五防聯(lián)鎖在10kV、35kV開(kāi)關(guān)柜遙控操作中的應(yīng)用

程康橋

（福建省產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)研究院，福建福州 350001）

0 引言

電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)是國(guó)家智能電網(wǎng)建設(shè)中必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)，電力建設(shè)單位不僅要求電力系統(tǒng)中的開(kāi)關(guān)設(shè)備具備測(cè)量、監(jiān)測(cè)、控制、保護(hù)等功能，還進(jìn)一步要求開(kāi)關(guān)設(shè)備的操作能夠具備遠(yuǎn)程化、智能化、安全化、自動(dòng)化的特點(diǎn)[1]?，F(xiàn)代化電網(wǎng)發(fā)展日新月異，實(shí)現(xiàn)變電設(shè)施內(nèi)接地開(kāi)關(guān)、隔離開(kāi)關(guān)的遠(yuǎn)程操控是電網(wǎng)邁向智能化的重要一步。過(guò)去的10年，變電站以及小區(qū)開(kāi)閉所內(nèi)的高壓開(kāi)關(guān)柜都是采用人力操作來(lái)分合隔離開(kāi)關(guān)與接地開(kāi)關(guān)，這樣的操作模式雖然已經(jīng)足夠簡(jiǎn)單，但是一臺(tái)斷路器手車(chē)要完成一套推進(jìn)/拉出操作，往往需要通過(guò)專(zhuān)用操作手柄旋轉(zhuǎn)好幾十圈才能實(shí)現(xiàn)，更有甚者，如35 kV開(kāi)關(guān)設(shè)備KYN61-40.5型號(hào)開(kāi)關(guān)設(shè)備，推進(jìn)機(jī)構(gòu)往往設(shè)置在一個(gè)成年人膝蓋的位置，彎著腰進(jìn)行手搖操作實(shí)在有悖人體工學(xué)。

而接地開(kāi)關(guān)的操作需要不小的力量，接地開(kāi)關(guān)根據(jù)供應(yīng)商的不同，其操作力矩也各不相同，操作力矩的不同就很容易造成操作人員的誤會(huì)，將未達(dá)成聯(lián)鎖要求的機(jī)構(gòu)限制視作是操作所需力矩較大，以至于過(guò)度用力，損壞了操作機(jī)構(gòu)。所以大多數(shù)時(shí)候，運(yùn)維人員的時(shí)間、精力都消耗在了這些操作上，工作中由于聯(lián)鎖問(wèn)題無(wú)法順利操作接地開(kāi)關(guān)的情況也不在少數(shù)，這無(wú)疑加大了人工與時(shí)間成本，一次性要操作多臺(tái)開(kāi)關(guān)柜，也很考驗(yàn)檢修、安裝人員的體能，大大增加了他們罹患職業(yè)病的風(fēng)險(xiǎn)。

現(xiàn)有的高壓開(kāi)關(guān)柜無(wú)法對(duì)隔離開(kāi)關(guān)與接地開(kāi)關(guān)進(jìn)行電動(dòng)遠(yuǎn)程操作，以至于供電單位暫停供電、終止供電且需要將線路與電網(wǎng)隔離時(shí)，不得不安排專(zhuān)門(mén)的技術(shù)人員長(zhǎng)途跋涉前往現(xiàn)場(chǎng)，手動(dòng)將線路與電網(wǎng)進(jìn)行隔離，這樣的操作流程顯然不算是完全的“智能”。因此，“電動(dòng)操作系統(tǒng)”這個(gè)理念應(yīng)運(yùn)而生，相比傳統(tǒng)費(fèi)勁的手動(dòng)操作，電動(dòng)操作在原有設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上不改變開(kāi)關(guān)設(shè)備結(jié)構(gòu)與功能，并結(jié)合電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[2]中“五防聯(lián)鎖”的設(shè)計(jì)要求，通過(guò)對(duì)開(kāi)關(guān)設(shè)備各部位加設(shè)輔助觸點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)其當(dāng)前狀態(tài)對(duì)控制模塊的機(jī)械與電氣反饋，滿(mǎn)足操作條件后利用轉(zhuǎn)矩恒定的直流電機(jī)帶動(dòng)接地開(kāi)關(guān)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)分合接地開(kāi)關(guān)，亦或是控制手車(chē)推進(jìn)機(jī)構(gòu)的絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)手車(chē)的推進(jìn)/拉出動(dòng)作。這種設(shè)計(jì)理念極大地減輕了運(yùn)維人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，縮短了整個(gè)系統(tǒng)的操作周期，同時(shí)直流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩恒定也保證了每一個(gè)觸頭嚙合的深度與接觸質(zhì)量都能還原出廠時(shí)的狀態(tài)，避免了因觸頭嚙合不夠引起的回路電阻過(guò)大等問(wèn)題。

