變電站高壓開關(guān)機(jī)構(gòu)操作聯(lián)鎖方式研究

段繼洲 葉 瑞 查笑春 陳 浩 王邦健

（西安西電開關(guān)電氣有限公司，西安 710077）

高壓開關(guān)設(shè)備作為變電站設(shè)備的主要組成部分，是電力系統(tǒng)中最重要的設(shè)備之一。在電力系統(tǒng)中它是隔斷電路或接通電路的專用設(shè)備。一旦電力系統(tǒng)發(fā)生故障，還要求其中的斷路器能可靠地切斷短路電流，保障電力系統(tǒng)正常工作。

高壓開關(guān)設(shè)備的機(jī)構(gòu)必需按照變電站五防邏輯或電力系統(tǒng)的運(yùn)行規(guī)程要求進(jìn)行操作，才能保證設(shè)備及系統(tǒng)的安全運(yùn)行，一般來說，五防邏輯包括防止誤入帶電間隔、防止帶負(fù)荷誤拉（合）隔離開關(guān)、防止帶接地線（接地刀）合斷路器（隔離開關(guān)）、防止帶電掛（合）接地線（接地刀閘）、防止誤分合斷路器等。而邏輯的實(shí)現(xiàn)方式包括電氣聯(lián)鎖、微機(jī)閉鎖、機(jī)構(gòu)掛鎖、 電動與手動操作的切換閉鎖等，甚至在有些應(yīng)用場合，還規(guī)定了機(jī)構(gòu)的操作程序，這就要求使用更加復(fù)雜的程序邏輯控制鎖進(jìn)行順序控制。同時，隨著智能電網(wǎng)建設(shè)及智能開關(guān)設(shè)備的發(fā)展，用機(jī)構(gòu)的行程位移及導(dǎo)體觸頭位置等更直接的方式來監(jiān)測觸頭到位情況并實(shí)現(xiàn)聯(lián)閉鎖的邏輯控制,是新一代智能開關(guān)五防邏輯的另一種拓展形式，具有廣闊的應(yīng)用前景。

1 電氣聯(lián)鎖

電氣聯(lián)鎖作為裝置之間的安全互鎖方式,被大量應(yīng)用于各行各業(yè)，在高壓開關(guān)設(shè)備領(lǐng)域,電氣聯(lián)鎖是高壓開關(guān)電器設(shè)備中使用最多的一種連鎖方式，其實(shí)現(xiàn)形式是通過機(jī)構(gòu)輔助接點(diǎn)的串并聯(lián)等方式,控制斷路器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)等機(jī)構(gòu)的分合動作，以隔離開關(guān)為例，其在電路中起隔離作用，其本身不具備滅弧作用，只能在沒有負(fù)荷的情況下分、合電路。在五防邏輯中，隔離開關(guān)的操作要求是防止帶負(fù)荷誤拉（合）隔離開關(guān)、防止帶接地線（接地刀）合隔離開關(guān)。具體來說，以圖1的主接線為例，其中隔離開關(guān)Q1、Q6A、Q61、Q62 的分、合操作聯(lián)鎖邏輯分別為：

隔離開關(guān)Q1分、合操作的條件：接地開關(guān)Q15、Q16、Q51A、Q52A 在分閘狀態(tài)，斷路器Q0A 在分閘狀態(tài)；

隔離開關(guān)Q6A分、合操作的條件：接地開關(guān)Q51A、Q52A、Q53A 在分閘狀態(tài)，斷路器Q0A 在分閘狀態(tài)；

隔離開關(guān)Q61分、合操作的條件：接地開關(guān)Q51B、Q52B、Q53A 在分閘狀態(tài)，斷路器Q0B 在分閘狀態(tài)；

隔離開關(guān)Q62分、合操作的條件：接地開關(guān)Q51B、Q52B、Q53C 在分閘狀態(tài)，主變低壓側(cè)地刀在分閘狀態(tài)，斷路器Q0B 在分閘狀態(tài)。

圖1 3/2 主接線形式

2 機(jī)械程序鎖聯(lián)鎖

電氣聯(lián)鎖規(guī)定了一種安全操作的必要條件，而機(jī)械程序鎖則規(guī)定了一種操作順序。其實(shí)現(xiàn)方法是通過給機(jī)構(gòu)安裝機(jī)械程序鎖，對開關(guān)設(shè)備進(jìn)行順序控制。機(jī)械程序鎖一般由鎖頭、鎖舌、鑰匙和鑰匙交換盒組成，當(dāng)鎖舌伸出鎖頭時，機(jī)構(gòu)將被鎖定。機(jī)構(gòu)的鎖定一般是通過鎖定機(jī)構(gòu)的機(jī)械傳動軸來實(shí)現(xiàn)的，機(jī)構(gòu)需要操作時，需將鎖打開，使鎖舌伸出機(jī)構(gòu)的閉鎖軸，這時機(jī)構(gòu)可以進(jìn)行電動操作。而要打開鎖，必須從鑰匙交換盒將鑰匙拔出。以變壓器出線為例，其主接線形式及操作順序見圖2所示。

圖2 變壓器出線機(jī)械連鎖邏輯關(guān)系圖

上述圖中所示的機(jī)構(gòu)操作順序，以隔離開關(guān)機(jī)構(gòu)A 為例，首先應(yīng)將A 鑰匙從鑰匙交換盒拔出，A鑰匙拔出的條件是G、C 鑰匙必須插入，即66kV 設(shè)備的隔離開關(guān)C 機(jī)構(gòu)必須打開，38kV 的斷路器GHJ必須合上。而斷路器GHJ 合上的前提條件是22kV的斷路器必須合上，所有的接地開關(guān)B、F、D 必須分開。經(jīng)過上述分析可知，如果要合A 機(jī)構(gòu)，其操作順序是：分接地開關(guān)B、F、D→合斷路器J→合斷路器GHJ→合隔離開關(guān)A。

