馬 堅

（國網(wǎng)青海超高壓公司）

0 引言

接地刀閘是電力系統(tǒng)變電設(shè)備中重要的設(shè)備之一，其在設(shè)備停電檢修時，可以有效隔絕來電側(cè)電源，保護作業(yè)人員不受觸電傷害。也正因為接地刀閘有著對設(shè)備“接地”的作用，所以接地刀閘往往會存在“帶電合接地刀”與“帶接地刀送電”的誤操作情況，尤其是“帶電合接地刀”在一些特殊的設(shè)備及運行方式下很容易發(fā)生。防止“帶電合接地刀”的是利用電氣閉鎖與機械閉鎖相結(jié)合的方式實現(xiàn)，但是在一些特殊運行方式下在原有電氣閉鎖和機械閉鎖完善的情況下還會因違規(guī)使用解鎖鑰匙，導(dǎo)致手動誤操作接地刀閘。

目前，防止“帶電合接地刀”的措施有兩種，第一種是針對可電動操作的接地刀閘采用電氣閉鎖的方式，即在接地刀閘的控制回路中串接所屬隔離開關(guān)及相鄰隔離開關(guān)輔開中的常閉節(jié)點（當(dāng)隔離開關(guān)處在分位時，接地刀閘合閘回路所串接的常閉節(jié)點閉合，合閘回路導(dǎo)通，可電動合閘；當(dāng)隔離開關(guān)處在合位時，接地刀閘合閘回路所串接的常閉節(jié)點變?yōu)槌ｉ_節(jié)點，合閘回路不通，無法電動合閘）來實現(xiàn)防誤操作，第二種是針對敞開式隔離開關(guān)的接地刀閘采用機械閉鎖的方式，即接地刀閘與所屬隔離開關(guān)在傳動部件上通過設(shè)計機械互鎖的結(jié)構(gòu)（當(dāng)隔離開關(guān)處在分為時，機械限位解除，可以合接地刀閘；當(dāng)隔離開關(guān)處在合位時，機械限位使接地刀閘無法合閘）來實現(xiàn)防誤操作。電氣閉鎖往往可實現(xiàn)，但是機械閉鎖的防誤措施，在雙地刀的隔離開關(guān)中依然會發(fā)生“帶電合接地刀”的情況。

1 研發(fā)背景

通過研究寧夏銀川東（XX）換流站帶電合接地刀閘惡性誤操作事件，開啟了本裝置的研制思路。該站66kV 母線轉(zhuǎn)檢修的過程中，由于解鎖鑰匙故障，操作人員在違規(guī)使用萬能鑰匙的情況下預(yù)將660167 接地刀閘合上，由于此時的66016 隔離開關(guān)已拉開，所以66016 隔離開關(guān)與660167 及6601617接地刀閘之間機械不閉鎖，操作人員通過萬能鑰匙解除五防鎖后手動合上660167，由于操作人員的操作習(xí)慣（雙地刀的隔離開關(guān)接地時同合兩側(cè)接地刀閘），在合上660167 后又誤將6601617 接地刀閘合上，由于66016 隔離開關(guān)靠主變一側(cè)帶電，所以發(fā)生“帶電合接地刀”的情況，造成主變近區(qū)三相短路。銀川東換流站1 號主變低壓側(cè)接線如圖1 所示。

圖1 銀川東換流站1 號主變低壓側(cè)接線圖

除上述情況外，3/2 接線方式下，當(dāng)線路轉(zhuǎn)檢修后，若串內(nèi)斷路器合環(huán)運行，則線路6 刀靠中開關(guān)一側(cè)帶電，也可能發(fā)生誤合帶電側(cè)接地刀的情況。由此可見，傳統(tǒng)的接地刀閘機械防誤雖然可以避免電氣閉鎖存在可靠性不足的問題。但僅靠隔離開關(guān)與接地刀閘之間的機械閉鎖以及電氣閉鎖，仍然無法杜絕人為主觀因素造成的誤操作，在一些特殊運行方式下在原有電氣閉鎖和機械閉鎖完善的情況下出現(xiàn)因違規(guī)使用解鎖鑰匙手動誤操作接地刀閘的情況。

