防止10kV開(kāi)關(guān)站三電源并列運(yùn)行的 四種防誤閉鎖電路設(shè)計(jì)方案

劉 淵

（陜西地方電力（集團(tuán)）有限公司榆橫工業(yè)區(qū)供電分公司，陜西 榆林 719000）

隨著用戶(hù)對(duì)供電可靠性要求的提高，城市配電網(wǎng)中按照三電源進(jìn)線設(shè)置的10kV 開(kāi)關(guān)站越來(lái)越多，由于三個(gè)電源可能來(lái)至不同的變電站，三電源之間禁止并列運(yùn)行。為了防止電源之間人為誤操作導(dǎo)致誤并列和反送電，在進(jìn)線和分段開(kāi)關(guān)之間設(shè)置合適的聯(lián)鎖就非常重要。

目前兩電源防止誤并列運(yùn)行閉鎖電路設(shè)計(jì)較為成熟，應(yīng)用廣泛。但兩電源以上單母線分段開(kāi)關(guān)站防止并列閉鎖電路設(shè)計(jì)存在問(wèn)題較多。如，當(dāng)電源加至三個(gè)以上，則各開(kāi)關(guān)之間實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖功能的控制電路設(shè)計(jì)難度較大，接線相對(duì)復(fù)雜。下文通過(guò)分析防誤閉鎖電路和微機(jī)防誤系統(tǒng)，基于可合閘規(guī)則和禁止合閘規(guī)則，提出三電源開(kāi)關(guān)站防止并列運(yùn)行的4 種防誤閉鎖電路的設(shè)計(jì)方案。

1 常用防誤閉鎖裝置

1.1 兩種防誤閉鎖裝置的特點(diǎn)

通常，實(shí)現(xiàn)防誤閉鎖功能主要有防誤閉鎖電路和微機(jī)防誤系統(tǒng)兩種措施。

防誤閉鎖電路是一種電氣控制技術(shù)，是在電氣的二次操作回路上設(shè)置的一種防誤操作控制電路。一般通過(guò)相關(guān)開(kāi)關(guān)和刀閘的輔助接點(diǎn)組合連接來(lái)實(shí)現(xiàn)。這是電氣閉鎖最基本的形式，閉鎖可靠，但這種方式需要接入大量的二次電纜，接線方式較為復(fù)雜，運(yùn)行維護(hù)較為困難。

微機(jī)防誤系統(tǒng)是一種計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，是防止開(kāi)關(guān)設(shè)備電氣誤操作的計(jì)算機(jī)裝置。通常由主機(jī)、模擬屏、電腦鑰匙、機(jī)械編碼鎖、電氣編碼鎖等功能元件組成。一般不直接采用開(kāi)關(guān)設(shè)備的輔助接點(diǎn)，接線簡(jiǎn)單，由軟件編寫(xiě)操作閉鎖規(guī)則庫(kù)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)鎖具實(shí)現(xiàn)防誤閉鎖，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜防誤閉鎖功能。

1.2 兩種防誤閉鎖裝置的異同

防誤閉鎖電路一般只能防止開(kāi)關(guān)、刀閘和地刀的誤操作，對(duì)誤入帶電間隔、帶電掛接地線和接地線的拆除等無(wú)能為力，不能實(shí)現(xiàn)完整的“五防”功能。

微機(jī)防誤系統(tǒng)可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，編寫(xiě)相應(yīng)的操作程序規(guī)則，可以實(shí)現(xiàn)較為完整的“五防”功能，但是存在以下問(wèn)題。

1）在微機(jī)防誤系統(tǒng)故障而解除閉鎖時(shí)，則“五防”功能完全失去。

2）存在“走空程”導(dǎo)致誤操作的問(wèn)題。即編碼鎖打開(kāi)以后，設(shè)備實(shí)際尚未操作到位，電腦鑰匙卻提示可以進(jìn)行下一步操作，導(dǎo)致操作過(guò)程中漏項(xiàng)。

