吳蘇敏，余銀輝，高 達，劉華干，郭藝璇

（中廣核研究院有限公司，廣東 深圳 518124）

核電站負荷開關(guān)改造“五防”閉鎖系統(tǒng)設(shè)計

吳蘇敏，余銀輝，高 達，劉華干，郭藝璇

（中廣核研究院有限公司，廣東 深圳 518124）

為避免設(shè)備受損、人身傷亡，某核電站在GSY負荷開關(guān)改造中，需對原有“五防”閉鎖系統(tǒng)進行改造；結(jié)合項目要求和電廠自身特點，確定了改造以鑰匙閉鎖為主、與設(shè)備電氣聯(lián)鎖相結(jié)合的閉鎖方式，分析了其設(shè)計原理、工作邏輯及應(yīng)用情況；改造后的閉鎖系統(tǒng)可以有效避免電氣誤操作事故的發(fā)生，保證機組安全穩(wěn)定運行。

負荷開關(guān)；“五防”閉鎖；鑰匙閉鎖；電氣聯(lián)鎖

0 引言

隨著現(xiàn)代電力系統(tǒng)規(guī)模越來越大，電壓等級越來越高，電氣誤操作事故也成為電力系統(tǒng)頻發(fā)事故之一。電氣誤操作可能造成設(shè)備損壞、人身傷亡、電網(wǎng)振蕩等嚴重后果，將給電力企業(yè)帶來嚴重損失。為確保電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，避免各類誤操作事故的發(fā)生，除強化運行管理手段，還應(yīng)重視“五防”工作。在某核電站GSY（同步并網(wǎng)系統(tǒng)）負荷開關(guān)改造中，根據(jù)發(fā)電機出口斷路器（Generator Circuit Breaker，GCB）自身運行特點，對原有鑰匙閉鎖系統(tǒng)進行了補充、完善，結(jié)合GCB內(nèi)部的電氣聯(lián)鎖設(shè)置，以有效避免誤操作事故的發(fā)生。

1 “五防”閉鎖裝置簡介

電氣“五防”的內(nèi)容是指：

（1） 防止誤分、誤合斷路器；

（2） 防止帶負荷拉、合隔離開關(guān)；

（3） 防止帶電掛接地線（或合上接地開關(guān)）；

（4） 防止帶接地線（或未拉開接地開關(guān)）合斷路器（或隔離開關(guān)）；

（5） 防止誤入帶電間隔。

目前，國內(nèi)常用的“五防”閉鎖方式主要有4種：機械閉鎖、機械程序鎖、電氣聯(lián)鎖和電磁鎖、微機防誤閉鎖。

1.1 機械閉鎖

機械閉鎖主要應(yīng)用于開關(guān)柜及戶外刀閘的操作，是靠開關(guān)設(shè)備或刀閘操作機構(gòu)的相互制約及聯(lián)動來達到先后動作的閉鎖要求。機械閉鎖在操作過程中無需使用鑰匙等輔助操作，可以實現(xiàn)隨操作順序的正確進行，自動地步步解鎖；在發(fā)生誤操作時，自動閉鎖，阻止誤操作。機械閉鎖可以實現(xiàn)正向和反向的閉鎖要求，具有強度高、不易損壞、閉鎖直觀、操作方便、閉鎖可靠等特點。但要實現(xiàn)斷路器與斷路器之間，或者斷路器與其他斷路器回路隔離開關(guān)間的閉鎖就非常困難，還需要輔以其他閉鎖方法，才能滿足當(dāng)今防誤閉鎖的要求。

1.2 機械程序鎖

機械程序鎖是用鑰匙隨操作程序傳遞或置換而達到先后開鎖操作的要求，主要用于開關(guān)與其他電氣設(shè)備之間，以及戶外配電裝置、戶內(nèi)間隔式配電裝置。機械程序鎖分為有彈子程序鎖和無彈子程序鎖2類，應(yīng)用最廣的是無彈子程序鎖。無彈子程序鎖也分為2種：一種是一把鑰匙走到底，此種程序鎖閉鎖路線單一，不易實現(xiàn)橫向閉鎖要求，難以在復(fù)雜接線方式中應(yīng)用；另一種是采用鑰匙置換法，可以在置換過程中變化鑰匙數(shù)量，能滿足豎向和橫向閉鎖要求。該核電站負荷開關(guān)改造中相關(guān)的鑰匙閉鎖系統(tǒng)即屬于鑰匙置換法的機械程序鎖。

1.3 電氣聯(lián)鎖和電磁鎖

電氣聯(lián)鎖是建立在二次操作回路上的一種防誤功能，通過開關(guān)和刀閘的輔助接點以及電氣控制回路形成閉鎖電路。該負荷開關(guān)改造中的GCB自身配備了電氣聯(lián)鎖。

