核電廠中壓柜機械鑰匙聯鎖研究與應用

呂偉峰，徐 龍

（1.中核遼寧核電有限公司，遼寧葫蘆島 125100；2.江蘇核電有限公司，江蘇連云港 222000）

0 引言

隨著電廠用電容量的不斷增大，電氣設備交叉關聯部分逐漸增多。廠用電運行時，運行人員操作范圍大，工作設備操作頻繁易導致誤操作，為此，有必要擁有一套簡單獨立而功能完善的“五防”機械鑰匙閉鎖系統[1]。“五防”機械鑰匙閉鎖系統方法簡單、可靠、直接、有效，特別適合多臺柜或門之間的聯鎖，使操作人員易于識別、杜絕誤操作[2]。因此在各大電廠得到廣泛應用，特別在核電廠的應用尤為重要。

1 中壓柜“五防”機械鑰匙閉鎖系統

中壓柜五防功能主要闡述的是隔離開關、斷路器與接地開關、柜門的機械聯鎖關系。對于某核電站來說，與變壓器相關的最典型的機械鎖聯鎖方案有以下兩種。

1.1 變壓器類型一的機械鑰匙聯鎖

如圖1 所示，變壓器類型一應用于低壓母線只有一路正式電源供電的配電方式，機械鑰匙聯鎖機構采用單機械鎖模式。若對變壓器進行停電檢修工作，需進行如下操作：先將變壓器上游接觸器開關斷開并搖至試驗位置，再將接地開關合閘，取下1#鑰匙，此時變壓器上下游均已斷電，最后用1#鑰匙解鎖變壓器柜門機械鎖，打開變壓器柜門進行檢修作業，確保在變壓器檢修過程中安全無隱患。若需恢復送電，逆向邏輯操作即可。

圖1 變壓器類型一的機械鑰匙聯鎖

1.2 變壓器類型二的機械鑰匙聯鎖

如圖2 所示，變壓器類型二應用于低壓母線有兩路電源供電的配電方式。正常運行時只允許正式電源供電，為防止兩路電源同時對其供電，變壓器類型二的機械鑰匙聯鎖機構采用雙機械鎖模式。若對變壓器進行停電檢修工作，需進行如下操作：先確認應急供電電源開關已斷開，取下鑰匙1#，再斷開變壓器上游接觸器開關并搖至試驗位，將取下的1#鑰匙插入接觸器柜接地開關機械鎖孔，將接地開關合閘，取下2#鑰匙，此時接地開關鎖定在合閘位置，最后用2#鑰匙解鎖變壓器柜門機械鎖，打開變壓器進行檢修作業。若需恢復送電，逆向邏輯操作即可。

2 中壓柜鑰匙聯鎖變更問題

2.1 中壓柜鑰匙聯鎖變更問題描述

圖2 變壓器類型二的機械鑰匙聯鎖

在調試期間，由于低壓側設備的設計變更，原380 V 低壓母線進線電源斷路器機械鑰匙聯鎖取消。380 V 低壓母線正式供電電源6.6 kV 中壓柜及變壓器已按原設計安裝調試完成。由于兩路電源之間存在機械鑰匙聯鎖，而另一路進線電源斷路器機械鑰匙聯鎖取消，導致正式電源的中壓柜機械鑰匙聯鎖功能不能正常實現，無法對中壓柜接地開關進行分合閘操作。

2.2 中壓柜鑰匙聯鎖變更問題分析

針對問題展開分析，低壓母線原設計有兩路電源供電，為防止兩路同時供電，采用雙機械鎖模式，屬于變壓器類型二的機械鑰匙聯鎖模式。設計變更后，另一路進線電源斷路器機械鑰匙聯鎖被取消，只能采用單機械鑰匙聯鎖方式，屬于變壓器類型一的機械鑰匙聯鎖模式。

由問題分析可知，設計變更導致的兩路聯鎖變為一路，問題解決的關鍵為兩種“變壓器類型”機械鑰匙聯鎖之間的轉換，即將雙機械鎖模式轉變為單機械鎖模式。

2.3 雙機械鎖與單機械鎖結構的分析

從外觀看，雙機械鎖和單機械鎖在柜體的門板、右側板、右前立柱、接地開關操作桿等均存在很大差異。

從結構上說，雙機械鎖在接地開關操作桿上有兩個卡槽，分別連接對應的控制鎖分鎖合機構的連桿，通過機械鎖鑰匙1#、2#（圖3）控制鎖分鎖合機構的動作，來實現控制接地開關的分合閘操作。鎖分鎖合機構之間存在互鎖，兩者不可同時動作。單機械鎖對應的接地開關操作桿上只有一個卡槽，連接控制鎖合機構的連桿，不存在鎖分的機械機構。