3）微機(jī)防誤系統(tǒng)不能防止檢修人員的誤操作以及運(yùn)行人員可能的誤碰誤操作等事故。

基于上述這些原因，防誤閉鎖功能不能完全依賴(lài)微機(jī)防誤系統(tǒng)，適度保留開(kāi)關(guān)設(shè)備的防誤閉鎖電路是比較有效的措施，電氣回路閉鎖是防誤操作的最后一道防線。

2 防止三電源并列閉鎖的合閘條件分析

2.1 防止三電源并列閉鎖的要求

下文將以圖1所示的三電源單母三分段10kV開(kāi)關(guān)站為例進(jìn)行合閘條件、禁止合閘條件分析以及防誤電路設(shè)計(jì)。

圖1 三電源單母三分段10kV 開(kāi)關(guān)站

圖1所示開(kāi)關(guān)站，防止三電源并列的閉鎖要求如下：

1）任何三條電源之間禁止通過(guò)進(jìn)線開(kāi)關(guān)和分段開(kāi)關(guān)并列運(yùn)行。

2）每條電源進(jìn)線均可單獨(dú)供本母線，也可以通過(guò)分段開(kāi)關(guān)向相鄰或相隔母線供電。

2.2 開(kāi)關(guān)合閘條件分析

一般的防止并列運(yùn)行閉鎖電路的設(shè)計(jì)思路是，首先分析各相關(guān)開(kāi)關(guān)可合閘或禁止合閘的充分必要條件，然后通過(guò)設(shè)計(jì)串聯(lián)或并聯(lián)或串并聯(lián)各開(kāi)關(guān)的常閉（即分閘通）或常開(kāi)（即合閘通）輔助接點(diǎn)的二次電路來(lái)實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)之間的聯(lián)鎖。表1將按照上述思路，應(yīng)用多種方法分析各相關(guān)開(kāi)關(guān)可合閘或禁止合閘的充分必要條件。

表1

1）開(kāi)關(guān)可合閘條件分析

（1）運(yùn)行方式歸類(lèi)法

經(jīng)過(guò)對(duì)三電源單母三分段10kV 開(kāi)關(guān)站（如圖1）可運(yùn)行方式的分析，列出該10kV 開(kāi)關(guān)站的21 種運(yùn)行方式如表1所示。初步分析可知，為防電源并列運(yùn)行，某開(kāi)關(guān)可以合閘的必要及充分條件是相關(guān)的開(kāi)關(guān)必須處于分閘狀態(tài)。

如分析D1 可合閘條件。從序號(hào)1～3、5、6、11、12 可以得出，只要D12 處于分閘狀態(tài)，D1 就可以合閘；從序號(hào)4、6、10、12 可以得出，只要D2 及D23 同時(shí)處于分閘狀態(tài)時(shí)，D1 就可合閘；從序號(hào)9、10、11、12 可以得出，只要D2 及D3 同時(shí)處于分閘狀態(tài)時(shí)，D1 就可合閘。

上述三種情況是D1 可以合閘的全部條件，將所有條件組合后，得出D1 可以合閘的充分必要條件，簡(jiǎn)化即得，D1 可合←→D12 分或【D2 分與（D23分或D3 分）】。

同樣的辦法，可以列出其他開(kāi)關(guān)可以合閘的充分必要條件如下。

D2 可合←→（D12 分與D23 分）或【（D1 分或D12 分）與（D3 分與D23 分）】。

D3 可合←→D23 分或【D2 分與（D12 分或D1分）】。

D12 可合←→D1 分或【D2 分與（D23 分或D3分）】。

D23 可合←→D3 分或【D2 分與（D12 分或D1分）】。

（2）分閘曲線法

在分析某開(kāi)關(guān)可以合閘的時(shí)候，用最直觀的方法，將需要分閘的開(kāi)關(guān)用曲線連接起來(lái)，表示需要隔離的電源。如下圖2所示，D1 可合閘的條件是：用曲線1 隔離其他兩電源，即D12 分閘時(shí)，D1 可合；用曲線2 隔離其他兩電源，即D2 和D23 分閘時(shí)，D1 可合；用曲線3 隔離其他兩電源，即D2 和D3 分閘時(shí)，D1 可合。如上方法分析并整合后得D1可合的充分必要條件：D1 可合←→D12 分或【D2分與（D23 分或D3 分）】。