電磁鎖利用斷路器、隔離開關(guān)、斷路器柜門等的輔助接點，接通或斷開需閉鎖的隔離開關(guān)、開關(guān)柜門等電磁鎖電源，閉鎖操作機構(gòu)的動作，從而實現(xiàn)開關(guān)設(shè)備之間的相互閉鎖。

1.4 微機防誤閉鎖裝置

微機防誤閉鎖是一種采用計算機軟件、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的現(xiàn)代控制技術(shù)，通過建立閉鎖邏輯數(shù)據(jù)庫將現(xiàn)場設(shè)備二次電氣閉鎖回路閉鎖條件變?yōu)橛嬎銠C中的防誤閉鎖規(guī)則庫。防誤主機使用規(guī)則庫對模擬預(yù)演操作進行閉鎖邏輯判斷，記錄符合防誤閉鎖規(guī)則的模擬預(yù)演操作步驟，生成實際操作程序。運行人員對照防誤主機及電腦鑰匙的提示，依次對設(shè)備進行操作。不符合程序的操作，由于設(shè)備未解鎖，操作無法進行，從而防止誤操作的發(fā)生。

2 GCB中的電氣聯(lián)鎖

依據(jù)電氣“五防”的要求，GCB內(nèi)部設(shè)置了電氣聯(lián)鎖以防止誤操作。GCB內(nèi)部包含1個斷路器、1個隔離開關(guān)以及2個接地開關(guān)，現(xiàn)以GCB中隔離開關(guān)的合閘邏輯為例，對其電氣聯(lián)鎖進行簡要說明。隔離開關(guān)的合閘邏輯如圖1所示。

圖1 隔離開關(guān)合閘邏輯

圖中Q0為斷路器，Q9為隔離開關(guān)，Q81為發(fā)電機側(cè)接地開關(guān)，Q82為主變側(cè)接地開關(guān)。由該圖可知，隔離開關(guān)閉合的前提條件包括（但不限于）：斷路器斷開、發(fā)電機側(cè)接地開關(guān)斷開以及主變側(cè)接地開關(guān)斷開。這與電氣“五防”中的第（2）點和第（4）點要求是相對應(yīng)的。具體到電路設(shè)計，通過在隔離開關(guān)合閘回路中串入斷路器及接地開關(guān)的輔助接點形成閉鎖，如圖2所示。

圖2圈1中S81的27-28接點及圈2中S82 的27-28接點為接地開關(guān)輔助接點，接地開關(guān)斷開時接點閉合；圈3中S0的11-12接點為斷路器輔助接點，斷路器斷開時接點閉合。可見，僅當(dāng)接地開關(guān)和斷路器的狀態(tài)滿足邏輯要求時（斷開），隔離開關(guān)合閘回路方能接通，否則隔離開關(guān)無法實現(xiàn)合閘操作。

改造取消了主變側(cè)帶電閉鎖就地合閘回路的設(shè)計，修改為主變側(cè)帶電閉鎖合主變側(cè)接地刀的電氣聯(lián)鎖：在主變側(cè)接地開關(guān)的合閘回路中串入電壓繼電器接點，當(dāng)電壓繼電器檢測到主變帶電時，該接點斷開，閉鎖接地開關(guān)的合閘回路，防止主變在接地開關(guān)合閘的情況下進行倒送電。除此之外，新斷路器還設(shè)有就地手動合閘時隔離開關(guān)需處于分位的電氣閉鎖，可以防止就地誤合開關(guān)導(dǎo)致向發(fā)電機倒送電。

3 改造后鑰匙閉鎖系統(tǒng)

3.1 GCB本體鑰匙閉鎖

改造后GCB本體沒有復(fù)雜的輔助系統(tǒng)機械鑰匙閉鎖，但增加了隔離開關(guān)、接地開關(guān)在高壓系統(tǒng)中的鑰匙閉鎖。GSY001/101/201JS刀閘分別對應(yīng)1GB/2GB/3GB，4GB/5GB/6GB，7GB/8GB/9GB共3組9把鑰匙，每組鑰匙各自對應(yīng)圖標(biāo)，任何情況下只有1把鑰匙能夠被釋放，其所對應(yīng)的操作方式分別如下：

