電動操作隔離開關控制回路設計分析與應用

孫亞輝

（福建省廈門超高壓輸變電局，福建 廈門 361004）

1 引言

隨著變電站綜合自動化水平的提高，電動隔離開關得到了廣泛的應用。在超高壓變電站中，220～500kV倒閘操作用的隔離開關中大都配置電動及手動操動機構，既能遠方操作，又能在緊急情況下進行就地操作。在這種情況下，為了有效防止電氣誤操作事故的發生，保障電力系統的安全運行，對其控制回路進行分析研究具有重要意義。

2 典型回路設計

隔離開關控制回路大體上分為主控制回路和輔助控制回路兩個部分，并且彼此獨立設計。其中，前者為動力操作回路，后者包括位置指示、加熱祛潮等，其原理及接線簡單，這里就不再贅述。

2.1 單相操作方式

如圖1（除虛線框外的回路部分），三相共用一個操作機構箱，通常裝在B相，所有的控制回路都集中在該操作機構箱內，其他兩相的操作由B相電機通過機械拉桿的帶動來完成。隔離開關在分閘位置時，按合閘按鈕接通合閘回路，并通過其自保持觸點保持接通狀態，直到行程開關將合閘回路斷開，合閘接觸器失磁，斷開其自保持觸點，合閘過程完成。分閘過程與之相同。

2.2 三相電氣聯動操作方式

在以往的設計中，三相操作回路分別獨立設計，即每一相都設計一個獨立的操作機構箱，且在每相操作機構箱內均設有分閘、合閘和停止操作控制回路，這種操作方式有以下幾個缺點：

圖1 單項操作方式

（1）操作結構需要更多的控制元件。

（2）電纜布線較多。

（3）單獨操作時，需要在三相之間來回走動，操作不方便。

因此，目前，典型的三相電氣聯動操作采用圖2（除虛線框外的回路部分）的設計方式，每相同樣設計一個獨立的操作機構箱，并有相應的控制元件，但總的分閘（SB1按鈕）、合閘（SB2按鈕）和停止（SB3按鈕）控制回路集中在某一相（比如，圖2集中在B相）。為了實現三相獨立操作的功能，在該相（B相）中增加一個三相聯動轉換開關SBT3即可完成。SBT3有四個位置，如圖3所示。

2.3 共性設計

（1）聯鎖回路

在分閘回路中串入合閘接觸器的常閉觸點KM 2，合閘操作時，合閘接觸器的常閉觸點KM 2打開，閉鎖分閘回路。同理，在合閘回路中串入分閘接觸器的常閉觸點KM 1，分閘操作時，分閘接觸器的常閉觸點KM 1打開，閉鎖合閘回路。這樣就實現了分、合閘回路的相互聯鎖，以防止分、合閘接觸器同時動作，造成交流電源短路故障。

（2）自保持回路

在正常情況下，唯有分(合)閘按鈕或分(合)閘接觸器的自保持觸點在接通位置，才能使隔離開關完成分(合)閘過程，這是惟一必要條件。因而，電動操作中的分(合)必然是ab (ac)間短接[1]。若不設置該回路，必須始終按住分(合)閘按鈕，一旦松開，必然會造成分(合)閘過程的中斷，這顯然是不合理的。

圖2 三相電氣聯動操作方式

圖3 三相聯動轉換開關位置關系

3 輔助功能的設計

3.1 手動操作閉鎖

電動操作回路，由于某種原因不能電動操作時，在緊急情況下需要手動操作。因此，控制回路的設計中應當考慮這種情況的發生。為了保證手動操作時，不誤引起電動操作回路的啟動，造成人員的傷害和設備的損害，必須采取有效的防誤措施。

（1）電磁閉鎖

電磁閉鎖是在操動機構中設置專門的電磁繼電器，如圖1，當切換開關SBT2切換到手動位置(圖中未畫出)時，電磁繼電器帶電勵磁，其常閉觸點DCS斷開，解除電氣操作回路，允許隔離開關進行手動操作動作。國內在電動操動機構中很少使用。

