論煤礦供電網絡中開關設備的五防設計原則

摘 要：簡述了五防在電氣開關設備中應用的意義，對微機五防、電氣五防、機械五防在煤礦供電網絡中的具體應用進行了分析、對比，查找出現階段五防在應用中存在的問題，并結合幾例五防改造案例，制定了整改措施，最終對煤礦高壓供電系統的五防設計原則提出了整改建議。

關鍵詞：五防;聯鎖;設計原則

1 五防的基本概念及其意義

我國早在20世紀90年代就通過《3～35 kV交流金屬封閉開關設備》（GB 3906—1991）對五防聯鎖作出了規定：“金屬封閉開關設備應具有：防止帶負荷分、合隔離開關（隔離插頭）;防止誤分、誤合斷路器、負荷開關、接觸器（允許提示性）;防止接地開關處在閉合位置時關合斷路器、負荷開關等開關;防止在帶電時誤合接地開關;防止誤入帶電隔室等功能。”后又利用各項電力行業反措及安全工作規程對五防聯鎖的意義、功能、概念不斷進行完善，通過各項規程來規避電氣誤操作的風險。

2 五防類型、應用及優缺點比較

通過機械閉鎖、電氣回路互鎖、微機程序等方式可實現五防聯鎖。五防聯鎖功能既要滿足正常操作及事故處理的合理性，還需兼顧接線簡單可靠、便于維護的要求。此外，還要杜絕其對設備“開關分合閘”等關鍵電氣性能構成影響。機械五防最為可靠，當采用機械閉鎖無法實現五防功能時，才建議采用電氣類聯鎖裝置。

2.1? ? 機械聯鎖特點及應用

（1）目前常用的五種型式為采用位置鎖定型銷擋柱（銷）式，機械程序鎖式，封閉操作條件擋板式，金屬結構拉桿、連桿傳動軸式，鋼絲傳動軸式。

（2）根據工作特點，機械聯鎖主要有被動及主動聯鎖。

被動聯鎖是指在閉鎖狀態下，操作隔離開關及手車時，即使觸頭實際未產生位移，但由于被動聯鎖保護的存在，隔離開關或隔離插頭聯鎖保護觸發，致使斷路器誤分閘。

主動聯鎖是指在合閘位置時，機械上應保證即使操作隔離開關，也無法進行分閘。當然，開關設備也不會出現誤帶負荷拉合隔離開關的現象。只有通過正常解鎖操作，才能進行順序操作。通俗來講，即使發生錯誤操作也不會產生不良影響。

2.2? ? 電氣聯鎖特點及應用

現有電氣閉鎖的三種主要型式為電氣式強制閉鎖電磁鎖型，回路條件、位置、運行程序互鎖輔助接點型，電氣位置計開合閉鎖類位置聯鎖型。

電氣聯鎖需通過二次線纜與開關設備輔助接點聯接實現，閉鎖較為可靠。但由于接線較多、方式較為復雜，現場需引入大量二次電纜，運行維護起來較為困難。此外，根據工作原理，一般情況下其僅能規避開關、刀閘（含接地刀閘）誤操作，對誤拆、誤掛接地線，誤入帶電間隔等現象無法規避，整個運行操作流程中還會出現重大操作失誤。

2.3? ? 微機五防特點及應用

微機五防廠家需在后臺進入規則庫，對五防后臺各操作單元進行定義，并通過模擬操作實現閉鎖。微機五防模擬操作無法通過時，現場將無法進行真實操作。微機五防裝置主要由后臺計算機、五防模擬顯示屏、微機鑰匙、機械編碼鎖等功能元件構成。設備廠家結合現場操作規程，在后臺搭建過程中對斷路器、地線開關、開關柜門等設備操作規則進行編制，利用微機軟件規則庫制訂，與現場機械編碼鎖共同實現防誤閉鎖。且微機五防在現場不采用設備輔助接點，二次接線較少。

從現場實際運行情況來看，微機五防裝置存在微機模擬屏死機、防誤規則庫錯誤、電腦鑰匙傳導不通、鎖具編碼錯誤、特殊操作或操作不當等問題，在正常運行情況下，尚可解決這些問題，但在事故處理或緊急操作時，只能緊急解鎖操作。據統計，在緊急情況下微機五防裝置操作執行不暢時事故率很高。

3 部分開關設備在現場應用中存在的問題及改造措施

3.1? ? 案例一：設備五防功能與安全規程相互沖突

安規規定：在合接地開關前，需對線路側電壓進行再次確認，確認無電后方可操作。但KYN28A等金屬鎧裝開關柜在未合接地開關前由于五防功能的設置，無法打開后柜門或電纜室門進行驗電。設備五防功能與現場操作規程相互沖突，現場開關設備若存在此類矛盾，可采取以下措施：