（1） 圓形標(biāo)記的鑰匙被釋放——驅(qū)動器被鎖在“閉合”位置；

（2） 三角形標(biāo)記的鑰匙被釋放——驅(qū)動器被鎖在“斷開”位置；

（3） 方形的鑰匙被釋放——正常操作，可在就地或遠控電動操作，手動操作被閉鎖；

（4） 所有鑰匙均被閉鎖——手動操作，就地或遠控電動操作被閉鎖，可手動操作。

改造后的GCB鑰匙閉鎖如圖3所示。

3.2 電廠高壓系統(tǒng)鑰匙閉鎖

新GCB增加了1個隔離開關(guān)、2個接地開關(guān)，這3個開關(guān)將作為全廠高壓系統(tǒng)的隔離邊界，機械鑰匙閉鎖系統(tǒng)能否有效工作，直接關(guān)系到設(shè)備運行的可靠性。改造工程師深入分析了其他核電站高壓系統(tǒng)鑰匙閉鎖機構(gòu)的設(shè)計原理，針對該核電站高壓鑰匙閉鎖系統(tǒng)的特點，采用“等效替代，單個轉(zhuǎn)換”的思路，對高壓系統(tǒng)鑰匙閉鎖機構(gòu)進行了整體改造。以隔離開關(guān)替代原負荷開關(guān)，2個接地開關(guān)分別替換原臨時接地線的功能，同時保留臨時接地線鑰匙閉鎖以備特殊情況使用。

鑰匙閉鎖機構(gòu)需要確保改造后的每一把鎖與改造前完全一樣，廠家能否提供與20多年前完全一樣的鎖，成為鑰匙閉鎖機構(gòu)改造的關(guān)鍵因素。經(jīng)過與國外廠家的多輪溝通，確保了大部分鎖的匹配，但新產(chǎn)品中仍有1把CASTELL鎖與現(xiàn)場使用的舊CASTELL鎖不匹配。舊CASTELL鎖現(xiàn)場使用已二十多年，廠家反饋無法查詢到該鎖相關(guān)信息。為實現(xiàn)新老CASTELL鎖的匹配，需對舊鎖進行改造。通過研究機械鑰匙閉鎖結(jié)構(gòu)的原理，對舊CASTELL鎖進行適當(dāng)加工，將其裝到新的鑰匙連鎖機構(gòu)上，確保了高壓鑰匙閉鎖機構(gòu)改造完成。

圖2 隔離開關(guān)合閘回路

3.3 改造后的鑰匙閉鎖邏輯

在對設(shè)備進行停電檢修時，工作人員需要先“斷源”，再接地。電廠GEV（輸電系統(tǒng)）中的源主要包括：勵磁開關(guān)、GCB、GEV高壓側(cè)隔離開關(guān)、LGA/LGD/LGE進線開關(guān)和電壓互感器以及26 kV母線電壓互感器。

圖3 GCB鑰匙閉鎖

改造后的GEV鑰匙置換順序為：

（1） 斷開超高壓斷路器，然后斷開主變進線隔離開關(guān)，取得2S鑰匙；

（2） 斷開發(fā)電機勵磁開關(guān)，取得GE鑰匙；

（3） 斷開并拉出GEV向LGE母線供電的進線斷路器LGE101，取得4S鑰匙；

（4） 同樣方法從LGA201上取得6S鑰匙，從LGD101上取得8S鑰匙；

（5） 拉出LGE101機柜背后的電壓互感器小車，取得3S鑰匙；

（6） 同樣方法斷開并拉出LGA/LGD進線電壓互感器，取得5S和7S鑰匙；

（7） 斷開GCB，然后斷開隔離開關(guān)，取出1GB（相當(dāng)與改造前負荷開關(guān)閉鎖鑰匙1S），將隔離開關(guān)鎖在“斷開”位置；

（8） 用KABA廠家的1GB在GSY001CV中置換出RONIS廠家的1GB1（GCB隔離開關(guān)和接地開關(guān)采用KABA鎖，而電廠GEV采用RONIS鎖，欲在原有系統(tǒng)中引入GCB相關(guān)鑰匙，必須完成此處鑰匙置換操作）；

（9） 把取得的GE，1GB1，2S，3S，4S，5S，6S，7S及8S共9把鑰匙插入GSY001CV中，轉(zhuǎn)動并取出1V鑰匙；

（10） 將1V鑰匙插入GSY003CV中，轉(zhuǎn)動并取出1VA到5VC共15把鑰匙；

（11） 將15把鑰匙分別插入電壓互感器GSY101-305門閂上的鑰匙孔中，打開柜門，斷開電壓互感器并接地，轉(zhuǎn)動并取出BPG224-BPG238共15把鑰匙；

