电气五防高压开关柜机械联锁的探讨

高压开关柜的"联锁"是保证电力网安全运行、确保设备和人身安全、防止误操作的重要措施。GB3906-1991《3-35千伏交流金属封闭开关设备》对此作了明确规定。一般把"联锁"描述为:防止误分、误合断路器;防止带负荷分、合隔离开关;防止带电挂(合)接地线(接地开关);防止带接地(开关)合闸;防止误入带电间隔。上述五项防止电气误操作的内容,简称"五防"。"五防"装置一般可分为机械、电气和综合三类。目前,市场上高压开关梧类型很多,大多数都有较完善的联锁方式。但仍有不少高压开关柜的联锁尤其是机械联锁不完善,尚不能完全达到"五防"要求。为此,本文着重就机械联锁提出一些看法,与同仁探讨。

联锁实现方式

在固定柜和手车柜中。众所周知隔离开关无专门的灭弧装置,一般不能用来接通或切断负荷电流。在固定柜中,断路器与隔离开关的联锁关系明确,即只有在断路器分断的情况下才能操作隔离开关,隔离开关和断路器之间的机械联锁关系较易实现。如在CC-1A(F)中,为防止带负荷分、合隔离开关,常采用一个扇形撞块和圆板结构,与操作隔离开关的CS6-1机构上的弹性定位锁配合,在断路器合闸时,圆板阻止定位锁拔出,从而防止带负荷分闸。但手车柜的情况有所不同,,手车迸出实际上相当于固定柜中隔离开类的合分操作,因而对隔离开关的联锁要求同样适用于手车的进出要求。当手车在试验位置与工作位置之间移动时,必须保证断路器处于分闸状态,不得合闸,即应具有所谓的"合闸闭锁"。在投运的各型手车柜中,"合闸"电气闭锁一般通过将反映手车位置的行程开关接点串入断路器的合闸回路中来实现。

断路器两侧的隔离开关的操作顺序。GG-1A(F)一07方案对断路器两侧的隔离开关的操作顺序规定如下:在停电时,先断开线路侧隔离开关；在送电时,要先合上母线侧隔离开关。其作用是为了保证在万一发生错误操作时,能借助于断路器的保护作用尽量缩小事故范围,避免人为扩大事故。停电时先断开线路侧隔离开关的理由是：如果停电中发生误操作,如断路器尚未断开电源,而先分隔离开关，造成带负荷拉闸;或者当分隔离开关时,又错分了不应停的线路隔离开关，都将引起弧光短路。在上述情况下,如果先分线路侧隔离开关,由于弧光短路点在断路器外侧,所以开关的保护装置会动作跳闸切除故障,缩小了事故范围。反之,送电时,如果断路器误在合闸位置,后合母线侧隔离开关时,等于母线侧带负荷送电。必将发生弧光短路,而使故障扩大。这种情况下,如先合母线侧隔离开关,然后再合线路侧隔离开关,就等于用线路侧隔离开关带负荷合闸,一旦发生弧光短路,由于短路点在断路器外侧,故断路器保护即可动作跳闸,切除故障,缩小事故范围。因此送电时要先合母线侧隔离开关。

能按上述操作顺序分合隔离开关当然是件好事,但实际上要保证断路器两侧隔离开关严格按上述顺序操作是困难的。对环网开关及母联开关来说,本身较难区分母线及线路侧。对手车柜而言,则断路器两侧的触头是同时进出的。如果电流互感器装于隔离开关外侧,则情况也会有所不同。所以只有确实保证断路器与隔离开关之间的联锁可靠性,才能从根本上解决上述误操作隔离开关的问题。

电气安规与联锁要求的冲突

历年来,犬量电气事故的统计表明,人身触电伤亡和电气设备事故,往往与电气工作人员的技术业务水平有着直接关系。严格按电气安全工作规程操作,能有效减少并避免误操作事故的发生。但在实际工作中,往往会发生规程与联锁相互冲突的情况。如KYN28A-12、JYN6-12等出线侧装有接地开关的开关柜,由于有联锁功能,开关柜的电缆室门（或盖板)在未合上接地开关前无法打开,以防误入带电间隔。而规程规定只有确认线路无电后才能合接地开关,这样势必要打开柜门经验电确认线路无电后才能操作接地开关,规程与联锁要求相互冲突。为解决此类问题,可采用以下方法：一是线路侧加装带电显示,观察无电后合接地开关,或是在接地开关操作杆上加装电磁锁,确保线路有电时不能合接地开关。二是在柜门上开缺口允许谨慎验电。三是在电缆室门(或盖板)上配装紧急解锁装置，由专业人员用专用工具解锁。

主动式联锁与被动式联锁

对于"五防"中的每项联锁要求,无论是固定柜还是手车柜,尽管其柜型、一次方案存在多样化,但都可以设计出各种方案来实现联锁功能。归纳起来,机械联锁主要有两种形式,即主动式和被动式。所谓"主动式联锁"是指在该种联锁状态下,若无正常的解锁条件,不会被解锁,从而保证误操作根本无法执行。例如当断路器处于合闸位置时,机械上应保证隔离开关或隔离插头被闭锁而无法操作,即使错误操作也不会产生不良影响。"被动式联锁"是指在该种联锁状态下,可能由于非正常原因,出现解锁条件,使闭锁解锁。如在闭锁状态下操作隔离开关或推拉手车，虽然隔离开关尚未动作或隔离插头没有产生位移,但由于联锁的存在而使断路器分闸,从而使隔离开关或隔离插头的联锁被解除。显然,这种被动式联锁形式会引起断路器误分闸。

高压开关柜的设计中不希望采用"被动式"联锁,应尽量采用"主动式"联锁。例如对于手车采用杠杆进出的开关柜，在断路器合闸状态下,机械上使手车进出摇柄的孔被封堵住,摇柄根本无法插进，当然手车也就不可能移动。再如操动接地开关的插入孔设计成在允许条件下才被打开,否则,该插入孔被封堵,错误的操作就不可能实施。现行使用的各类开关柜中,有不少机械联锁采用"被动式"联锁,随着开关柜设计水平的提高,应尽可能避免这种方式。

“五防”联锁的完整性 　　　

国家标准中对于“五防”得要求，除了防止误分、误合断路器这一条允许提示性的方法外,其余联锁关系必须在开关柜结构中完备实现。从开关柜的操作来看,每一项联锁要求,都在一定的操作程序中体现出来,因此不管是合闸程序还是分闸程序都要达到联锁要求。防止带负荷分合隔离开关；防止带电挂(合)接地线(开关)和带接地线(开关)合闸。但是,上述二项要求有时并非要在同一柜中而是要求在柜间实现,这时机械联锁往往不能满足要求。
机械联锁的可靠性