淺析10kV高壓開關柜的機械聯鎖

蔡海峰+喻曉蘋+方健美

摘 要：機械聯鎖在10kV高壓開關柜起著至關重要的作用，能夠確保設備和人員的安全，防止誤操作，進而能夠確保電網的穩定可靠運行。介紹了機械聯鎖中斷路器與隔離開關的聯鎖實現，闡述了10kV高壓開關柜斷路器隔離開關的操作順序，同時對聯鎖方式進行了探討。

關鍵詞：高壓開關柜 聯鎖方式 機械聯鎖 完整性

1.概述

為了防止現場操作人員無意識地實施錯誤的操作從而導致事故，除了加強對操作人員的培訓以及實施工作票制度，我們還應在開關柜的設計中加入強制聯鎖裝置或采取提示性措施。對于高壓開關柜而言需提供五種防止誤操作功能，簡稱五防聯鎖：1、防止誤分誤合斷路器；2、防止帶負荷分合上下隔離開關或帶負荷推入拉出斷路器手車；3、防止帶電操合接地開關或掛接臨時接地線；4、防止帶有臨時接地線或接地開關合閘時送電；5、防止人誤入帶電間隔。

為達到聯鎖實現，通常有以下幾種方式機械聯鎖、機械程序鎖、電磁鎖、帶電顯示裝置。機械聯鎖：優點是可靠性高，但缺點零部件結構復雜，對加工工藝要求較高有些情況下很難實現；機械程序鎖：優點是結構非常簡單很容易實現，缺點但由于存在萬能鑰匙很難完全避免操作人員誤操作。而且這一方式無法適應無人值守變電站的要求；電磁鎖：優點是機械聯鎖、機械程序鎖都無法實現的情況下可考慮。缺點由于電磁鎖、分壓瓷瓶傳感器和導線均有損壞的可能還需外部電源供電可靠性差；帶電顯示裝置：只能算是提示性措施毫無可靠性可言一般不推薦使用。

目前，我國10kV配電設備通常使用的開關設備都是金屬封閉式設備，例如高壓進出線柜、高壓隔離柜、高壓壓變柜和所用變柜等。變電所運行人員操作最為頻繁的一種設備就是高壓開關柜，所以10kV高壓開關柜的機械聯鎖對于確保設備的安全運行，確保人員安全，預防誤操作有著非常重要的作用，也是確保電網穩定安全運行的重要措施。10kV高壓開關柜機械聯鎖是在其操作部位之間用互相聯動和制約的機械結構來達到先后動作的閉鎖要求，10kV高壓開關柜機械聯鎖操作時不需要利用鑰匙等進行輔助操作，能夠隨著操作順序的正確進行，實現自動解鎖。在發生誤操作時，可實現自動閉鎖。并且能夠滿足正向與反向閉鎖的要求，具有操作方便，運行可靠，閉鎖直觀等優點，在變電站中的應用非常廣泛。本文著重分析機械聯鎖的幾個問題，供大家研究探討。

2.機械聯鎖中斷路器和隔離開關的聯鎖實現

高壓柜中隔離開關通常沒有專門的滅弧裝置，因此，不能實現負荷電流的接通或者切斷。斷路器和隔離開關在固定柜中具有明確的聯鎖關系，也就是當斷路器分斷時，才能進行隔離開關的操作。高壓開關柜中利用閉鎖手柄的位置可以實現不同的操作：①閉鎖功能手柄處于“分斷閉鎖”狀態。斷路器不能進行合閘時，柜門關閉，此時可以進行隔離開關與接地開關的操作；②閉鎖功能手柄處于“工作”狀態， 斷路器能夠實現合閘，柜門關閉，接地開關和隔離開關都無法操作；③閉鎖功能手柄處于“檢修”狀態，接地開關已合閘，隔離開關已分閘，不能進行接地開關和隔離開關的操作，可以打開柜門，斷路器也能夠進行分閘和合閘操作。