用同樣的方法，可以列出其他開(kāi)關(guān)可以合閘的充分必要條件，得到的結(jié)果如上述運(yùn)行方式歸類(lèi)法得出的結(jié)果。

圖2 開(kāi)關(guān)可合閘情況分閘曲線

2）開(kāi)關(guān)禁止合閘條件分析

直觀分析可知，為防電源并列運(yùn)行，某開(kāi)關(guān)禁止合閘的充分必要條件是相關(guān)開(kāi)關(guān)處于合閘狀態(tài)。采用某開(kāi)關(guān)若合閘，將出現(xiàn)電源并列運(yùn)行或倒送電的情況的判斷邏輯，我們很容易得出某開(kāi)關(guān)禁止合閘的充分必要條件如下：

D1 禁合←→【D12 合與D2 合】或【D1 合與D23 合與D3 合】。

D2 禁合←→【D1 合與D12 合】或【D23 合與D3 合】。

D3 禁合←→【D23 合與D2 合】或【D1 合與D12 合與D23 合】。

D12 禁合←→【D1 合與D2 合】或【D1 合與D23 合與D3 合】。

D23 禁合←→【D2 合與D3 合】或【D1 合與D12 合與D3 合】。

3 實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)防止并列運(yùn)行閉鎖的四種方案

一般10kV 開(kāi)關(guān)的分合閘控制電路如下圖3所示，下文將基于此種分合閘操作回路進(jìn)行閉鎖電路方案設(shè)計(jì)。

圖3 KYN28 開(kāi)關(guān)分合閘控制電路圖

3.1 利用輔助接點(diǎn)組合電路串聯(lián)合閘回路實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖

本設(shè)計(jì)方案是在被閉鎖開(kāi)關(guān)的二次合閘回路中串接相關(guān)開(kāi)關(guān)的輔助接點(diǎn)組合電路。在該開(kāi)關(guān)可以合閘的情況下，輔助接點(diǎn)組合電路是接通狀態(tài)，二次合閘控制回路是接通狀態(tài)可以合閘。在該開(kāi)關(guān)不可以合閘的情況下，輔助接點(diǎn)組合電路是斷開(kāi)狀態(tài)，二次合閘控制回路是斷開(kāi)狀態(tài)不可以合閘。如此即可實(shí)現(xiàn)對(duì)被閉鎖開(kāi)關(guān)的合閘控制。

根據(jù)上述某開(kāi)關(guān)可合閘的充分必要條件，即可合閘規(guī)則，用相關(guān)開(kāi)關(guān)的輔助常閉接點(diǎn)（分閘通）表達(dá)其分閘狀態(tài)，運(yùn)用串并聯(lián)輔助接點(diǎn)表達(dá)“與”“或”關(guān)系，得到被閉鎖開(kāi)關(guān)的輔助接點(diǎn)組合電路，然后將該組合電路串聯(lián)接入對(duì)應(yīng)開(kāi)關(guān)的合閘控制回路，就可實(shí)現(xiàn)所需要的電氣聯(lián)鎖。

