双地刀隔离开关新型防误操作装置

马 坚

（国网青海超高压公司）

0 引言

接地刀闸是电力系统变电设备中重要的设备之一，其在设备停电检修时，可以有效隔绝来电侧电源，保护作业人员不受触电伤害。也正因为接地刀闸有着对设备“接地”的作用，所以接地刀闸往往会存在“带电合接地刀”与“带接地刀送电”的误操作情况，尤其是“带电合接地刀”在一些特殊的设备及运行方式下很容易发生。防止“带电合接地刀”的是利用电气闭锁与机械闭锁相结合的方式实现，但是在一些特殊运行方式下在原有电气闭锁和机械闭锁完善的情况下还会因违规使用解锁钥匙，导致手动误操作接地刀闸。

目前，防止“带电合接地刀”的措施有两种，第一种是针对可电动操作的接地刀闸采用电气闭锁的方式，即在接地刀闸的控制回路中串接所属隔离开关及相邻隔离开关辅开中的常闭节点（当隔离开关处在分位时，接地刀闸合闸回路所串接的常闭节点闭合，合闸回路导通，可电动合闸；当隔离开关处在合位时，接地刀闸合闸回路所串接的常闭节点变为常开节点，合闸回路不通，无法电动合闸）来实现防误操作，第二种是针对敞开式隔离开关的接地刀闸采用机械闭锁的方式，即接地刀闸与所属隔离开关在传动部件上通过设计机械互锁的结构（当隔离开关处在分为时，机械限位解除，可以合接地刀闸；当隔离开关处在合位时，机械限位使接地刀闸无法合闸）来实现防误操作。电气闭锁往往可实现，但是机械闭锁的防误措施，在双地刀的隔离开关中依然会发生“带电合接地刀”的情况。

1 研发背景

通过研究宁夏银川东（XX）换流站带电合接地刀闸恶性误操作事件，开启了本装置的研制思路。该站66kV 母线转检修的过程中，由于解锁钥匙故障，操作人员在违规使用万能钥匙的情况下预将660167 接地刀闸合上，由于此时的66016 隔离开关已拉开，所以66016 隔离开关与660167 及6601617接地刀闸之间机械不闭锁，操作人员通过万能钥匙解除五防锁后手动合上660167，由于操作人员的操作习惯（双地刀的隔离开关接地时同合两侧接地刀闸），在合上660167 后又误将6601617 接地刀闸合上，由于66016 隔离开关靠主变一侧带电，所以发生“带电合接地刀”的情况，造成主变近区三相短路。银川东换流站1 号主变低压侧接线如图1 所示。

图1 银川东换流站1 号主变低压侧接线图

除上述情况外，3/2 接线方式下，当线路转检修后，若串内断路器合环运行，则线路6 刀靠中开关一侧带电，也可能发生误合带电侧接地刀的情况。由此可见，传统的接地刀闸机械防误虽然可以避免电气闭锁存在可靠性不足的问题。但仅靠隔离开关与接地刀闸之间的机械闭锁以及电气闭锁，仍然无法杜绝人为主观因素造成的误操作，在一些特殊运行方式下在原有电气闭锁和机械闭锁完善的情况下出现因违规使用解锁钥匙手动误操作接地刀闸的情况。

电力系统中常规防误闭锁操作装置的几种形式：

1.1 机械闭锁装置

机械闭锁指相关电气设备的机械传动部分通过连杆或连板而实现的操作设备之间的互相机械限位闭锁，即通过机械结构的方式实现对误操作的限制。其优点是性能可靠、故障率低、有强制性防误操作功能，正常情况无法人为解锁，易于维护和管理，能起到很好的防误操作作用。缺点是这种闭锁实现的前提是需是一体化组合的开关设备（如隔离开关与接地刀闸的组合开关）。而且要实现元件间的闭锁（断路器与断路器、断路器与隔离开关或者断路器与其他回路隔离开关之间）技术难度非常大，其机械闭锁结构的传动部件多，环节复杂，距离较远，操作过程易出现机构卡死故障，极大的限定了机械闭锁装置的应用场合。

1.2 电气联锁装置

电气闭锁装置的基本原理是在断路器、隔离开关、接地刀闸、电磁锁的电气控制回路中，依据正确的操作规则串入断路器、隔离开关、接地刀闸的分合闸状态辅助接点进行相互闭锁。当违反操作规则时，则由相应设备的辅助接点切断该操作设备的控制回路正电源，禁止操作，从而达到防误操作的目的。电气闭锁优点是闭锁逻辑严谨、易于实施、由于接线复杂，涉及的元件较多，需掌握一定电气技术的工人才能进行人为解锁，故可达到一定的强制性防误操作。缺点是涉及的元件较多，只要断路器、隔离开关、接地刀闸的辅助接点及其操作机构某一环节出现故障就会影响电动操作，维护比较困难，故障率较高。

