防止隔離開關誤操作技術的研究

李 蕊，劉洪兵，侯 斌，陳文海

（云南電網有限責任公司昆明供電局，云南 昆明650000）

隔離開關是變電站最常見的一次設備之一，在分位置時，觸頭間有符合規定要求的絕緣距離和明顯的斷開標志；在合位置時，能承載正常回路條件下的電流及在規定時間內異常條件下的電流。變電站一次設備開展檢修作業時，隔離開關可在需要檢修的設備與其他帶電設備之間形成明顯的斷開點，確保檢修人員的作業安全，但是與斷路器有所不同，隔離開關無滅弧裝置，不能用于分合帶負荷的電路，如若出現帶負荷分合隔離開關的誤操作，會在觸頭間產生電弧，對電網及人身安全造成威脅，因此運行人員進行操作時，嚴禁對隔離開關進行誤操作。

1 隔離開關防誤操作閉鎖模式

為避免電氣誤操作事件的發生，電網公司制定了各類規章制度規范運行人員的行為，電力企業落實安全工作規程要求，運行人員進行一次設備停復電操作時，嚴禁帶負荷拉（合）隔離開關，嚴禁帶接地刀閘（接地線）合斷路器（隔離開關），嚴禁帶電合（掛）接地刀閘（接地線），嚴禁誤分（合）斷路器，嚴禁誤入帶電間隔。各生產廠家從設備自身考慮，設計閉鎖機制，確保運行人員操作有誤時一次設備也能拒動，防止誤操作事件的發生。

隔離開關、接地開關、斷路器的防誤操作措施主要有機械閉鎖、電動形式隔離開關的電氣閉鎖、五防計算機配合五防鎖三種模式，隨著科學技術的發展，微機防誤閉鎖系統被廣泛應用到了電力系統中。其中機械閉鎖主要通過一次設備之間用相互制約和聯動的物理連接來達到先后動作的閉鎖要求，電氣閉鎖則依賴于設備之間的電纜連接，通過二次接線方式實現，然而微機防誤閉鎖系統可模擬變電站一次設備實際位置，開展模擬操作，解決了原機械閉鎖和電氣閉鎖難以實現的復雜操作閉鎖。

2 隔離開關誤操作原因分析

目前，110 kV及以上電壓等級變電站內隔離開關機械閉鎖、電氣閉鎖、微機防誤閉鎖系統功能完好，運行人員按照操作制度及各有關規章制度進行操作，但誤操作的事件仍有發生。引起隔離開關誤操作的原因主要表現在人及設備兩個方面，以下主要分析人和設備存在的問題。

2.1 隔離開關電動操作回路電路閉鎖

隔離開關電動操作回路電路閉鎖原理是利用電纜二次接線采集隔離開關、接地開關、斷路器、線路電壓監視繼電器輔助接點，把這些采集到的輔助接地以串聯的形式連接成一個閉鎖條件，將串聯好的電路設置在隔離開關的電動控制回路中，采集各隔離開關、接地開關、斷路器、繼電器的輔助接點反應的位置情況都滿足條件時閉鎖電路導通，相當于隔離開關的控制電路導通，解鎖隔離開關操作電路閉鎖，當采集各隔離開關、接地開關、斷路器、繼電器的輔助接點反應的位置情況有一個不滿足條件時，其觸點打開斷開閉鎖回路，最終讓隔離開關的控制回路斷開，相當于隔離開關的電動操作回路被閉鎖，通過這種電路串聯的方式最終實現隔離開關電氣操作閉鎖。

顯而易見，這種方式存在著以下問題：當接線松動或接線錯誤時，閉鎖功能會失效；修改閉鎖邏輯需更改二次接線，施工困難；一個元件受多元件閉鎖時需要敷設大量的控制電纜來實現閉鎖功能，二次回路將變得較為繁雜，不利于運行維護，同時也埋下閉鎖功能失效的隱患。