電力系統(tǒng)中常規(guī)防誤閉鎖操作裝置的幾種形式：

1.1 機械閉鎖裝置

機械閉鎖指相關(guān)電氣設(shè)備的機械傳動部分通過連桿或連板而實現(xiàn)的操作設(shè)備之間的互相機械限位閉鎖，即通過機械結(jié)構(gòu)的方式實現(xiàn)對誤操作的限制。其優(yōu)點是性能可靠、故障率低、有強制性防誤操作功能，正常情況無法人為解鎖，易于維護和管理，能起到很好的防誤操作作用。缺點是這種閉鎖實現(xiàn)的前提是需是一體化組合的開關(guān)設(shè)備（如隔離開關(guān)與接地刀閘的組合開關(guān)）。而且要實現(xiàn)元件間的閉鎖（斷路器與斷路器、斷路器與隔離開關(guān)或者斷路器與其他回路隔離開關(guān)之間）技術(shù)難度非常大，其機械閉鎖結(jié)構(gòu)的傳動部件多，環(huán)節(jié)復(fù)雜，距離較遠，操作過程易出現(xiàn)機構(gòu)卡死故障，極大的限定了機械閉鎖裝置的應(yīng)用場合。

1.2 電氣聯(lián)鎖裝置

電氣閉鎖裝置的基本原理是在斷路器、隔離開關(guān)、接地刀閘、電磁鎖的電氣控制回路中，依據(jù)正確的操作規(guī)則串入斷路器、隔離開關(guān)、接地刀閘的分合閘狀態(tài)輔助接點進行相互閉鎖。當(dāng)違反操作規(guī)則時，則由相應(yīng)設(shè)備的輔助接點切斷該操作設(shè)備的控制回路正電源，禁止操作，從而達到防誤操作的目的。電氣閉鎖優(yōu)點是閉鎖邏輯嚴謹、易于實施、由于接線復(fù)雜，涉及的元件較多，需掌握一定電氣技術(shù)的工人才能進行人為解鎖，故可達到一定的強制性防誤操作。缺點是涉及的元件較多，只要斷路器、隔離開關(guān)、接地刀閘的輔助接點及其操作機構(gòu)某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障就會影響電動操作，維護比較困難，故障率較高。

1.3 微機防誤閉鎖

微機防誤閉鎖是采用微機或微處理器控制的電氣防誤操作裝置，其中有能獨立工作的微機防誤閉鎖規(guī)則。典型的微機型防誤閉鎖系統(tǒng)的輸入信息來源分實時采集信息和間接采集信息兩部分。實時信息的采集不采用設(shè)備固有輔助節(jié)點的常規(guī)部分，而是通過監(jiān)聽接受變電站內(nèi)遠動裝置信息而獲得站內(nèi)設(shè)備狀態(tài)。微機防誤閉鎖裝置缺點在于，隨一次設(shè)備的改變（包括編號、名稱、設(shè)備增減等）須及時修改裝置的數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)軟件、電腦鑰匙、編碼鎖等時有錯誤，維護工作量大；另一方面，操作預(yù)演的正確性須以微機防誤模擬屏能實時反映一次設(shè)備的實際位置為前提，但由于較早期變電站的遠動系統(tǒng)均無錄入刀閘、地刀的分、合位置，因此，即使微機防誤閉鎖裝置與遠動系統(tǒng)實現(xiàn)聯(lián)機，也無法實時反映一次設(shè)備的實際位置，須進行人工對位，故其防誤功能已打折扣。同時，部分變電站已實現(xiàn)遙控操作，而遙控操作可以對微機進行無編碼鎖對位，因而微機防誤閉鎖裝置在遙控站不能起到應(yīng)有的作用。

目前，根據(jù)變電站的電壓等級和主接線的復(fù)雜程度，其應(yīng)用的防誤閉鎖系統(tǒng)往往是幾種不同形式的閉鎖裝置的綜合體。如電壓等級較高的220kV、500kV 變電站，在電氣化程度較高時（隔離刀閘也采用電動操作），可以采用程序防誤，即綜自一防誤一體化系統(tǒng)：在一些接線較復(fù)雜的變電站則可使用微機“五防”閉鎖裝置，往往是獨立的；在一些接線較簡單的較低電壓等級的變電站往往使用機械程序鎖加電磁鎖的防誤系統(tǒng)則可以基本滿足要求。而鑒于現(xiàn)有變電站在建設(shè)之初已經(jīng)考慮功能完善的電氣閉鎖和微機“五防”裝置，旨在解決敞開式隔離開關(guān)設(shè)備防接地刀閘存在人為“帶電合接地刀”誤操作情況。

