变电站高压开关机构操作联锁方式研究

西安西电开关电气有限公司的研究人员段继洲、叶瑞等，在2014年《电气技术》增刊上撰文，介绍了高压开关机构操作过程中的电气联锁、机械程序锁联锁、触头状态监测、微机闭锁、机构挂锁、电动与手动操作的切换闭锁等联闭锁系统及方法。

高压开关设备作为变电站设备的主要组成部分，是电力系统中最重要的设备之一。在电力系统中它是隔断电路或接通电路的专用设备。一旦电力系统发生故障，还要求其中的断路器能可靠地切断短路电流，保障电力系统正常工作。

高压开关设备的机构必需按照变电站五防逻辑或电力系统的运行规程要求进行操作，才能保证设备及系统的安全运行。

一般来说，五防逻辑包括防止误入带电间隔、防止带负荷误拉（合）隔离开关、防止带接地线（接地刀）合断路器（隔离开关）、防止带电挂（合）接地线（接地刀闸）、防止误分合断路器等。而逻辑的实现方式包括电气联锁、微机闭锁、机构挂锁、电动与手动操作的切换闭锁等，甚至在有些应用场合，还规定了机构的操作程序，这就要求使用更加复杂的程序逻辑控制锁进行顺序控制。

同时，随着智能电网建设及智能开关设备的发展，用机构的行程位移及导体触头位置等更直接的方式来监测触头到位情况并实现联闭锁的逻辑控制，是新一代智能开关五防逻辑的另一种拓展形式，具有广阔的应用前景。

1 电气联锁

电气联锁作为装置之间的安全互锁方式,被大量应用于各行各业,在高压开关设备领域,电气联锁是高压开关电器设备中使用最多的一种连锁方式，其实现形式是通过机构辅助接点的串并联等方式,控制断路器、隔离开关、接地开关等机构的分合动作。

以隔离开关为例，其在电路中起隔离作用，其本身不具备灭弧作用，只能在没有负荷的情况下分、合电路。在五防逻辑中，隔离开关的操作要求是防止带负荷误拉（合）隔离开关、防止带接地线（接地刀）合隔离开关。

具体来说，以图1的主接线为例，其中隔离开关Q1、Q6A、Q61、Q62的分、合操作联锁逻辑分别为：

隔离开关Q1分、合操作的条件：接地开关Q15、Q16、Q51A、Q52A在分闸状态，断路器Q0A在分闸状态；

隔离开关Q6A分、合操作的条件：接地开关Q51A、Q52A、Q53A在分闸状态，断路器Q0A在分闸状态；

隔离开关Q61分、合操作的条件：接地开关Q51B、Q52B、Q53A在分闸状态，断路器Q0B在分闸状态；

隔离开关Q62分、合操作的条件：接地开关Q51B、Q52B、Q53C在分闸状态，主变低压侧地刀在分闸状态，断路器Q0B在分闸状态。

图1 3/2主接线形式

2 机械程序锁联锁

电气联锁规定了一种安全操作的必要条件，而机械程序锁则规定了一种操作顺序。其实现方法是通过给机构安装机械程序锁，对开关设备进行顺序控制。机械程序锁一般由锁头、锁舌、钥匙和钥匙交换盒组成，当锁舌伸出锁头时，机构将被锁定。

机构的锁定一般是通过锁定机构的机械传动轴来实现的，机构需要操作时，需将锁打开，使锁舌伸出机构的闭锁轴，这时机构可以进行电动操作。而要打开锁，必须从钥匙交换盒将钥匙拔出。以变压器出线为例，其主接线形式及操作顺序见图2所示。

图2 变压器出线机械连锁逻辑关系图

上述图中所示的机构操作顺序，以隔离开关机构A为例，首先应将A钥匙从钥匙交换盒拔出，A钥匙拔出的条件是G、C钥匙必须插入，即66kV设备的隔离开关C机构必须打开，38kV的断路器GHJ必须合上。而断路器GHJ合上的前提条件是22kV的断路器必须合上，所有的接地开关B、F、D必须分开。经过上述分析可知，如果要合A机构，其操作顺序是：分接地开关B、F、D→合断路器J→合断路器GHJ→合隔离开关A。

3机构挂锁

除电气连锁与机械程序锁以外，在操动机构上安装挂锁，也是一种比较简单的联锁方式，它一般是在操作机构上或者箱柜上安装特殊功能的锁具（见图3），这种闭锁方式对防止误入带电间隔或预防误进行手动操作的是非常有效的。

图3 机构挂锁

4电动与手动操作的切换闭锁

在开关设备中，检修维护状态下的防误操作也是非常重要的，一般来说，检修状态下必须保证检修人员的人身安全，这就要求现场检修时，电动操作必须被切断，其实现方式是在机构上专门设置一种电动与手动切换的微动开关，当进行手动操作时，手动操作工装孔挡板被打开（如图4），这时微动开关SP1处于打开状态，电气回路被切断，电动操作将被不容许。其电气原理及时序图见图5。

图4 手动操作挡板打开

图5 电动与手动操作的切换闭锁原理及时序图

5 微机闭锁

微机五防闭锁是一种通过计算机编程实现的一种闭锁系统。他是通过专用的计算机软件，将变电站的一次主接线通过仿真界面显示在微机显示屏上，并将图形数字化存储于数据库中，通过软件内嵌的逻辑，将变电站所有控制单元如断路器、隔离开关、接地开关、箱柜等，通过有线或无线网络，控制安装在设备上的专用锁具，形成变电站的闭锁系统。

目前为止，作为变电站的主要安全联锁方式，被大量使用。其系统组成见图6。系统操作流程图见图7。

图6 微机防误闭锁系统的组成

图7 微机防误闭锁系统的操作流程

6 机构行程监测联闭锁系统

随着近几年智能电网的发展，使用位移传感器对断路器、隔离开关或接地开关机构的行程位移进行在线检测，并同时作为机构的联闭锁参照，是近年来智能高压开关发展的新趋势。该技术是通过使用位移传感器采集并记录分闸、合闸过程触头行程-时间曲线，并对曲线进行分析，提取触头到位与否的信息，并将其作为联闭锁的必要条件。

7 导体触头状态监测联闭锁系统

隔离开关触头状态监测联闭锁系统是隔离开关在线监测的一个全新的领域，它是通过高清视频技术、夜视技术等采集用户关注的导体触头的开闭状况，并将其转化为视频及开关量信号，利用该信号进行机构联闭锁控制的一种技术。其原理图见图8。

该技术的核心是视频图像的分析技术,通过对视频图像进行分析，可以将视频信号变为可控制的逻辑节电输出,从而对机构进行联锁逻辑控制。该系统由于是直接使用导体的开合影像，避免了闭锁系统采用间接方式来实现的弊端。

图8 高压开关触头状态监测联闭锁系统结构图

8 结论

高压开关机构操作联锁是开关设备及变电站安全运行的第一道防线，关系着电网的运行安全，随着现代计算机信息技术、在线监控技术及网络科技的发展，开关设备的五防安全操作系统的形式将会更加多样，安全性能将得到更大的提升。