根據(jù)上述方法，得到各開(kāi)關(guān)的閉鎖電路如圖4所示。

圖4 輔助接點(diǎn)組合電路串聯(lián)合閘回路控制圖

圖4中D1 開(kāi)關(guān)閉鎖控制過(guò)程為：當(dāng)D12 開(kāi)關(guān)處于分閘狀態(tài)時(shí)，D12 輔助常閉接點(diǎn)閉合，接通了合閘回路，開(kāi)關(guān)可以合閘；當(dāng)D2 開(kāi)關(guān)與D23 開(kāi)關(guān)同時(shí)處于分閘狀態(tài)時(shí)，D12 和D23 輔助常閉接點(diǎn)閉合，接通了合閘回路，開(kāi)關(guān)可以合閘；同樣，當(dāng)D2開(kāi)關(guān)與D3 開(kāi)關(guān)同時(shí)處于分閘狀態(tài)時(shí)，D2 和D3 輔助常閉接點(diǎn)閉合，接通了合閘回路，開(kāi)關(guān)可以合閘；其余情況，均不能合閘，實(shí)現(xiàn)了防止并列運(yùn)行的閉鎖功能。

其他開(kāi)關(guān)的閉鎖控制過(guò)程類(lèi)似。

3.2 利用輔助接點(diǎn)組合電路旁路合閘線圈實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖

利用開(kāi)關(guān)輔助接點(diǎn)組合電路串接合閘回路的閉鎖電路是基于可合閘規(guī)則的設(shè)計(jì)，使用相關(guān)開(kāi)關(guān)的常合“即分閘通”輔助接點(diǎn)，但是當(dāng)一臺(tái)抽出式開(kāi)關(guān)拉至檢修位置時(shí)，該開(kāi)關(guān)輔助接點(diǎn)與儀表室接線端子斷開(kāi)連接，也就是接入組合電路的該開(kāi)關(guān)輔助接點(diǎn)與被閉鎖開(kāi)關(guān)合閘控制回路斷開(kāi)連接，這樣將使被閉鎖開(kāi)關(guān)合閘回路處于斷開(kāi)狀態(tài)而不能合閘，造成被閉鎖開(kāi)關(guān)拒合和整套閉鎖裝置失靈。另外，在合閘回路中串聯(lián)輔助接點(diǎn)后，導(dǎo)致合閘回路故障點(diǎn)增多，開(kāi)關(guān)合不上閘的概率增加。

基于上述原因，利用常分“即合閘通”接點(diǎn)，并且不采用串聯(lián)合閘回路的方法是一個(gè)可以改進(jìn)的方向。這樣就可以利用常分“即合閘通”接點(diǎn)組合電路旁路合閘線圈來(lái)的方法實(shí)現(xiàn)閉鎖。利用“合閘通”接點(diǎn)，就是利用相關(guān)開(kāi)關(guān)處于合閘狀態(tài)時(shí)，被閉鎖開(kāi)關(guān)將不能合閘，這樣就要用到禁止合閘規(guī)則。

依據(jù)上文所述開(kāi)關(guān)禁止合閘規(guī)則，采用上述方法我們可以設(shè)計(jì)出如圖5所示的閉鎖電路。

圖5 輔助接點(diǎn)組合電路旁路合閘線圈控制圖

圖5中D1 開(kāi)關(guān)閉鎖控制過(guò)程為：當(dāng)D12 和D2開(kāi)關(guān)同時(shí)處于合閘狀態(tài)時(shí)，D12 和D2 輔助觸點(diǎn)閉合，D1 開(kāi)關(guān)合閘線圈HQ 被短路，不能實(shí)現(xiàn)合閘；當(dāng)D12、D23 和D2 開(kāi)關(guān)同時(shí)處于合閘狀態(tài)時(shí)，D12、D23 和D2 輔助觸點(diǎn)閉合，D1 開(kāi)關(guān)合閘線圈HQ 被短路，不能實(shí)現(xiàn)合閘。其他開(kāi)關(guān)的閉鎖控制過(guò)程類(lèi)似。

由于閉鎖電路中使用的輔助接點(diǎn)均為“合閘通”接點(diǎn)。在抽出式開(kāi)關(guān)處于檢修狀態(tài)時(shí)，本開(kāi)關(guān)輔助接點(diǎn)回路雖然與被閉鎖電路斷開(kāi)，但在此種情況下，被閉鎖電路處于不閉鎖狀態(tài)，即無(wú)需閉鎖，并不影響其它被閉鎖開(kāi)關(guān)合閘回路的合閘。