3 機(jī)構(gòu)掛鎖

除電氣連鎖與機(jī)械程序鎖以外，在操動機(jī)構(gòu)上安裝掛鎖，也是一種比較簡單的聯(lián)鎖方式，它一般是在操作機(jī)構(gòu)上或者箱柜上安裝特殊功能的鎖具（見圖3），這種閉鎖方式對防止誤入帶電間隔或預(yù)防誤進(jìn)行手動操作的是非常有效的。

圖3 機(jī)構(gòu)掛鎖

4 電動與手動操作的切換閉鎖

在開關(guān)設(shè)備中，檢修維護(hù)狀態(tài)下的防誤操作也是非常重要的，一般來說，檢修狀態(tài)下必須保證檢修人員的人身安全，這就要求現(xiàn)場檢修時，電動操作必須被切斷，其實(shí)現(xiàn)方式是在機(jī)構(gòu)上專門設(shè)置一種電動與手動切換的微動開關(guān)，當(dāng)進(jìn)行手動操作時，手動操作工裝孔擋板被打開（如圖4），這時微動開關(guān)SP1 處于打開狀態(tài)，電氣回路被切斷，電動操作將被不容許。其電氣原理及時序圖見圖5。

圖4 手動操作擋板打開

圖5 電動與手動操作的切換閉鎖原理及時序圖

5 微機(jī)閉鎖

微機(jī)五防閉鎖是一種通過計算機(jī)編程實(shí)現(xiàn)的一種閉鎖系統(tǒng)。他是通過專用的計算機(jī)軟件，將變電站的一次主接線通過仿真界面顯示在微機(jī)顯示屏上，并將圖形數(shù)字化存儲于數(shù)據(jù)庫中，通過軟件內(nèi)嵌的邏輯，將變電站所有控制單元如斷路器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)、箱柜等，通過有線或無線網(wǎng)絡(luò)，控制安裝在設(shè)備上的專用鎖具，形成變電站的閉鎖系統(tǒng)。目前為止，作為變電站的主要安全聯(lián)鎖方式，被大量使用。其系統(tǒng)組成見圖6。系統(tǒng)操作流程圖見圖7。

圖6 微機(jī)防誤閉鎖系統(tǒng)的組成

圖7 微機(jī)防誤閉鎖系統(tǒng)的操作流程

6 機(jī)構(gòu)行程監(jiān)測聯(lián)閉鎖系統(tǒng)

隨著近幾年智能電網(wǎng)的發(fā)展，使用位移傳感器對斷路器、隔離開關(guān)或接地開關(guān)機(jī)構(gòu)的行程位移進(jìn)行在線檢測，并同時作為機(jī)構(gòu)的聯(lián)閉鎖參照，是近年來智能高壓開關(guān)發(fā)展的新趨勢。該技術(shù)是通過使用位移傳感器采集并記錄分閘、合閘過程觸頭行程-時間曲線，并對曲線進(jìn)行分析，提取觸頭到位與否的信息，并將其作為聯(lián)閉鎖的必要條件。

7 導(dǎo)體觸頭狀態(tài)監(jiān)測聯(lián)閉鎖系統(tǒng)

隔離開關(guān)觸頭狀態(tài)監(jiān)測聯(lián)閉鎖系統(tǒng)是隔離開關(guān)在線監(jiān)測的一個全新的領(lǐng)域，它是通過高清視頻技術(shù)、夜視技術(shù)等采集用戶關(guān)注的導(dǎo)體觸頭的開閉狀況，并將其轉(zhuǎn)化為視頻及開關(guān)量信號，利用該信號進(jìn)行機(jī)構(gòu)聯(lián)閉鎖控制的一種技術(shù)。其原理圖見圖8。該技術(shù)的核心是視頻圖像的分析技術(shù),通過對視頻圖像進(jìn)行分析，可以將視頻信號變?yōu)榭煽刂频倪壿嫻?jié)電輸出,從而對機(jī)構(gòu)進(jìn)行聯(lián)鎖邏輯控制。該系統(tǒng)由于是直接使用導(dǎo)體的開合影像，避免了閉鎖系統(tǒng)采用間接方式來實(shí)現(xiàn)的弊端。

圖8 高壓開關(guān)觸頭狀態(tài)監(jiān)測聯(lián)閉鎖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

8 結(jié)論

高壓開關(guān)機(jī)構(gòu)操作聯(lián)鎖是開關(guān)設(shè)備及變電站安全運(yùn)行的第一道防線，關(guān)系著電網(wǎng)的運(yùn)行安全，隨著現(xiàn)代計算機(jī)信息技術(shù)、在線監(jiān)控技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)科技的發(fā)展，開關(guān)設(shè)備的五防安全操作系統(tǒng)的形式將會更加多樣，安全性能將得到更大的提升。

[1] 胡紹謙,杭劍文,等.數(shù)字化變電站的間隔層聯(lián)鎖擴(kuò)建方案研究[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制,2010,38(11): 23-28.

[2] 陳躍,甘羽. 500kV 變電站防止電氣誤操作方案[J].中國電力,2009,42(6):60-64.

[3] 辛建波,上官帖. 數(shù)字化變電站的分布式聯(lián)鎖功能安全性研究[J].電力自動化設(shè)備,2007,27(6):99-104.