浅析机械、电气、微机三种防误闭锁在中置式开关柜中的应用

谢铁波

（湖南开关有限责任公司 长沙市 410129）

高压开关柜的联锁是保证电力网安全运行、确保设备和人身安全、防止误操作的重要措施。GB3906《3～35 kV交流金属封闭开关设备》对此也作了明确规定。一般把联锁描述为：防止误分、误合断路器：防止带负荷分、合隔离开关；防止带电挂（合）接地线（接地开关）：防止带接地线（开关）合断路器、负荷开关：防止误入带电间隔。上述五项防止电气误操作的内容，简称“五防”。“五防”装置一般可分为机械、电气和综合三类。下面就电力系统中大量使用的KYN28-12型金属封闭铠装移开式开关设备（以下简称中置柜）的防误闭锁的设计做个简要阐述。

1 机械防误闭锁

（1）中置柜下门的联锁。

当中置柜设计成靠墙安装方式，在开关柜的前面维护，开关柜后面设计成后封板形式的情况下，中置柜的馈电柜前下门（电缆室门）联锁是通过接地开关操动机构实现的，当接地开关分闸时，接地开关操作杆上的凸轮使下门联锁机构中的销轴锁住固定在下门的舌板，使下门不能打开；当接地开关合闸时，接地开关操作杆上的凸轮将销轴下压，使销轴上的颈部位于舌板位置，舌板可以脱开销轴，下门可以打开。这一联锁实现了下门的安全防护要求：断路器闭合时，电缆室带电，接地开关不能合闸操作，下门不能打开，防止人员误入带电的电缆室；只有当断路器断开，接地开关合闸，电缆室不带电时才能打开下门进入电缆室。

在调试、维修时，在下门打开后而忘记关上的情况下，接地开关可以进行分、合闸操作，但断路器手车无法从试验位置进入到工作位置，保证电缆室不带电；必须按顺序先关好下门，再分接地开关，手车才能从试验位置进入工作位置进行合闸操作，以保证人身安全。该联锁机构的工作原理是：当下门关闭时，安装在下门的舌板推动推板从而带动支架装配上的轴销向后移动，接地开关可以进行分闸操作，接地开关操动机构联锁装置上的弯板可以自由复位，解除导轨联锁，断路器手车可以正常工作：当下门没有关闭时，支架装配上的推板和轴销因复位弹簧的作用又恢复至初始位置，接地开关可以分闸操作，但支架装配上的轴销阻挡了接地开关操动机构联锁装置上的弯板复位，导轨联锁得不到解除，断路器手车不能从试验位置进入到工作位置，保证电缆室不带电，保障人身的安全。

（2）中置柜后门的联锁。

目前大部分地区的变电站、配电房建筑面积都比较充裕，为考虑工程安装、检修和维护的方便，常常将中置柜设计成不靠墙安装方式。后封板改为两面铰链门形式，方便实现开关柜的前后双面维护。中置柜的后门通过一套接地开关操作联锁与后门的反向联锁机构装置实现的。该联锁机构主要由复位弹簧，锁套组成，在柜体锁套配合处开34×34方孔。该联锁机构的工作原理是：当后门关闭时，后门压缩锁套避开柜体上所开的34×34方孔，接地开关可以进行分、合闸操作。接地开关分闸后，锁套上的凸台与后门的开孔方向差90°，锁住后门，后门不能打开，防止人员误入带电的电缆室。接地开关合闸后，锁套上的凸台与后门的开孔方向一致，后门即可打开；当后门打开后，锁套在复位弹簧作用下向外滑动，滑至柜体上所开的方孔内锁定，此时接地开关操作轴因锁套锁定在柜体上而不能操作分闸。必须先关好后门方可操作接地开关，从而防止在调试、维修时，在后门打开后而忘记关上的情况下，合接地开关，合断路器，使人误入带电的电缆室的情况发生。

