浅析10kV高压开关柜的机械联锁

蔡海峰+喻晓苹+方健美

摘 要：机械联锁在10kV高压开关柜起着至关重要的作用，能够确保设备和人员的安全，防止误操作，进而能够确保电网的稳定可靠运行。介绍了机械联锁中断路器与隔离开关的联锁实现，阐述了10kV高压开关柜断路器隔离开关的操作顺序，同时对联锁方式进行了探讨。

关键词：高压开关柜 联锁方式 机械联锁 完整性

1.概述

为了防止现场操作人员无意识地实施错误的操作从而导致事故，除了加强对操作人员的培训以及实施工作票制度，我们还应在开关柜的设计中加入强制联锁装置或采取提示性措施。对于高压开关柜而言需提供五种防止误操作功能，简称五防联锁：1、防止误分误合断路器；2、防止带负荷分合上下隔离开关或带负荷推入拉出断路器手车；3、防止带电操合接地开关或挂接临时接地线；4、防止带有临时接地线或接地开关合闸时送电；5、防止人误入带电间隔。

为达到联锁实现，通常有以下几种方式机械联锁、機械程序锁、电磁锁、带电显示装置。机械联锁：优点是可靠性高，但缺点零部件结构复杂，对加工工艺要求较高有些情况下很难实现；机械程序锁：优点是结构非常简单很容易实现，缺点但由于存在万能钥匙很难完全避免操作人员误操作。而且这一方式无法适应无人值守变电站的要求；电磁锁：优点是机械联锁、机械程序锁都无法实现的情况下可考虑。缺点由于电磁锁、分压瓷瓶传感器和导线均有损坏的可能还需外部电源供电可靠性差；带电显示装置：只能算是提示性措施毫无可靠性可言一般不推荐使用。

目前，我国10kV配电设备通常使用的开关设备都是金属封闭式设备，例如高压进出线柜、高压隔离柜、高压压变柜和所用变柜等。变电所运行人员操作最为频繁的一种设备就是高压开关柜，所以10kV高压开关柜的机械联锁对于确保设备的安全运行，确保人员安全，预防误操作有着非常重要的作用，也是确保电网稳定安全运行的重要措施。10kV高压开关柜机械联锁是在其操作部位之间用互相联动和制约的机械结构来达到先后动作的闭锁要求，10kV高压开关柜机械联锁操作时不需要利用钥匙等进行辅助操作，能够随着操作顺序的正确进行，实现自动解锁。在发生误操作时，可实现自动闭锁。并且能够满足正向与反向闭锁的要求，具有操作方便，运行可靠，闭锁直观等优点，在变电站中的应用非常广泛。本文着重分析机械联锁的几个问题，供大家研究探讨。

2.机械联锁中断路器和隔离开关的联锁实现

高压柜中隔离开关通常没有专门的灭弧装置，因此，不能实现负荷电流的接通或者切断。断路器和隔离开关在固定柜中具有明确的联锁关系，也就是当断路器分断时，才能进行隔离开关的操作。高压开关柜中利用闭锁手柄的位置可以实现不同的操作：①闭锁功能手柄处于“分断闭锁”状态。断路器不能进行合闸时，柜门关闭，此时可以进行隔离开关与接地开关的操作；②闭锁功能手柄处于“工作”状态， 断路器能够实现合闸，柜门关闭，接地开关和隔离开关都无法操作；③闭锁功能手柄处于“检修”状态，接地开关已合闸，隔离开关已分闸，不能进行接地开关和隔离开关的操作，可以打开柜门，断路器也能够进行分闸和合闸操作。

10kV高压开关柜中进行隔离开关或者接地开关的操作时，闭锁功能手柄应该处于“分断闭锁”的位置，断路器的状态一定处于分断状态，并且无法合闸，从而实现防止带负荷分、合隔离开关通过连锁实现防止误合断路器；当闭合断路器进行送电时，闭锁功能手柄的位置是“工作”，此时隔离开关一定合闸状态，接地开关分闸状态，断路器一旦合闸，闭锁功能手柄就会被卡死，从而不能转动，从而实现防止误分断路器及带负荷分、合隔离开关。在高压固定柜中容易实现隔离开关与断路器的机械联锁，出于预防带负荷分、合隔离开关的目的，一般使用扇形撞板以及圆板结构，配合隔离开关操作机构中的弹性定位锁，当断路器合闸时，圆板能够对定位锁的拔出操作进行预防，使得带负荷分闸得到预防。

3.10kV高压开关柜断路器隔离开关操作顺序分析

10kV高压开关柜中断路器两侧隔离开关操作顺序一般为：进行送电时，先将母线侧的隔离开关合上；当停电时，先将线路侧隔离开关断开。这样，当发生误操作时，可以利用断路器的保护使得事故的范围尽可能的缩小。送电过程中，当断路器误放在合闸位置，而母线侧隔离开关后合时，相对于母线侧的隔离开关带负荷送电，将发生弧光短路，使事故扩大，这种情况下，如先闭合母线侧隔离开关，然后再合线路侧隔离开关，相当于线路侧隔离开关带负荷合闸，一旦发生弧光短路，由于短路点在断路器外侧，由断路器跳闸保护，缩小事故范围。基于此，如果停电时发生误操作，如断路器尚未断开电源，而先分母线侧隔离开关，造成带负荷拉闸，将引起弧光短路，此时，如果先分线路侧隔离开关，由于弧光短路点在断路器外侧，断路器的保护装置会跳闸，切断故障缩小事故范围。但是保证断路器两侧隔离开关严格按照上述顺序操作是很困难的，只有保证断路器与隔离开关之间的连锁可靠，才能从根本上解决隔离开关误操作的问题。