1.3 微机防误闭锁

微机防误闭锁是采用微机或微处理器控制的电气防误操作装置，其中有能独立工作的微机防误闭锁规则。典型的微机型防误闭锁系统的输入信息来源分实时采集信息和间接采集信息两部分。实时信息的采集不采用设备固有辅助节点的常规部分，而是通过监听接受变电站内远动装置信息而获得站内设备状态。微机防误闭锁装置缺点在于，随一次设备的改变（包括编号、名称、设备增减等）须及时修改装置的数据库，系统软件、电脑钥匙、编码锁等时有错误，维护工作量大；另一方面，操作预演的正确性须以微机防误模拟屏能实时反映一次设备的实际位置为前提，但由于较早期变电站的远动系统均无录入刀闸、地刀的分、合位置，因此，即使微机防误闭锁装置与远动系统实现联机，也无法实时反映一次设备的实际位置，须进行人工对位，故其防误功能已打折扣。同时，部分变电站已实现遥控操作，而遥控操作可以对微机进行无编码锁对位，因而微机防误闭锁装置在遥控站不能起到应有的作用。

目前，根据变电站的电压等级和主接线的复杂程度，其应用的防误闭锁系统往往是几种不同形式的闭锁装置的综合体。如电压等级较高的220kV、500kV 变电站，在电气化程度较高时（隔离刀闸也采用电动操作），可以采用程序防误，即综自一防误一体化系统：在一些接线较复杂的变电站则可使用微机“五防”闭锁装置，往往是独立的；在一些接线较简单的较低电压等级的变电站往往使用机械程序锁加电磁锁的防误系统则可以基本满足要求。而鉴于现有变电站在建设之初已经考虑功能完善的电气闭锁和微机“五防”装置，旨在解决敞开式隔离开关设备防接地刀闸存在人为“带电合接地刀”误操作情况。

根据以上电力系统中常规防误闭锁操作装置的原理分析，结合本装置的应用场景及安装方式，采用的是更为可靠且结构简单的机械闭锁技术路线，主要做法是在隔离开关接地刀闸处增设一套闭锁操作装置作为现有防误闭锁逻辑的补充和加强，实现强制性防人为主观误操作的功能。

2 装置开发原理

2.1 装置模型构建

以GW4 系列110kV 电压等级的敞开隔离开关模型为例阐述其工作，模型主要包括双地刀隔离开关一台，高压带电检测装置两套（隔离开关两侧每侧各一套），隔离开关模型如图2 所示。每一套高压带电检测装置的传感器分别安装在隔离开关两侧进线下方，共有A、B、C 三相传感器，传感器通过支架安装在隔离开关构架上，通过螺栓连接的方式进行安装，通过传感器电缆将带电信号传送至带电检测装置信号输出节点端子箱。装置安装模型见图2。

图2 装有高压带电检测装置的双地刀隔离开关

2.2 机械闭锁装置的电气控制原理

机械闭锁装置的电气控制原理，是在就近取一组隔离开关的控制电源供防误闭锁装置的牵引电磁铁使用，并在回路中串接隔离开关一对辅助开关常闭节点Q3，作用是限定防误闭锁装置启动的前提条件，即只有当隔离开关处于分闸状态时，Q3 才为连通状态，机械闭锁装置才能启用实现机械闭锁。另外要串入辅助开关节点Q1 和辅助开关节点Q2 组成的并联回路，Q1 为带电检测装置的闭锁输出节点，作用是在带电检测装置检测到隔离开关该接地侧带电时，该侧的机械闭锁装置的控制回路导通，启用机械闭锁。Q2 可为上级隔离开关的一对辅助开关节点，作用是当变压器上侧隔离开关处于合闸状态时，也可默认为本级隔离开关该接地侧带电，该侧的机械闭锁装置的控制回路导通，启用机械闭锁。

3 机械闭锁装置的结构原理

结合闭锁装置的使用场景及通用性，该装置采用结构合理、安装简单的全密封、免维护的牵引电磁铁结构，结构如图3 所示。

图3 机械闭锁装置的结构图

图3 中，1 为固定基座，用于固定在隔离开关构架上；2 为牵引电磁铁，用来实现机械闭锁的电气控制；3 为金属锁板抱箍结构，用来将机械闭锁的锁板固定在隔离开关垂直连杆上；4 为隔离开关构架，用于机械闭锁装置牵引电磁铁模块的固定。

防误操作装置结构主要由牵引电磁铁、金属锁板、固定基座、防护罩、接线端子、工作指示灯等组成，通过上述电气控制原理，满足防误操作装置启动条件时使牵引电磁铁动作，通过电磁铁芯轴上下运动与金属锁孔滑动配合，实现对接地开关垂直操作连杆的转动闭锁和解锁。

4 结束语

防误操作装置的研发立足于适应现有变电站的改造和新建变电站的要求，以自动型、在线式、高可靠为基本应用理念，满足电力系统复杂多变的运行方式的需要，从装置和技术措施上做到防误操作万无一失，概括起来讲，防误操作装置具备“四要素”，即：在线性、适应型、简易性、可靠性的基本功能，实现强制性防人为主观误操作的功能，从根本上杜绝“带电合接地刀”与“带接地刀送电”事件的发生。