2.2 五防計算機配合解碼鎖閉鎖方式

該方式原理為綜合自動化五防計算機和后臺監控計算機進行通信，由后臺監控計算機將采集到的隔離開關位置、接地開關位置、斷路器位置信息發送給五防計算機編輯閉鎖邏輯，在五防計算器上實現一個電氣間隔的操作流程閉鎖，由運行人員在五防計算機上進行操作演練，其操作流程滿足五防計算機的操作流程邏輯時五防計算機將對應的五防鎖碼傳遞到點解碼鑰匙上，最后由運行人員使用解鎖鑰匙，可一定程度防止設備誤操作，但當人為跳過五防裝置或接線錯誤跳過閉鎖時，閉鎖功能失效。

2.3 機械閉鎖方式

該方式主要是在隔離開關接地開關機構供體的情況下，當隔離開關在合閘位置時，由隔離開關的機械限位裝置限制接地開關的機械傳動桿，隔離開關在合閘位置時不能合接地開關的閉鎖，或者當接地開關在合閘位置時，由接地開關的機械限位裝置限制隔離開關的機械傳動桿，來實現接地開關合閘位置時不能合隔離開關的邏輯，這種閉鎖方式是以隔離開關及接地開關隔離開關機械閉鎖裝置起作用時由機械限位完成防止誤操作的邏輯，從原理上看，當機械閉鎖起作用時，誤操已發生，防止誤操的行為由機械元件強行限位，此時機械防誤操裝置往往會損傷隔離開關或接地開關分合閘的傳動軸，這種閉鎖方式其實伴隨著設備損壞的情況發生。

此外，隨著變電站設備逐漸智能化、數字化，傳統變電站內的隔離開關在運行中的弊端也逐漸顯示出來：每個間隔的閉鎖狀態需專業人員檢查一兩次設備才能明確，閉鎖狀態顯示不直觀，人機交互功能較差；隔離開關閉鎖信息由二次回路“硬”連接實現傳遞，但無法實現信息共享，不適用于智能變電站，隨著數字型智能變電站技術的應用，對實現隔離開關防止電氣誤操作的技術提出了新的要求。

3 隔離開關誤操作防范措施

為了避免隔離、接地隔離開關電氣防誤操，需控制電纜接線問題；簡化閉鎖電路繁雜度，簡化隔離、接地開關的電氣控制電路，提高設備維護工作的效率；直觀顯示受控隔離開關的閉鎖、解鎖、裝置狀態，實現隔離開關防電氣誤操作狀態的可視化目的，需要提出一種新型的數字化可電動操作的隔離開關電氣防誤操作的技術，該技術主要由數字化的智能閉鎖裝置實現。

3.1 智能閉鎖裝置

智能閉鎖裝置由電源、LED信號燈、開關量采集裝置、隔離開關智能閉鎖裝置、通信接口、調試接口組成。

電源模塊輸入為直流220 V輸入，輸出3 V直流電壓，通過接口電路為邏輯模塊、通信接口提供工作電源，輸出12 V直流電壓，通過接口電路供給開關量采集。

開關量采模塊由光電隔離元件配置信號處理電路組成，由外部隔離開關位置輔助接點控制光電隔離元件的發光，采集隔離開關位置的數字狀態，并通過接口電路把采集到的信息傳遞給邏輯判斷模塊進行邏輯判斷。

通信接口是實現本就地裝置、其他就地裝置、圖形顯示單元的數據交換的通信接口，由具備光纖通信功能的收、發端口及信號轉換電路實現，收到其他裝置發送來的閉鎖信息后，通過接口電路傳遞給邏輯判斷模塊，同時通過接口電路接收邏輯判斷模塊傳遞來的閉鎖信息，通過發送端口向其他閉鎖裝置發送信息。