4.主动联锁与被动联锁分析

通常来说，就10kV高压开关柜“五防”而言，都可以实现机械联锁。机械联锁主要分为主动式联锁与被动式联锁两种类型。10kV高压主动式联锁指的是当处于联锁状态时，如果没有正常的解锁条件，那么就不会实现解锁，因此，确保了误操作的发生。例如，断路器在合闸状态时，机械连锁应该确保隔离插头或者隔离开关被联锁而不能进行操作，也就是当发生错误操作时也不会造成不良的影响。10kV高压被动式机械联锁指的是当处于被动联锁状态时，有可能因为不正常的原因，而产生了解锁的条件，从而使得机械联锁解锁。比如当处于联锁情况下进行手车的推拉或者隔离开关的操作时，即使隔离开关没有动作或者隔离插头没有发生位移，但是因为存在联锁造成了断路器分闸，因此，解除了隔离开关或者隔离插头的联锁，被动式机械联锁能够造成断路器的误分闸操作。

因此，进行10kV高压开关柜的设计过程中，通常尽可能的使用主动式机械联锁方式，而避免被动式机械联锁方式。对于手车使用杠杆进出的开关柜，当断路器合闸时，手车进出手柄的孔由于机械的原因造成了封堵，造成了手柄不能插进，手车就不会发生位移。当对接地开关插入孔的设计时，设计条件是通过一定条件才能打开插入孔，当达不到条件时，插入孔不打开，这样就避免了误操作。基于此，随着技术的不断发展，高压开关柜设计水平的日益提高，主动式机械联锁的应用越来越广泛。

高压开关柜在使用过程中，其机械联锁装置的使用频率，必须满足在使用周期内，可靠灵活，结构简单，操作方便，并且能够防潮，防锈等。在高压开关柜的使用过程中，如果出现了人为原因造成的不正规操作，那么，机械联锁能够对人为原因造成的非正规操作进行有效的防止。机械联锁的应用使得在发生误操作的情况下，能够对误操作进行纠正，同时能够尽可能快的恢复操作，从而避免重大设备事故或者人身安全事故的发生。

5. “五防”联锁的完整性

国家标准中对于“五防”的要求，除了防止误分、误合断路器这一条允许提示性的方法外，其余联锁关系必须在开关柜结构中完备实现。从开关柜的操作来看，每一项联锁要求，都在一定的操作程序中体现出来，因此不管是合闸程序还是分闸程序都要达到联锁要求。

5.1 防止带负荷分、合隔离开关

一般情况下，固定柜基本上严格做到的断路器合闸情况下不能操作隔离开关，也就不存在带负荷分、合隔离开关的情况。但在手车柜中，大多数产品如KYN36A-12Z也能够达到在断路器合闸状态无法操作手车推进机构，但尚有部分产品仍采用“被动式”联锁及电气联锁，不能有效防止带负荷操作小车开关。

5.2 防止带电挂（合）接地线（接地开关）和带接地线（接地开关）合闸

对于上述二项要求，单纯在同一台开关柜中基本能完整地实现。其基本方式有三种，第一种是使用有一定程序要求的操动机构，使断路器、隔离开关和接地开关三者之间在任何程序下实现相互联锁。第二种是将隔离开关的闸刀与接地开关共用，隔离开关完全断开时，闸刀刚好合在接地开关上，反之，隔离开关合闸时，闸刀必然断开接地开关，同时断路器与隔离开关又相互联锁。第三种是采用一定的机械机构，当断路器合闸时，接地开关的操作轴被锁定或关闭其操作孔活门，当接地开关合闸时，断路器手动合闸被锁定，电动合闸回路被切断。

但是，上述二项要求有時并非要在同一柜子中而是要求在柜间实现，这时机械联锁往往不能满足要求。

5.3 防止误入带电间隔

高压开关柜都要求有防止误入带电间隔的功能，但由于实际运行情况的复杂性，要完全实现该功能有一定的难度。只有在接地开关合闸后，开关柜前、后门才可以打开，这在机械上往往较易实现。但前、后门开启后要求接地开关不能分闸的要求却往往被忽略，在门开启后又分接地开关，有可能造成误入带电间隔的安全事故。所以完备的联锁要求是只有开关柜前、后门关闭后，接地开关才允许分闸。

6. 机械联锁的可靠性

高压开关柜的机械联锁装置不管平常使用频率如何，都应做到在使用寿命期内灵活可靠，并能有效防潮、防霉、防锈、不卡涩，其结构应简单明了，操作维护方便。高压开关柜在使用过程中，还会遇到由于操作人员的疏忽或非正常操作力而造成“非正规操作”的情况。在这种情况下，高可靠的联锁应做到对操作者可能出现的“非正规操作”有充分的预防或阻止能力。即使在某些情况下进行了错误操作，也应该做到错误操作可纠正并且可方便的恢复正常操作，不至于引起重大的设备或人身事故。

7.结束语

有效的机械联锁目的在与保障人身安全，避免误操作对人身可能造成的伤害，以及误操作对供电事故范围的扩大。

参考文献：

[1]《3.6kV～40.5kV交流金属封闭开关设备和控制设备》（GB3906—2006）

[2]《高压开关柜闭锁装置技术条件》 （SD 318-89）

[3]王章勇.中压双电源进线开关柜机械联锁的技术及改进[J].科技与企业，2012（9）：38-39

[4]杨伟国.高压开关柜后门联锁的完善[J].农村电气化，2010（5）：68-70