1 控制線路涉及的“五防聯(lián)鎖”要求及含義

實(shí)現(xiàn)電動(dòng)操作控制線路需要依據(jù)以下條款：

（1）防止帶負(fù)荷分、合隔離開(kāi)關(guān)。隔離開(kāi)關(guān)在戶(hù)內(nèi)10 kV、35 kV開(kāi)關(guān)柜中是推進(jìn)、搖出斷路器手車(chē)的設(shè)計(jì)，斷路器手車(chē)的工作位置對(duì)應(yīng)隔離開(kāi)關(guān)的閉合狀態(tài)，試驗(yàn)位置對(duì)應(yīng)隔離開(kāi)關(guān)的斷開(kāi)狀態(tài)，斷路器手車(chē)的推進(jìn)、搖出動(dòng)作引導(dǎo)開(kāi)關(guān)柜進(jìn)出線端觸頭盒內(nèi)6對(duì)動(dòng)靜觸頭的嚙合、分離，實(shí)現(xiàn)閉合、切斷回路機(jī)構(gòu)的作用。由于隔離開(kāi)關(guān)本身沒(méi)有滅弧裝置，所以不能通過(guò)它來(lái)拉合負(fù)荷電流，若通過(guò)隔離開(kāi)關(guān)來(lái)分合負(fù)荷電流，將無(wú)法熄滅電弧，造成觸頭被電弧燒毀、損壞觸頭盒絕緣結(jié)構(gòu)等事故。因此，該條目在供電系統(tǒng)一次設(shè)計(jì)方案中常表現(xiàn)為斷路器手車(chē)在合閘狀態(tài)下處于工作位置、試驗(yàn)位置時(shí)，不能進(jìn)行推進(jìn)、拉出操作。

（2）防止帶電掛接地線。掛接地線是為了在系統(tǒng)處于停電狀態(tài)時(shí)，防止突然來(lái)電對(duì)檢修人員造成傷害，如果沒(méi)有斷電就進(jìn)行掛接地線操作，高電壓就會(huì)直接轉(zhuǎn)接至檢修人員身上，造成觸電事故。所以，系統(tǒng)一次回路閉合，即手車(chē)在工作位置，斷路器處于合閘狀態(tài)時(shí)，接地開(kāi)關(guān)應(yīng)分閘且不得進(jìn)行合閘操作。

（3）防止帶接地送電。根據(jù)市面上的生產(chǎn)、訂貨要求[3]，制造廠會(huì)將接地開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)成一個(gè)三相連接在一起的同軸刀閘，對(duì)三相高壓出線端先短接后再連通至大地，如果接地開(kāi)關(guān)未分閘，此時(shí)系統(tǒng)送電，就會(huì)造成三相短路，而三相短路是所有事故中最為嚴(yán)重的。為此，接地開(kāi)關(guān)合閘時(shí)，斷路器手車(chē)應(yīng)設(shè)計(jì)成不能進(jìn)行推進(jìn)操作。

（4）防止誤入帶電隔室。帶電隔室通常指的是戶(hù)內(nèi)開(kāi)關(guān)柜的電纜室，本條目可以理解為：當(dāng)接地開(kāi)關(guān)合閘時(shí)，只有線路與母線斷開(kāi)且接地，人員才可打開(kāi)電纜室的門(mén)，進(jìn)入電纜室進(jìn)行作業(yè)；只有當(dāng)電纜室門(mén)可靠關(guān)閉后，接地開(kāi)關(guān)才能進(jìn)行分閘操作，為后續(xù)送電做準(zhǔn)備。