10kV高壓開關柜中進行隔離開關或者接地開關的操作時，閉鎖功能手柄應該處于“分斷閉鎖”的位置，斷路器的狀態一定處于分斷狀態，并且無法合閘，從而實現防止帶負荷分、合隔離開關通過連鎖實現防止誤合斷路器；當閉合斷路器進行送電時，閉鎖功能手柄的位置是“工作”，此時隔離開關一定合閘狀態，接地開關分閘狀態，斷路器一旦合閘，閉鎖功能手柄就會被卡死，從而不能轉動，從而實現防止誤分斷路器及帶負荷分、合隔離開關。在高壓固定柜中容易實現隔離開關與斷路器的機械聯鎖，出于預防帶負荷分、合隔離開關的目的，一般使用扇形撞板以及圓板結構，配合隔離開關操作機構中的彈性定位鎖，當斷路器合閘時，圓板能夠對定位鎖的拔出操作進行預防，使得帶負荷分閘得到預防。

3.10kV高壓開關柜斷路器隔離開關操作順序分析

10kV高壓開關柜中斷路器兩側隔離開關操作順序一般為：進行送電時，先將母線側的隔離開關合上；當停電時，先將線路側隔離開關斷開。這樣，當發生誤操作時，可以利用斷路器的保護使得事故的范圍盡可能的縮小。送電過程中，當斷路器誤放在合閘位置，而母線側隔離開關后合時，相對于母線側的隔離開關帶負荷送電，將發生弧光短路，使事故擴大，這種情況下，如先閉合母線側隔離開關，然后再合線路側隔離開關，相當于線路側隔離開關帶負荷合閘，一旦發生弧光短路，由于短路點在斷路器外側，由斷路器跳閘保護，縮小事故范圍。基于此，如果停電時發生誤操作，如斷路器尚未斷開電源，而先分母線側隔離開關，造成帶負荷拉閘，將引起弧光短路，此時，如果先分線路側隔離開關，由于弧光短路點在斷路器外側，斷路器的保護裝置會跳閘，切斷故障縮小事故范圍。但是保證斷路器兩側隔離開關嚴格按照上述順序操作是很困難的，只有保證斷路器與隔離開關之間的連鎖可靠，才能從根本上解決隔離開關誤操作的問題。

4.主動聯鎖與被動聯鎖分析

通常來說，就10kV高壓開關柜“五防”而言，都可以實現機械聯鎖。機械聯鎖主要分為主動式聯鎖與被動式聯鎖兩種類型。10kV高壓主動式聯鎖指的是當處于聯鎖狀態時，如果沒有正常的解鎖條件，那么就不會實現解鎖，因此，確保了誤操作的發生。例如，斷路器在合閘狀態時，機械連鎖應該確保隔離插頭或者隔離開關被聯鎖而不能進行操作，也就是當發生錯誤操作時也不會造成不良的影響。10kV高壓被動式機械聯鎖指的是當處于被動聯鎖狀態時，有可能因為不正常的原因，而產生了解鎖的條件，從而使得機械聯鎖解鎖。比如當處于聯鎖情況下進行手車的推拉或者隔離開關的操作時，即使隔離開關沒有動作或者隔離插頭沒有發生位移，但是因為存在聯鎖造成了斷路器分閘，因此，解除了隔離開關或者隔離插頭的聯鎖，被動式機械聯鎖能夠造成斷路器的誤分閘操作。

因此，進行10kV高壓開關柜的設計過程中，通常盡可能的使用主動式機械聯鎖方式，而避免被動式機械聯鎖方式。對于手車使用杠桿進出的開關柜，當斷路器合閘時，手車進出手柄的孔由于機械的原因造成了封堵，造成了手柄不能插進，手車就不會發生位移。當對接地開關插入孔的設計時，設計條件是通過一定條件才能打開插入孔，當達不到條件時，插入孔不打開，這樣就避免了誤操作。基于此，隨著技術的不斷發展，高壓開關柜設計水平的日益提高，主動式機械聯鎖的應用越來越廣泛。