根據(jù)以上電力系統(tǒng)中常規(guī)防誤閉鎖操作裝置的原理分析，結(jié)合本裝置的應(yīng)用場景及安裝方式，采用的是更為可靠且結(jié)構(gòu)簡單的機械閉鎖技術(shù)路線，主要做法是在隔離開關(guān)接地刀閘處增設(shè)一套閉鎖操作裝置作為現(xiàn)有防誤閉鎖邏輯的補充和加強，實現(xiàn)強制性防人為主觀誤操作的功能。

2 裝置開發(fā)原理

2.1 裝置模型構(gòu)建

以GW4 系列110kV 電壓等級的敞開隔離開關(guān)模型為例闡述其工作，模型主要包括雙地刀隔離開關(guān)一臺，高壓帶電檢測裝置兩套（隔離開關(guān)兩側(cè)每側(cè)各一套），隔離開關(guān)模型如圖2 所示。每一套高壓帶電檢測裝置的傳感器分別安裝在隔離開關(guān)兩側(cè)進線下方，共有A、B、C 三相傳感器，傳感器通過支架安裝在隔離開關(guān)構(gòu)架上，通過螺栓連接的方式進行安裝，通過傳感器電纜將帶電信號傳送至帶電檢測裝置信號輸出節(jié)點端子箱。裝置安裝模型見圖2。

圖2 裝有高壓帶電檢測裝置的雙地刀隔離開關(guān)

2.2 機械閉鎖裝置的電氣控制原理

機械閉鎖裝置的電氣控制原理，是在就近取一組隔離開關(guān)的控制電源供防誤閉鎖裝置的牽引電磁鐵使用，并在回路中串接隔離開關(guān)一對輔助開關(guān)常閉節(jié)點Q3，作用是限定防誤閉鎖裝置啟動的前提條件，即只有當(dāng)隔離開關(guān)處于分閘狀態(tài)時，Q3 才為連通狀態(tài)，機械閉鎖裝置才能啟用實現(xiàn)機械閉鎖。另外要串入輔助開關(guān)節(jié)點Q1 和輔助開關(guān)節(jié)點Q2 組成的并聯(lián)回路，Q1 為帶電檢測裝置的閉鎖輸出節(jié)點，作用是在帶電檢測裝置檢測到隔離開關(guān)該接地側(cè)帶電時，該側(cè)的機械閉鎖裝置的控制回路導(dǎo)通，啟用機械閉鎖。Q2 可為上級隔離開關(guān)的一對輔助開關(guān)節(jié)點，作用是當(dāng)變壓器上側(cè)隔離開關(guān)處于合閘狀態(tài)時，也可默認為本級隔離開關(guān)該接地側(cè)帶電，該側(cè)的機械閉鎖裝置的控制回路導(dǎo)通，啟用機械閉鎖。

3 機械閉鎖裝置的結(jié)構(gòu)原理

結(jié)合閉鎖裝置的使用場景及通用性，該裝置采用結(jié)構(gòu)合理、安裝簡單的全密封、免維護的牽引電磁鐵結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖3 機械閉鎖裝置的結(jié)構(gòu)圖

圖3 中，1 為固定基座，用于固定在隔離開關(guān)構(gòu)架上；2 為牽引電磁鐵，用來實現(xiàn)機械閉鎖的電氣控制；3 為金屬鎖板抱箍結(jié)構(gòu)，用來將機械閉鎖的鎖板固定在隔離開關(guān)垂直連桿上；4 為隔離開關(guān)構(gòu)架，用于機械閉鎖裝置牽引電磁鐵模塊的固定。

防誤操作裝置結(jié)構(gòu)主要由牽引電磁鐵、金屬鎖板、固定基座、防護罩、接線端子、工作指示燈等組成，通過上述電氣控制原理，滿足防誤操作裝置啟動條件時使?fàn)恳姶盆F動作，通過電磁鐵芯軸上下運動與金屬鎖孔滑動配合，實現(xiàn)對接地開關(guān)垂直操作連桿的轉(zhuǎn)動閉鎖和解鎖。

4 結(jié)束語

防誤操作裝置的研發(fā)立足于適應(yīng)現(xiàn)有變電站的改造和新建變電站的要求，以自動型、在線式、高可靠為基本應(yīng)用理念，滿足電力系統(tǒng)復(fù)雜多變的運行方式的需要，從裝置和技術(shù)措施上做到防誤操作萬無一失，概括起來講，防誤操作裝置具備“四要素”，即：在線性、適應(yīng)型、簡易性、可靠性的基本功能，實現(xiàn)強制性防人為主觀誤操作的功能，從根本上杜絕“帶電合接地刀”與“帶接地刀送電”事件的發(fā)生。