圖3 雙機械鎖與單機械鎖對比（左雙，右單）

鎖分鎖合機構是配合機械鎖鑰匙來控制接地開關進行分合閘操作的機械機構。鎖分機構壓片下壓時，鎖分鑰匙可取出，此時接地開關被鎖在分閘位置，接地開關無法合閘。鎖合機構壓片下壓時，鎖合鑰匙可取出，此時接地開關被鎖在合閘位置，接地開關無法分閘。單機械鎖模式中只有鎖合機構，雙機械鎖模式中既有鎖合機構，又有鎖分機構。

綜上分析，雖然單雙機械鎖的內外部結構及閉鎖的動作過程有很大差異，但二者在鑰匙鎖合鎖分機構閉鎖之間有相似之處，兩者都含有鎖合機構。若要實現“變壓器類型二”向“變壓器類型一”的轉換，需中壓柜的機械鑰匙聯鎖滿足“變壓器類型一”的機械鑰匙聯鎖功能。若要實現“變壓器類型一”的機械鑰匙聯鎖功能，可將開關柜內部雙鎖結構改造為單鎖結構，也可整體對現場中壓柜進行更換來達到改變鑰匙聯鎖關系的目的，或可根據機械鑰匙和鎖分鎖合之間的閉鎖關系進行技術改造，固定鎖分機構。

2.4 解決方案的制定和選擇

根據2.1 和2.2 部分的設備問題分析結果，可以從柜體內部機械改造、整體改造和鎖分機構固定等3 個方面考慮，得出以下3 種方案并進行篩選。

方案一，重拆柜體，更換內部聯鎖結構。拆除該開關柜與其余柜體的拼接、母線連接、基礎焊接，將開關柜返回工廠。利用原有低壓室、接觸器小車、接觸器分支模塊，更換新的接地開關聯鎖機構，生產新的開關柜。該方案費用相對低，但周期長，嚴重影響工期進度。

方案二，柜體整體更換。廠家將新開關柜發送到現場后，再將現場的舊開關柜拆除，更換為新開關柜。該方案改造工期短，但新設備采購周期長，費用高，影響工期進度。

方案三，固定鎖分機構。對鎖分機構進行微改固定，使1#鑰匙永久固定在開關柜上，當接地開關合閘時，2#鑰匙可被正常釋放，用于打開變壓器室門。如此，雙機械鎖轉化為單機械鎖結構，實現了變壓器類型一的功能。該方案不僅改造工作量最少、耗資最少，而且停電時間短，幾乎不影響調試工作的正常進行。

經過對3 種方案的對比分析，從經濟性、可執行性及對現場調試工作的影響進行考慮，認為固定鎖分機構，使1#鑰匙永久固定在開關柜上是最可行的處理方法。

2.5 處理方案的實施

開關柜在變壓器類型二的方案基礎上修改為如下方案：通過細微改造，將1#鑰匙永久固定在開關柜上。該方案在功能上完全等同于變壓器類型一。修改后的方案如圖4 所示，方案具體實施步驟如下。

圖4 改造后設計簡圖

（1）通知廠家從總公司額外采購對應的1#鑰匙發往現場。

（2）現場通過細微改造，在鎖分機構的中心部位鉆一螺栓孔（M6 或M8 為佳），加裝螺栓，使螺栓頂住柜體，鎖分機構無法被按下，使得機械鑰匙1#無法被取出，永久固定在開關柜上。

（3）鎖分機構固定后，對功能進行驗證，保證變壓器類型一所有的功能都可實現。

該方案的實施避免了大量改造費用，同時不影響母線帶電，不影響所有開關柜的正常使用及檢修維護。無論從經濟性、可行性，還是對現場設備的影響方面考慮，都是“最優解”。

3 結論

通過固定鎖分機構，永久控制機械鎖鑰匙在柜體上的方法，解決現場中壓柜下游技術變更而導致的上游鑰匙聯鎖失效的問題。避免了大量改造費用，實現設備正常功能。該方法值得在高壓開關設備改造中借鑒，可推廣到其他工業領域。