3.3 采用可編程序控制器實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖

事實(shí)證明，上述兩種利用開(kāi)關(guān)輔助接點(diǎn)組合電路實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)的電氣聯(lián)鎖直觀易懂，不必加其它電氣元件，費(fèi)用較低，但是不足之處是開(kāi)關(guān)之間連線復(fù)雜，接點(diǎn)多，如有個(gè)別地方接觸不良或接點(diǎn)拒動(dòng)將出現(xiàn)開(kāi)關(guān)拒動(dòng)或誤動(dòng)，導(dǎo)致故障概率大，安裝維護(hù)工作量大。為了簡(jiǎn)化連線，提高可靠性，采用可編程序控制器（PLC）進(jìn)行電氣聯(lián)鎖控制正好克服上述兩種設(shè)計(jì)之不足。

PLC 為專(zhuān)用工業(yè)計(jì)算機(jī)，具有許多功能，此處僅用其邏輯控制功能。即通過(guò)將相關(guān)開(kāi)關(guān)的分合閘狀態(tài)信號(hào)通過(guò)開(kāi)關(guān)輔助觸點(diǎn)接入裝置輸入端，將裝置輸出端接入開(kāi)關(guān)合閘回路，按照開(kāi)關(guān)可合閘規(guī)則，在PLC 內(nèi)部控制程序中設(shè)置各軟接點(diǎn)的連接關(guān)系，即運(yùn)用“與”“或”“非”邏輯指令，描述相關(guān)開(kāi)關(guān)軟接點(diǎn)的串聯(lián)、并聯(lián)、串并聯(lián)、并串聯(lián)等各種連接關(guān)系，使其輸出開(kāi)關(guān)量與輸入分合信號(hào)遵循可合閘規(guī)則，這樣就可以實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)合閘閉鎖控制。

現(xiàn)以施耐德公司生產(chǎn)的TSX Neza PLC 為例進(jìn)行設(shè)計(jì)，接線電路如圖6所示。

圖6 PLC 控制接線圖

如圖6所示，將D1、D12、D2、D23、D5 等5臺(tái)開(kāi)關(guān)的輔助常開(kāi)接點(diǎn)連接到PLC 輸入端連接的內(nèi)部繼電器上，考慮到PLC 輸出端對(duì)電流有限制，對(duì)應(yīng)地將PLC 的5 個(gè)輸出端分別接入5 個(gè)中間繼電器線圈，將中間繼電器的常閉接點(diǎn)分別串接到對(duì)應(yīng)開(kāi)關(guān)的合閘控制回路中，如此即完成5 臺(tái)開(kāi)關(guān)的全部閉鎖電路接線。

然后，根據(jù)開(kāi)關(guān)可合閘規(guī)則，繪制并設(shè)置本PLC的軟（虛擬）接點(diǎn)串并聯(lián)梯型圖，使輸入與輸出信號(hào)遵循一定邏輯關(guān)系。經(jīng)過(guò)學(xué)習(xí)本PLC 的說(shuō)明書(shū)，得到如圖7所示指令程序。

圖7 PLC 控制梯形程序圖

其實(shí)，圖7與圖4形式幾乎一致，只不過(guò)為了簡(jiǎn)化指令程序作了一些位置上的調(diào)整變形。所不同的是，梯形圖的常開(kāi)、常閉接點(diǎn)不是相關(guān)開(kāi)關(guān)的輔助接點(diǎn)，而是PLC 相對(duì)應(yīng)輸入繼電器內(nèi)部的軟接點(diǎn)，相互之間的連接線也是PLC 內(nèi)部的軟連線。最后將梯形圖通過(guò)PLC 編程器輸入PLC 即可。