（2）限位開關閉鎖

圖4中，當操作把手9插入旋轉軸后，把限位開關1的常閉觸點8打開，從而斷開了控制回路，允許隔離開關進行手動操作動作。

圖4 常閉觸點控制

圖5中，當打開操作機構的門后，門控（限位開關）1的常開觸點打開，從而斷開了控制回路，允許隔離開關進行手動操作動作。這樣就保證了只有關上該門，才能進行電動操作。

圖5 常開觸點控制

3.2 電機缺相運行控制

380V的三相電機在只有2相的情況下是，啟動困難或不能啟動，發出嗡嗡的聲響。在運轉中電機缺相是可以運行的，但電動機振動增大，聲音異常，且另外兩項要承擔缺項的電流，所以極易因過流燒毀電機。為避免缺相運行情況的發生，可以在控制回路中增加缺相控制繼電器（圖1虛框中的R1、R2、R3）。但是，增加缺相控制后，若缺相情況若發生在操作過程中，會造成操作一半的時候，電機停止運轉，從而引起電弧對隔離開關的持續放電。這是不利的。所以，通常不采用這種方式。

3.3 防誤控制

電動操動機構中，隔離開關的操動閉鎖機構多采用電氣閉鎖或程序閉鎖(軟件鎖)。電氣閉鎖（圖1、圖2中的外部聯鎖）是在隔離開關的電氣控制回路中，直接接入斷路器、接地刀閘和隔離開關的輔助觸點以達到閉鎖的目的。程序閉鎖是按照防誤操作規則，將斷路器、接地刀閘和隔離開關的輔助觸點所傳送的信息，經過計算機程序軟件進行邏輯判斷，傳送給電腦鑰匙，再把電腦鑰匙插入電編碼鎖（DBS）（見圖6）實現電氣設備閉鎖的功能，或經過計算機程序軟件進行邏輯判斷后，直接發出遙控閉鎖信號，使得遙控閉鎖繼電器的常開觸點（YBJ）（見圖6）閉合，來實現電氣設備閉鎖的功能。在控制回路中，應以電氣閉鎖為主，輔以程序閉鎖，兩者結合起來，才能更好地實現防誤操作，達到“五防”的目的。

4 問題探討

4.1 遙控分、合閘和停止按鈕的設置

當操作隔離開關時，操作人員站在隔離開關的下方進行操作，同時按照運行規程規定抬頭注視動、靜觸頭的運作過程并目測其是否到位，此時若發生支持絕緣子斷裂，操作人員即使反應敏捷也難以逃出絕緣子的影響范圍[2]。因此，需要在就地分、合閘和停止按鈕旁并接遙控分、合閘按鈕，以實現對隔離開關的遠方控制。

4.2 隔離開關輔助觸點的控制

因為在典型的控制回路設計中，通常依靠行程開關（圖1中SP1、SP2，圖2中SP3、SP4）來控制分、合閘回路的完成。但為了保險起見，分、合閘回路分別引入隔離開關的常開、常閉輔助觸點，來實現二級閉鎖。這樣能有效地防止因電機無法停止運轉，造成支柱絕緣子斷裂事故的發生。

4.3 外部聯鎖

外部聯鎖即是通常所說的電氣閉鎖。

4.4 控制電源

控制電源不必單獨設置，可以直接利用電機電源中的某一相來實現，例如把L1與W 1直接相連即可。單獨設置控制電源和電機電源時，除了接線復雜一些，并無多大的意義。這是因為，若二者中有一路發生問題，即使另一路是可靠的，也不能對隔離開關進行操作。

4.5 防誤閉鎖裝置位置的確定

如圖6（a）把防誤閉鎖裝置（電編碼鎖DBS和五防遙控閉鎖繼電器YBJ）直接接在電源回路中，實現對電源的防誤控制，從而達到防誤的目的。這種接線方式簡單、直觀。對于五防遙控閉鎖繼電器YBJ，由于它在進行正確的邏輯判斷發出信號后，其常開觸點會一直閉合，直到操作結束或人為干預接除。而對于電編碼鎖DBS，由于要人為的把電腦鑰匙插入其中才能進行操作，且要用手不停的緊握電腦鑰匙，否則，在電機運轉的過程中，一旦電腦鑰匙松動，就會造成控制回路的斷電而使得電機停止運轉，需要操作人員及時做出正確的反應，否則會引起電弧對隔離開關的持續放電。所以，對有裝對于電編碼鎖的防誤裝置，通常不采用這種方式。