（1）接地刀閘輔助開關串接電磁式裝置，線路側無電時方能進行拉閘操作。（2）出線電纜頭并接感應裝置，通過電氣指示變化確認出線側無電壓后進行接地操作。（3）制訂現場操作規程管理規定，進行接地開關操作時，主值班長向站長再次確認畫勾后，方可進行后柜門打開操作，或在出線柜門上配備緊急解鎖鑰匙，經允許后進行解鎖。

3.2? ? 案例2：設備因素

供電公司矸井35 kV站6 kV開關柜柜型為GFC，開關后下柜門可以通過螺絲松開的方式操作，帶電狀態下容易誤入帶電間隔，不符合開關柜五防功能要求。因此對其加裝機械鎖（手車室內有機械鎖鑰匙，只有當其處于試驗位置時，方能拔出，拿此鑰匙到后柜門，打開機械鎖），同時在下柜門加裝了帶電顯示裝置，在打開柜門前，運行人員可以先通過帶電顯示裝置查看線路是否帶電，防止下級雙回路線路反送電。通過改造很好地完善了“防止誤入帶電隔室”此項五防功能。

3.3? ? 案例3：功能方面的因素

古書院礦35 kV站35 kV間隔使用的隔離刀閘為平頂山天鷹電氣設備有限公司GW4-40.5型產品，刀閘為CS17手力操動機構，未實現五防中“防止帶負荷分、合隔離開關”的功能，隔離開關與斷路器無互鎖。通過加裝成套電磁鎖實現線路側隔離開關、母線側隔離開關與斷路器間的互鎖，如圖1、圖2所示。

DS為刀閘閉鎖電磁鐵，QF為斷路器常閉觸點。當斷路器在工作位置時，電磁鎖無電源，無法打開;當斷路器在分閘位置時，QF閉合，電磁鎖通電可打開，刀閘操作把手可以打開，轉動實現操作，有效地避免“帶負荷分、合隔離開關”。

4 設計原則

綜合本文對微機五防、電氣五防、機械五防在煤礦供電網絡中具體應用的優缺點的分析、對比，得出以下設計原則：

4.1? ? 移開式交流金屬封閉開關柜設計原則

（1）開關柜面板應采取相應防護措施（電氣指示），防止運行人員現場誤分、合斷路器。（2）應設置電氣閉鎖使斷路器小車在工作位置時方可進行合閘操作。（3）進線、出線柜應裝設帶電顯示裝置，反映線路側有無電壓，并具備自檢功能。當線路側帶電時，接地刀閘無法操作。（4）高壓電纜室后柜門與接地刀閘之間宜采取機械閉鎖，并配備緊急解鎖裝置。（5）開關處于合閘狀態時，斷路器小車應無法實現推進及拉出。（6）打開有可能直接接觸帶電部分的柜門應設閉鎖，防止帶電狀態打開柜門。（7）當接地刀閘處于合閘時，斷路器小車推入工作位置操作;當斷路器小車處在試驗與工作位置之間時，接地刀閘無法操作。（8）柜內低壓總開關與站變柜內隔離手車應設機械或電氣閉鎖，使其停電操作順序為先拉低壓總開關，再拉隔離小車，然后再拉開站用變柜門，反之亦然。（9）應單獨設置電氣閉鎖電源回路。

4.2? ? 固定式交流金屬封閉開關柜五防要求

（1）開關柜面板應采取相應防護措施（電氣指示），防止運行人員現場誤分、合斷路器。（2）開關柜送電狀態下，打開柜門有可能直接接觸帶電部分的應設閉鎖，防止帶電狀態打開柜門。斷路器合閘狀態下應確保上下隔離開關不能操作。（3）進出線柜應裝有能反映出線側有無電壓，并具有自檢功能的帶電顯示裝置。（4）隔離開關在合閘位置時應無法打開電纜室門，并具備緊急解鎖功能。（5）斷路器分閘后，才能進行隔離開關的分閘操作或接地開關合閘操作。（6）隔離開關操作應按操作順序進行閉鎖。（7）開關柜電氣閉鎖應單獨設置電源回路，且與其他回路獨立。

4.3? ? 室外斷路器、隔離開關分開式的室外開關間隔設備五防要求

（1）斷路器操作機構箱應采取相應防護措施（電氣指示），防止運行人員現場誤分、合斷路器。（2）當斷路器在合位時，應有保證合隔離開關不能操作的閉鎖，電氣閉鎖電源回路應為獨立的。（3）隔離開關操作應按操作順序進行閉鎖。（4）主刀和地刀之間應有五防互鎖功能。

5 結語

本文針對KYN28A、GFC、GW4-40.5等設備在實際運行中存在不滿足規程、易誤入帶電間隔、無法實現“防止帶負荷分、合隔離開關”功能等五防缺陷的改造實例，對三類設備的五防設計選型提出建議，對設備選型時的五防設計有一定的借鑒意義。

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收稿日期：2021-01-08

作者簡介：盧向毅（1985—），男，山西晉城人，碩士，工程師，研究方向：電氣工程自動化。