值得注意的是在繪制梯形圖時(shí)，如果PLC 輸入端接入各開(kāi)關(guān)的常閉輔助接點(diǎn)，則輸入繼電器的軟接點(diǎn)也必須將常閉、常開(kāi)對(duì)應(yīng)替換，即與開(kāi)關(guān)輔助接點(diǎn)組合控制圖剛好相反。

3.4 利用帶電顯示器實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖

利用帶電顯示器中閉鎖接點(diǎn)實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖控制是電氣閉鎖設(shè)計(jì)的另一種思路。對(duì)于上述10kV 開(kāi)關(guān)站，開(kāi)關(guān)可合閘規(guī)則為：對(duì)于處于分閘狀態(tài)的進(jìn)線開(kāi)關(guān)，當(dāng)其負(fù)載端母線上有電時(shí)，本開(kāi)關(guān)禁止合閘；對(duì)于處于分閘狀態(tài)的聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)，當(dāng)其兩端母線上都有電時(shí)，本開(kāi)關(guān)禁止合閘。至于母線不帶電時(shí)的開(kāi)關(guān)合閘閉鎖問(wèn)題，本設(shè)計(jì)不予考慮。

現(xiàn)以型號(hào)為GSN-10Q 的帶電顯示器為例，遵照上述規(guī)則，設(shè)計(jì)如圖8、圖9所示電路。

圖8 帶電顯示器接線圖

圖9 帶電顯示器控制回路接線圖

如圖8所示，在每段母線上通過(guò)3 個(gè)CGJ2-12高壓傳感器裝設(shè)一套GSN-10Q 帶電顯示器，在帶電顯示器閉鎖輸出接點(diǎn)K2 上連接中間繼電器線圈，將中間繼電器的接點(diǎn)組合電路接入對(duì)應(yīng)開(kāi)關(guān)合閘回路中，即完成電路接線。

如圖9所示，對(duì)于處于分閘狀態(tài)的D1，當(dāng)I 母有電時(shí)，GSN1 線圈驅(qū)動(dòng)帶電顯示器的K1K2 輸出接點(diǎn)閉合，中間繼電器線圈K1 得電，對(duì)應(yīng)的中間繼電器常閉接點(diǎn)K1 斷開(kāi)，D1 合閘回路處于斷開(kāi)不能合閘；當(dāng)I 母無(wú)電時(shí)，GSN1 線圈不驅(qū)動(dòng)K1K2 接點(diǎn)閉合，中間繼電器線圈K1 失電，對(duì)應(yīng)的K1 常閉接點(diǎn)閉合，D1 合閘回路處于連通狀態(tài)可以合閘。

對(duì)于處于分閘狀態(tài)的D12 開(kāi)關(guān)，當(dāng)I 母帶電，II 母不帶電時(shí)，GSN1 線圈驅(qū)動(dòng)相應(yīng)K1K2 輸出接點(diǎn)閉合，中間繼電器K1 常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，中間繼電器K2 常閉觸點(diǎn)不動(dòng)作，接通合閘回路，D12 開(kāi)關(guān)可合閘；當(dāng)I 母不帶電，II 母帶電時(shí)，中間繼電器K1 常閉觸點(diǎn)不動(dòng)作，GSN2 線圈驅(qū)動(dòng)相應(yīng)K1K2 輸出接點(diǎn)閉合，中間繼電器K2 常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，接通合閘回路，D12 開(kāi)關(guān)可合閘。

其他開(kāi)關(guān)的閉鎖控制過(guò)程如上。

4 結(jié)論

綜上所述，四種閉鎖方案都能達(dá)到有效防止多 電源并列運(yùn)行聯(lián)鎖效果，可以避免誤操作的發(fā)生，同時(shí)可以滿(mǎn)足各種運(yùn)行方式的需要。但是不同方案考慮問(wèn)題的角度不同，采用的電氣元件不同，接線方式有異，實(shí)際使用中接線難易程度不同，可靠程度不同，對(duì)某些極個(gè)別特殊狀態(tài)情況下反送電閉鎖功能也有不同，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，選擇其中一套方案，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)可靠的閉鎖要求。

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