一種基于多重物理隔離的防誤鎖具的研制與設計

李明哲 唐 鶴 傅文鋒 郭小華 韋運杰

（廣東電網有限責任公司佛山供電局，廣東佛山528000）

0 引言

微機防誤閉鎖系統是計算機及網絡通信技術應用于變電站自動化的結果，是目前電力系統“五防”領域的重要設備，廣泛用于防止電氣誤操作事件發生。電氣編碼鎖直接串聯于開關、刀閘等變電一次設備的控制回路，是系統實現防誤閉鎖功能的執行元件[1]。

變電站內一次設備的安全穩定運行至關重要，相關的管理也尤為嚴格。正常所有電氣操作都需經微機防誤閉鎖系統模擬確認無誤后才能現場操作，但變電站現有的防誤操作電氣編碼鎖，兩個極柱和背面端子均裸露在外，原理過于簡單，通過導線或導電金屬短接正負電極柱或者背面端子即可解鎖，存在較大安全隱患。例如，操作人員用短接線短接電氣編碼鎖解鎖，極有可能構成惡性誤操作事件。針對以上問題，本文在原有防誤閉鎖電氣編碼鎖的基礎上做了多重隔離設計，與現有鎖具尺寸一致，便于安裝，可全面防止人為短接電氣編碼鎖解鎖，有效避免在設備操作、施工過程中惡意解鎖行為的發生，為變電裝置防誤操作增加一道更加堅固的防線。

1 當前防誤操作電氣編碼鎖安全性分析

以開關分閘控制回路為例，防誤操作電氣編碼鎖串接于控制回路中，等效為一個由電腦鑰匙控制的接點。正常操作時，操作人員首先在五防機模擬操作步驟，正確無誤后上傳至電腦鑰匙，操作過程中將鑰匙帶入現場插入防誤操作電氣編碼鎖，接點接通從而允許對開關分合閘操作[2]。然而，變電站現有安裝的防誤操作電氣編碼鎖，正面兩個金屬極柱裸露在外，背面接線端子也未采用封閉設計。

鎖具正面極柱與背面端子對應連通，背面端子經電纜引入端子排后串接于控制回路。在沒有電腦操作鑰匙情況下，通過金屬導體短接正面鎖孔或背面端子兩端即可解鎖，達不到全面防誤操作目的，存在較大的安全隱患。

針對當前防誤編碼鎖功能上的缺陷，需要從兩個方面進行改進：一是防止人為短接正面極柱解鎖，二是防止短接背面端子解鎖。后者可通過在鎖具背面加裝塑料外殼密封加以實現，將接線端子藏在鎖具內部，使操作人員無法短接解鎖。本文重點討論前者，即采取措施防止人為短接正面鎖孔解鎖。

2 可行性研究與方案設計

綜合考慮成本、可行性、可推廣性及操作習慣，我們設想不改變編碼鎖的尺寸大小，而是從鎖的內部結構出發，將設計重點集中在防誤操作電氣編碼鎖上，重點解決如何將人為短接使得接點連通的可能性降至零，從而實現隔離功能。

防誤操作電氣編碼鎖串接于控制回路中，若鎖具故障將直接導致控制回路不通，影響設備操作，因此改造設計首要考慮穩定性、可靠性。經過反復論證后，確定物理隔離功能實現思路如下：鎖具正電極柱與正電端子間串接一個接點，接點的開斷受電腦鑰匙控制，只有將電腦鑰匙帶入操作現場，并滿足操作條件，操作電腦鑰匙接點才能接通，進而對變電設備操作，當人為短接正面鎖孔惡意解鎖時由于接點的存在而使解鎖無效。運用將鎖具與外部進行物理隔離的方式，起到保護和固定內部元件的作用，使得鎖具的可靠性大為提高。

在接點元件的選擇上，采用了已經封裝好的位置開關來控制接點的通斷。位置開關常態觸點斷開，為常開觸點。當操作電腦鑰匙校驗電氣編碼鎖正確后，推動鑰匙的撥輪，帶動極柱旋轉，極柱上突出部分撥動位置開關，其常開接點就會接通。如果松開撥輪，位置接點的彈簧功能則會自動復歸為常開接點。這種位置開關制作工藝已經非常成熟，而且測試可通斷次數均達到萬次以上，有很好的穩定性，鑒于電力設備的操作頻數，可以說具有無限的使用壽命。另外，位置開關具有體積小、重量輕的特點，這使得它們易于安裝且不顯眼，很適合用于微型設備，因此可以保留鎖具原有的尺寸大小。同時，位置開關是將機械信號轉換為位置信號，且接點已經封裝好，有很好的抗干擾性。目前，市面適用的位置開關很多且價格便宜，可靠性、經濟性達到最大化。

物理隔離功能實現方案：當電腦鑰匙插入防誤操作電氣編碼鎖時利用撥輪帶動凸輪使得位置開關接點閉合，回路導通；操作完畢后，拔出電腦鑰匙，位置開關接點由于彈簧力自動復歸。最后對整個模塊進行封裝，加入多重物理隔離，可以起到以下作用：

（1）物理保護。防誤鎖與外界隔離，防止了空氣中雜質腐蝕電路造成的電氣性能下降，使鎖免受外力損壞和外部環境的影響。

（2）標準規格化。封裝的尺寸、形狀、間距、長度等有標準規格，既便于日后技術上的改進和加工，又便于與鎖具相配合，具有通用性。

3 元件構架分解及調試

鎖具結構設計如圖1所示，位置開關固定在ABS板上。正電極柱與負電極柱均為金屬導體，一端與電腦鑰匙連接；另一端有螺紋，用于固定鎖具及連接正電、負電端子。正電極柱分為極柱與螺桿兩段，由絕緣連接頭隔離固定，在極柱與螺桿之間串接位置開關。

根據現有防誤操作電氣編碼鎖尺寸要求，本文選用Scheider生產的型號為SW5的位置開關，位置開關尺寸為20 mm×6 mm×10 mm，額定電壓：250 V AC，額定電流：5 A，壽命：10萬次。

圖1 鎖具結構示意圖

本文選取某變電站10 kV備用開關柜安裝調試，將原有開關的電氣編碼鎖用經過全封閉改進后的防誤操作電氣編碼鎖替代，鎖具背面按原有后座尺寸加裝了塑料外殼，背面端子隱藏在鎖具內部，工作人員無法接觸。經過保護傳動、現場分合、后臺遙控等試驗操作，改造后的控制回路正常，開關可投入運行。

4 結語

本文研制的基于多重物理隔離的電氣編碼鎖結構簡單可靠，接于變電設備控制回路可有效防止人為非法短接解鎖行為的發生。項目源于生產實際，在原有電氣編碼鎖基礎上進行改進，改造成本低，可全行業推廣。