2 電動(dòng)操作的實(shí)現(xiàn)

按標(biāo)準(zhǔn)[4]要求，戶(hù)內(nèi)10 kV、35 kV配電系統(tǒng)的二次控制回路多采用直流220 V或110 V控制電壓，電動(dòng)接地開(kāi)關(guān)的操作通過(guò)閉合相應(yīng)的電氣聯(lián)鎖觸點(diǎn)，導(dǎo)通接地開(kāi)關(guān)聯(lián)鎖信號(hào)點(diǎn)與公共端之間的線路，觸發(fā)控制模塊內(nèi)部繼電器動(dòng)作，閉合其對(duì)應(yīng)觸點(diǎn)，使直流電機(jī)得到工作電壓，直流電機(jī)帶動(dòng)接地開(kāi)關(guān)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，閉合、分離接地開(kāi)關(guān)刀閘。同理，電動(dòng)推進(jìn)機(jī)構(gòu)借助直流電機(jī)，在滿(mǎn)足邏輯的前提下，帶動(dòng)斷路器手車(chē)底盤(pán)的螺紋桿轉(zhuǎn)動(dòng)，將圓周運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，通過(guò)內(nèi)外螺紋的嚙合實(shí)現(xiàn)手車(chē)的推進(jìn)及拉出。

3 控制回路的設(shè)計(jì)

根據(jù)相關(guān)制造標(biāo)準(zhǔn)及行業(yè)規(guī)范[5]，戶(hù)內(nèi)10 kV、35 kV雙電源供電系統(tǒng)中僅饋線開(kāi)關(guān)方案會(huì)有接地開(kāi)關(guān)存在，少數(shù)情況下，進(jìn)線開(kāi)關(guān)柜也會(huì)裝設(shè)接地開(kāi)關(guān)。傳統(tǒng)的接地開(kāi)關(guān)操作機(jī)構(gòu)僅靠帶電顯示器上的常閉觸點(diǎn)外引至接地開(kāi)關(guān)手動(dòng)操作擋板后的電磁鐵形成閉鎖約束，旨在當(dāng)帶電顯示器的傳感器感應(yīng)到開(kāi)關(guān)一次側(cè)無(wú)電壓時(shí)，電磁鐵得電吸合，接地開(kāi)關(guān)操作擋板可以被按下進(jìn)行后續(xù)的合閘操作。以圖1為例，該圖是某廠家提供的饋線開(kāi)關(guān)柜二次線路設(shè)計(jì)，電動(dòng)操作回路采用直流電源供電，回路中的11、12觸點(diǎn)，用于接收帶電顯示器（DXN）監(jiān)測(cè)到的開(kāi)關(guān)一次側(cè)出線端是否帶電的信號(hào)，若一次母線帶電，常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，電磁鐵失電，接地開(kāi)關(guān)操作擋板被約束，不能被按下進(jìn)行合閘操作；同一線路上的27、28，53、54分別為斷路器手車(chē)試驗(yàn)位置觸點(diǎn)與斷路器分閘觸點(diǎn)，其作用是保證斷路器手車(chē)必須處于試驗(yàn)位置分閘狀態(tài)，才可以閉合接地開(kāi)關(guān)，防止斷路器處于工作位置合閘狀態(tài)，接地開(kāi)關(guān)合閘造成一次回路短路故障。事實(shí)上，此處增加串聯(lián)斷路器分閘狀態(tài)的觸點(diǎn)略顯多余，原因是當(dāng)接地開(kāi)關(guān)合閘后，推進(jìn)機(jī)構(gòu)會(huì)被約束，在斷路器分閘的情況下，操作機(jī)構(gòu)的角行程為900°（兩圈半），斷路器合閘時(shí)，操作機(jī)構(gòu)的角行程只有180°（半圈），所以即使手車(chē)處于試驗(yàn)位置，斷路器處于合閘狀態(tài)，斷路器手車(chē)的結(jié)構(gòu)也不會(huì)允許斷路器本體在底盤(pán)車(chē)上進(jìn)行推進(jìn)動(dòng)作；為滿(mǎn)足“防止誤入帶電隔室”的要求，回路的最后加設(shè)開(kāi)關(guān)柜后下門(mén)設(shè)置行程開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)（XC2），用于確認(rèn)開(kāi)關(guān)柜電纜室門(mén)是否處于可靠關(guān)閉狀態(tài)，若電纜室門(mén)未可靠關(guān)閉，則不能進(jìn)行接地開(kāi)關(guān)的分閘操作。當(dāng)接地開(kāi)關(guān)聯(lián)鎖的所有觸點(diǎn)導(dǎo)通，且控制模塊DD監(jiān)測(cè)到接地開(kāi)關(guān)處于分閘/合閘狀態(tài)下時(shí)，接地開(kāi)關(guān)便可進(jìn)行合閘/分閘操作。