（12） 將BPG224-BPG238共15把鑰匙插入GSY006CV中，轉(zhuǎn)動并取出BPG122鑰匙（2號機為BPG222鑰匙）；

（13） 把 取 得 的BPG122/222鑰 匙 插 入GSY001CV中，轉(zhuǎn)動并取出9S，10S，11S，12S，13S，14S，15S，4GB1和7GB1共9把鑰匙；

（14） 把9S鑰匙插入GEV002CV中，取出9SA，9SB和9SC 3把鑰匙；

（15） 將取得的3把鑰匙插入接地開關(guān)0GEW320JS（2號機為0GEW420JS）的鑰匙孔中，轉(zhuǎn)動鑰匙接觸機械閉鎖，并把三相開關(guān)置于電動操作位置，閉合接地開關(guān)0GEW320/420JS；

（16） 把10S鑰匙插入GEW002CV中，取出10SA，10SB和10SC 3把鑰匙；

（17） 類似“步驟（15）”中的操作，閉合接地開關(guān)0GEW313JS（2號機為0GEW417JS）；

（18） 通過11S鑰匙閉合LGE母線接地開關(guān)LGE101JS；

（19） 同樣方法用12S鑰匙閉合接地開關(guān)LGA201JS，用13S鑰匙閉合接地開關(guān)LGD101JS；

（20） 用14S鑰匙置換出14SA，14SB和14SC 3把鑰匙；同樣方法用15S鑰匙置換出15SA，15SB和15SC3把鑰匙；

（21） 通過上述6把鑰匙打開地線接線盒，接臨時地線；

（22） 用4GB1和7GB1通過GSY001CV置換出4GB和7GB鑰匙，用以閉合GCB的接地開關(guān)；

（23） 閉合地刀后取出6GB和9GB鑰匙，將其插入GSY002CV中，將地刀鎖在“閉合”位置；

在滿足其他維修條件的情況下，將1M-4M鑰匙插入002CV，可置換出1GB1鑰匙進而置換出1GB鑰匙用于GCB隔離開關(guān)的試驗。機組啟動時鑰匙閉鎖邏輯與上述流程相反。

改造后的鑰匙閉鎖系統(tǒng)能夠保證：

（1） 對GCB進行維護、檢修時，設(shè)備與相關(guān)電源的隔離；

（2） 對GCB進行維護、檢修時，設(shè)備兩側(cè)可靠接地；

（3） 對GCB送電前，設(shè)備兩側(cè)的接地可靠斷開；

（4） 斷路器就地合閘功能只能在空合試驗時使用，防止斷路器誤動；

（5） 主變倒送電期間，隔離開關(guān)處于斷開位置，防止就地誤合斷路器向發(fā)電機倒送電；

（6） 主變倒送電期間，主變低壓側(cè)接地開關(guān)處于斷開位置。

4 結(jié)束語

在該核電站負荷開關(guān)改造過程中，根據(jù)電廠自身特點，采用機械鑰匙閉鎖為主、與設(shè)備電氣聯(lián)鎖相結(jié)合的方式對GCB相關(guān)隔離閉鎖系統(tǒng)進行改造。改造后的閉鎖系統(tǒng)基于1把鑰匙同時只能插入1個鎖孔的原理，按照各設(shè)備間的邏輯關(guān)系，通過鑰匙交換，確保電氣設(shè)備只能在預(yù)先設(shè)定好的程序下工作。這樣就有效地避免了工作人員的誤操作，實現(xiàn)了設(shè)備操作防誤聯(lián)鎖、檢修安全隔離閉鎖和應(yīng)急操作解鎖等功能，為機組安全穩(wěn)定運行提供了保障。

1 段衛(wèi)國，李儀光．廣蓄電廠鑰匙閉鎖系統(tǒng)應(yīng)用于常規(guī)變電站的可行性研究［J］．南方電網(wǎng)技術(shù)，2009，3（5）：73-76．

2 岑佳輝．安全隔離閉鎖及操作聯(lián)鎖機械鑰匙系統(tǒng)的應(yīng)用［J］．電力安全技術(shù)，2013，7（15）：41-43．

3 張志剛．萬家寨引黃工程泵站設(shè)備安裝的防誤操作鑰匙閉鎖系統(tǒng)［J］．山西水利科技，2004，（2）：44-45．

2016-06-07。

吳蘇敏（1988-），男，助理工程師，主要從事電氣工程及其自動化研究工作，email：wsmnumberone@163．com。

余銀輝（1984-），男，高級工程師，主要從事電氣工程及其自動化研究工作。

高 達（1987-），男，工程師，主要從事電氣工程及其自動化研究工作。

劉華干（1983-），男，工程師，主要從事電氣工程及其自動化研究工作。

郭藝璇（1992-），男，助理工程師，主要從事電氣工程及其自動化研究工作。