡(jiǎn)單明了，操作維護(hù)方便。高壓開關(guān)柜在使用過程中，還會(huì)遇到由于操作人員的疏忽或非正常操作力而造成“非正規(guī)操作”的情況。在這種情況下，高可靠的聯(lián)鎖應(yīng)做到對(duì)操作者可能出現(xiàn)的“非正規(guī)操作”有充分的預(yù)防或阻止能力。即使在某些情況下進(jìn)行了錯(cuò)誤操作，也應(yīng)該做到錯(cuò)誤操作可糾正并且可方便的恢復(fù)正常操作，不至于引起重大的設(shè)備或人身事故。

7.結(jié)束語(yǔ)

有效的機(jī)械聯(lián)鎖目的在與保障人身安全，避免誤操作對(duì)人身可能造成的傷害，以及誤操作對(duì)供電事故范圍的擴(kuò)大。

參考文獻(xiàn)：

[1]《3.6kV～40.5kV交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備》（GB3906—2006）

[2]《高壓開關(guān)柜閉鎖裝置技術(shù)條件》 （SD 318-89）

[3]王章勇.中壓雙電源進(jìn)線開關(guān)柜機(jī)械聯(lián)鎖的技術(shù)及改進(jìn)[J].科技與企業(yè)，2012（9）：38-39

[4]楊偉國(guó).高壓開關(guān)柜后門聯(lián)鎖的完善[J].農(nóng)村電氣化，2010（5）：68-70