高壓開關柜在使用過程中，其機械聯鎖裝置的使用頻率，必須滿足在使用周期內，可靠靈活，結構簡單，操作方便，并且能夠防潮，防銹等。在高壓開關柜的使用過程中，如果出現了人為原因造成的不正規操作，那么，機械聯鎖能夠對人為原因造成的非正規操作進行有效的防止。機械聯鎖的應用使得在發生誤操作的情況下，能夠對誤操作進行糾正，同時能夠盡可能快的恢復操作，從而避免重大設備事故或者人身安全事故的發生。

5. “五防”聯鎖的完整性

國家標準中對于“五防”的要求，除了防止誤分、誤合斷路器這一條允許提示性的方法外，其余聯鎖關系必須在開關柜結構中完備實現。從開關柜的操作來看，每一項聯鎖要求，都在一定的操作程序中體現出來，因此不管是合閘程序還是分閘程序都要達到聯鎖要求。

5.1 防止帶負荷分、合隔離開關

一般情況下，固定柜基本上嚴格做到的斷路器合閘情況下不能操作隔離開關，也就不存在帶負荷分、合隔離開關的情況。但在手車柜中，大多數產品如KYN36A-12Z也能夠達到在斷路器合閘狀態無法操作手車推進機構，但尚有部分產品仍采用“被動式”聯鎖及電氣聯鎖，不能有效防止帶負荷操作小車開關。

5.2 防止帶電掛（合）接地線（接地開關）和帶接地線（接地開關）合閘

對于上述二項要求，單純在同一臺開關柜中基本能完整地實現。其基本方式有三種，第一種是使用有一定程序要求的操動機構，使斷路器、隔離開關和接地開關三者之間在任何程序下實現相互聯鎖。第二種是將隔離開關的閘刀與接地開關共用，隔離開關完全斷開時，閘刀剛好合在接地開關上，反之，隔離開關合閘時，閘刀必然斷開接地開關，同時斷路器與隔離開關又相互聯鎖。第三種是采用一定的機械機構，當斷路器合閘時，接地開關的操作軸被鎖定或關閉其操作孔活門，當接地開關合閘時，斷路器手動合閘被鎖定，電動合閘回路被切斷。

但是，上述二項要求有時并非要在同一柜子中而是要求在柜間實現，這時機械聯鎖往往不能滿足要求。

5.3 防止誤入帶電間隔

高壓開關柜都要求有防止誤入帶電間隔的功能，但由于實際運行情況的復雜性，要完全實現該功能有一定的難度。只有在接地開關合閘后，開關柜前、后門才可以打開，這在機械上往往較易實現。但前、后門開啟后要求接地開關不能分閘的要求卻往往被忽略，在門開啟后又分接地開關，有可能造成誤入帶電間隔的安全事故。所以完備的聯鎖要求是只有開關柜前、后門關閉后，接地開關才允許分閘。

6. 機械聯鎖的可靠性

高壓開關柜的機械聯鎖裝置不管平常使用頻率如何，都應做到在使用壽命期內靈活可靠，并能有效防潮、防霉、防銹、不卡澀，其結構應簡單明了，操作維護方便。高壓開關柜在使用過程中，還會遇到由于操作人員的疏忽或非正常操作力而造成“非正規操作”的情況。在這種情況下，高可靠的聯鎖應做到對操作者可能出現的“非正規操作”有充分的預防或阻止能力。即使在某些情況下進行了錯誤操作，也應該做到錯誤操作可糾正并且可方便的恢復正常操作，不至于引起重大的設備或人身事故。

7.結束語

有效的機械聯鎖目的在與保障人身安全，避免誤操作對人身可能造成的傷害，以及誤操作對供電事故范圍的擴大。

參考文獻：

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