圖1 電動(dòng)接地開(kāi)關(guān)的二次線路圖

值得一提的是，不管是接地開(kāi)關(guān)的合分閘機(jī)構(gòu)還是接下來(lái)提及的手車(chē)推進(jìn)拉出機(jī)構(gòu)，都設(shè)置了“手動(dòng)優(yōu)先”的功能，為的是在電動(dòng)操作期間，若是有人為的干涉，電動(dòng)操作便會(huì)停止，有效防止電動(dòng)機(jī)構(gòu)繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)帶動(dòng)專(zhuān)用工具誤傷操作人員。

接地開(kāi)關(guān)的電動(dòng)操作取決于本柜的機(jī)械聯(lián)鎖，斷路器手車(chē)的電動(dòng)操作則是建立在單柜以及與其他配電方案的電氣聯(lián)鎖之上（圖2）。如上所述，饋線柜內(nèi)的斷路器手車(chē)必須在開(kāi)關(guān)柜后下門(mén)、手車(chē)室門(mén)可靠關(guān)閉的同時(shí)處于分閘狀態(tài)，且接地開(kāi)關(guān)也處于分閘狀態(tài)，才能進(jìn)行推進(jìn)/拉出操作。與饋線開(kāi)關(guān)柜不同的是，整套配電系統(tǒng)的其他方案都有著各自的邏輯要求。

PT柜中的PT手車(chē)或熔斷避雷器手車(chē)因其本身沒(méi)有滅弧能力，所以送電時(shí)應(yīng)優(yōu)先于其他方案將手車(chē)推進(jìn)至工作位置。因此，在電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)的手車(chē)聯(lián)鎖回路中（圖2虛線框內(nèi)），應(yīng)將原有觸點(diǎn)改為串聯(lián)的帶電顯示器（DXN）的常閉觸點(diǎn)，以保證一次母線在有電壓的情況下不會(huì)被進(jìn)行手車(chē)推進(jìn)/拉出的誤操作。

與PT柜相似的是，分段隔離柜的隔離手車(chē)一樣不具備滅弧能力，因此其電動(dòng)操作應(yīng)在滿(mǎn)足一次母線無(wú)電壓，且分段斷路器柜內(nèi)的斷路器手車(chē)處于試驗(yàn)位置時(shí)才可以進(jìn)行操作，這種邏輯可以通過(guò)將圖2虛線框內(nèi)的二次線路改為串聯(lián)的帶電顯示器的常閉觸點(diǎn)與分段斷路器柜斷路器手車(chē)試驗(yàn)位置的觸點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)“先合隔離開(kāi)關(guān)，再合斷路器”。

圖2 電動(dòng)斷路器手車(chē)的二次線路圖

進(jìn)線開(kāi)關(guān)柜手車(chē)的聯(lián)鎖則是與PT柜內(nèi)的手車(chē)有關(guān)，當(dāng)PT柜內(nèi)的手車(chē)處于工作位置后，進(jìn)線柜內(nèi)的手車(chē)才能進(jìn)行推進(jìn)操作。所以，在虛線框內(nèi)單獨(dú)串聯(lián)一個(gè)PT柜手車(chē)工作位置的輔助觸點(diǎn)即可。