智能閉鎖裝置安裝于隔離開關機構箱內，LED燈由綠色運行燈、黃色異常燈、紅色閉鎖燈、綠色解鎖燈組成，就地裝置正常時運行點亮、異常燈熄滅，自檢故障時異常燈點亮，同時運行燈熄滅、閉鎖燈點亮；智能閉鎖裝置由通信口及自身開關量采集到的信息量判斷受控隔離開關在被閉鎖狀態時閉鎖燈點亮、解鎖燈熄滅；判斷受控隔離開關無閉鎖時，閉鎖燈點熄滅、解鎖燈點亮，智能閉鎖裝置設有通信接口，用于傳遞信息，調試接口用于調試計算機調取裝置狀態，將閉鎖邏輯導入裝置內。

智能閉鎖裝置需解決現場運行人員遇到的種種實際問題，同時能直觀顯示隔離開關的閉鎖狀態，以便運行人員實時掌握操作過程中的各電氣設備狀態。隨著智能電網的日漸發展，人們越來越關注各類電氣設備之間的信息共享，這就要求該裝置具有組網能力以適應智能電網的發展需求。綜合上述情況，設計了一種新型的隔離開關智能閉鎖裝置，裝置結構如圖1所示。

圖1 隔離開關智能閉鎖裝置結構圖

該裝置主要由6部分組成，分別為：①電源模塊，采用220 V直流電源供電；②信號模塊，由于裝置需長期在戶外運行，環境較為惡劣，未設計液晶顯示屏，避免因液晶顯示屏故障而增加檢修成本，而是直接點亮LED燈進行正常或告警指示，當收不到采集裝置的信息時應告警輸出；③通信模塊，閉鎖裝置使用光纖網絡組網在各裝置之間進行閉鎖信息的傳輸；④調試接口，就地裝置設置調試口，用于閉鎖程序的寫入、讀取；⑤功能模塊，就地裝置采集閉鎖信息進行邏輯判斷后，輸出邏輯判斷結果于被閉鎖元件的電氣操作回路中，以實現閉鎖功能，基于設備安全運行角度考慮當就地裝置失效時應告警、輸出閉鎖量防止隔離開關因閉鎖裝置誤動；⑥開入模塊，就地裝置設置開關量采集功能，采集到的信息數字化后由網絡傳遞給需要數據的設備。

3.2 裝置功能實現

設計好隔離開關智能閉鎖裝置硬件后，研制上位管理機用于連接就地閉鎖裝置，實現在管理機上可讀取閉鎖裝置狀態，同時可制定就地裝置的閉鎖邏輯，并將邏輯下裝至就地閉鎖機中；當閉鎖邏輯下裝至就地閉鎖機后，上位管理機可離線。

按照選定主接線方式選擇線路間隔進行隔離刀閘防止誤操作的邏輯編寫，將閉鎖邏輯寫入就地裝置，進行邏輯正確性驗證，驗證無誤后調試各閉鎖裝置、上位機組網，以滿足現場操作要求，這種方式解決了傳統閉鎖功能依賴二次接線程度高的缺點，閉鎖邏輯依據實際主接線方式實時制定，裝置簡單可靠、安全性高。

此外，閉鎖信息通過數字化網絡傳輸，為信息共享提供方便，解決了傳統二次接線閉鎖方式不適用于數字化智能變電站的問題，同時采用裝置失效后輸出閉鎖條件設計原理，保證裝置失效后防止隔離開關誤動的風險，保證設備安全運行，提高了電網設備的安全防控水平。

4 結語

變電站有電動操作的隔離開關，均可使用本裝置實現閉鎖功能，同時可推廣至電動操作的接地開關使用，新裝置簡化了一次設備防止電氣誤操作閉鎖回路的繁雜度，維護工作簡單，提高了設備維護工作的效率；此外，新裝置閉鎖功能由程序實現，避免了因為二次接線不牢固造成的閉鎖失效，提高了設備的安全性能。隨著智能變電站數量的增加，應用數字化技術實現電氣閉鎖功能，為變電站數字化轉型提供了設備及技術支持。