圖6 防誤閉鎖的加裝設計簡圖

如圖6（b）把防誤閉鎖裝置（電編碼鎖DBS和五防遙控閉鎖繼電器YBJ）接在分合閘按鈕和接觸器自保持觸點KM 1(KM 2)之間，實現對防誤裝置的自保持功能，從而達到防誤的目的。這種接線方式相對復雜一些，但能有效避免在操作過程中電機停止運轉情況的發生。目前，大都采用這種方式。

5 現場應用

在500kV泉州變和廈門變的隔離開關完善化大修的過程中，220kV隔離開關操作回路采用了圖1所示接線方式，但未加裝電機缺相運行控制繼電器，對于手動操作，也未采用電磁閉鎖，而是采用圖5所示的門控（限位開關）方式。500kV隔離開關操作回路采用了圖2所示接線方式，同樣未加裝電機缺相運行控制繼電器，對于手動操作，也是采用圖5所示的門控（限位開關）方式。

無論是220kV隔離開關還是500kV隔離開關操作回路都加裝的遠方分、合閘以及停止按鈕，實現了對隔離開關的遠方操作；利用了行程開關以及隔離開關的常開、常閉輔助觸點，來實現分合閘控制回路的二級保護閉鎖，有效地防止了因電機無法停止運轉，造成支柱絕緣子斷裂事故的發生；采用電氣閉鎖（外部聯鎖）和程序閉鎖(軟件鎖)的雙重閉鎖功能，有效地防止了誤操作事故的發生；控制回路的電源直接引至電機電源中的A相，即把L1與W 1直接相連；防誤閉鎖裝置采用如圖6（b）的接入方式。

6 結論

（1）廠家在設計隔離開關控制回路時，應改進接線，留出防誤閉鎖裝置的位置，以方便用戶接線。具體做法：按圖6（b）接線，在出廠時把T1、T2用短接片短接，由用戶自己決定是否加裝防誤閉鎖裝置及其位置。若不加防誤閉鎖裝置或按照圖6（a）接線方式加入防誤閉鎖裝置，不用再改回路即可。若按圖6（b）接線方式加入防誤閉鎖裝置，可以拆除T1、T2用短接片加入防誤閉鎖裝置即可。這樣有利于用戶接線，并有利于接線方式的統一。

（2）隨著微機防誤系統的不斷完善，可以改進外部聯鎖回路的接線方式。例如，對于雙母線接線方式，在外部聯鎖回路中，可以省去文獻[3]提到的隔離開關橫向閉鎖小母線GBM。對GBM的邏輯判斷可以在“程序閉鎖（軟件鎖）”中實現。這樣就減少了電纜的布線。

（3）制造廠商，一定要重視分閘、合閘及停止按鈕的質量。在實際操作中碰到因按鈕接觸不良或不能復位而造成的控制回路不通，甚至發生倒閘操作過程中自動返回的現象，往往都是按鈕出現了問題。

（4）對新安裝的隔離開關操作機構箱，在初次進行試分、合試驗時，一定要注意先手動把隔離開關操作到半分合位置，以防電機反轉而打壞隔離開關本體機構，造成嚴重后果。當遇到電機反轉時，只要把電機三相交流電源的任意兩相互調一下即可。

[1] 贠鵬.電動操作隔離開關自動分合閘的分析及防范措施[J].山西電力,2002(6).

[2] 王西平,白建青.電動操作隔離開關的遠方控制方式[J].青海電力,2001(4).

[3] 秦明,楊宇.雙母線形式下隔離開關閉鎖回路的二次接線設計[J].吉林電力,2004(4).