相比分段隔離柜，與之并列的分段斷路器柜的回路設(shè)計(jì)邏輯就稍顯復(fù)雜，此處可以借鑒低壓雙回路供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)里的“三鎖兩鑰匙”方案。通常情況下，10 kV、35 kV雙電源供電系統(tǒng)兩個(gè)進(jìn)線開(kāi)關(guān)的兩條供電回路各管各的負(fù)荷，但由于雙回路供電系統(tǒng)要求兩路進(jìn)線互為備用、互供互倒，因此就要求整個(gè)雙回路供電線系統(tǒng)的兩臺(tái)進(jìn)線柜與一臺(tái)分段斷路器柜之中只允許同時(shí)有兩臺(tái)處于工作位置。為滿(mǎn)足此要求，分段斷路器柜二次線路圖中虛線框內(nèi)應(yīng)將以下兩路并聯(lián)：1號(hào)進(jìn)線柜工作位置觸點(diǎn)串聯(lián)1號(hào)進(jìn)線柜斷路器分閘觸點(diǎn)串聯(lián)2號(hào)進(jìn)線柜斷路器試驗(yàn)位置觸點(diǎn)、2號(hào)進(jìn)線柜斷路器工作位置觸點(diǎn)串聯(lián)2號(hào)進(jìn)線柜斷路器分閘觸點(diǎn)串聯(lián)1號(hào)進(jìn)線柜試驗(yàn)位置觸點(diǎn)，以此確保整個(gè)供電系統(tǒng)中只有在其中一路電源進(jìn)線，另一路進(jìn)線開(kāi)關(guān)斷開(kāi)且母線不帶電的情況下，分段斷路器柜的手車(chē)才能被允許進(jìn)行推進(jìn)/拉出操作。

4 檢驗(yàn)過(guò)程中的常見(jiàn)問(wèn)題

以常見(jiàn)的KYN28-12柜為例，依照標(biāo)準(zhǔn)[6]對(duì)開(kāi)關(guān)柜進(jìn)行出廠檢驗(yàn)的環(huán)節(jié)中，很多時(shí)候有關(guān)斷路器手車(chē)推進(jìn)機(jī)構(gòu)的聯(lián)鎖邏輯點(diǎn)是沒(méi)有從其他柜內(nèi)引入的，此時(shí)較為簡(jiǎn)單的辦法就是短接控制模塊上的公共端與聯(lián)鎖邏輯點(diǎn)端，確保模塊接線正確，然后再逐一檢查其他方案開(kāi)關(guān)柜的對(duì)應(yīng)觸點(diǎn)能否正確動(dòng)作。另外，當(dāng)電動(dòng)操作進(jìn)行至半程因機(jī)械機(jī)構(gòu)卡澀而停止時(shí)，可以手動(dòng)復(fù)原機(jī)構(gòu)至動(dòng)作前的狀態(tài)，按下操作模塊上或者開(kāi)關(guān)柜面板上的復(fù)位按鈕，初始化模塊的程序；個(gè)別型號(hào)的電動(dòng)操作模塊按下復(fù)位按鈕后，可以反轉(zhuǎn)電機(jī)，自動(dòng)將對(duì)應(yīng)機(jī)構(gòu)恢復(fù)原位，待機(jī)械故障排除后，方可繼續(xù)進(jìn)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作驗(yàn)證。

5 結(jié)語(yǔ)

二次線路設(shè)計(jì)的思路千變?nèi)f化，圍繞的核心卻是千篇一律，本文論述的設(shè)計(jì)是筆者結(jié)合檢驗(yàn)工作中遇到的問(wèn)題以及供電公司相關(guān)技術(shù)規(guī)范的要求所總結(jié)出的，但由于不少企業(yè)為了防止非專(zhuān)業(yè)人員操作機(jī)構(gòu)，會(huì)加設(shè)自主增設(shè)的聯(lián)鎖裝置，所以文中所述的僅僅是多種設(shè)計(jì)思路中的一種，希望能為高低壓開(kāi)關(guān)制造企業(yè)提供一些參考。