（3）底盘车与中门的联锁。

中置柜以其防护等级高，在电力系统中为大家所公认。开关柜的外壳防护等级为IP4X，断路器室门打开后为IP2X。以前的中置柜，因断路器室的门与断路器的操作没有相互联锁，当断路器在工作位置需进行手动储能、合、分闸时，要把断路器室门打开，人与带电体间的防护等级只有IP2X，存在安全隐患。如果此时高压回路有相间或单相接地等故障时，断路器操作合闸就有可能造成人身安全事故。解决这一问题的方法是，断路器室门的开闭能够对断路器手车位置进行控制。根据这一目的，现在的中置柜设计了一种底盘车方案，实现与柜门的联锁。当断路器室门打开时，不能捅上底盘车操作手柄摇动底盘车进入工作位置，只有关上断路器室门才能进入工作状态。当手车离开试验位置后，断路器室门被锁住，不能打开，只有退到试验位置，断路器室门才能打开。通过控制底盘车的位置以及与断路器室门的联锁解决此类问题造成的事故隐患。

（4）底盘车与断路器的联锁。

断路器在试验位置与在工作位置合闸后是一致的。底盘车与断路器合闸线圈及面板合闸按钮之间有个连片，通过连片的上下移动来实现断路器是否能进行合分闸。而底盘车在试验位置和工作位置移动时，首先要移动一下这个连片。如果合闸后连片会压下底盘车的丝杠将不能转动。实现联锁。

2 电气防误闭锁

（1）接地开关操作防误的闭锁。

历年来，大量电气事故的统计表明，人身触电伤亡和电气设备事故，往往与电气工作人员的技术业务水平有着直接关系。严格按电气安全工作规程操作，能有效减少并避免误操作事故的发生。但在实际工作中，往往会发生规程与联锁相互冲突的情况。例如中置柜的馈电柜出线侧装有接地开关，由于有联锁功能，开关柜的电缆室门在未合上接地开关前无法打开，以防止误入带电间隔。而规程规定只有确认线路无电后才能合接地开关，也满足“五防”联锁要求中“防止带电挂（合）接地线（接地开关）”要求，这样势必要打开柜门经验电确认线路无电后才能操作接地开关，规程与“五防”联锁要求相互冲突。

解决这一问题的方法是怎样在不开门确认线路是否带电，再确定是否能进行接地开关合闸操作。根据这种情况可以采取以下方案解决此问题。本方案在原接地开关操动机构联锁装置上加装闭锁电磁铁，通过与安装在开关柜上的强制型带电显示装置配合实现闭锁功能。

该防误闭锁的工作原理是：断路器分闸后退回试验位置，在进行接地开关操作前，先通过安装在接地开关上的三只传感器进行检测高压信号，将检测结果传递给强制型带电显示器，通过显示器内部的信号比较回路，分析高压回路是否带电（图1所示）。如高压回路不带电，即可解除显示器内部的闭锁接点（K1K2接点闭合），闭锁电磁铁的线圈回路接通电源，电磁铁的动铁心吸合，接地开关操动机构联锁装置的弯板打开，可以操作接地开关合闸；如检测的三相高压线路带电，强制型带电显示器内部的闭锁接点闭锁（K1K2接点断开），闭锁电磁铁的线圈回路电源被切断，电磁铁的动铁心因弹簧复位作用，阻挡操动机构联锁装置的弯板动作，不能操作接地开关，从而起到防误闭锁功能。在柜体右前侧板闭锁电磁铁动铁心位置，开一个直径16的圆通孔，作为在紧急情况下解除电磁铁的闭锁功能。

图1 高压带电闭锁回路

（2）无接地开关方案柜型的联锁。

前面所讲的开关柜前下门、后门等联锁方式都是通过接地开关的操作联锁机构来满足相应的联锁功能。但对于进线（联络）隔离柜、PT柜、计量柜等此类不带接地开关功能的柜型，我们又将如何解决 “五防”联锁问题？

下面以中置柜的一个典型的一次配置方案为例进行说明（图2所示）。1#为进线隔离柜，2#为进线断路器柜，3#为计量柜，4#为PT柜，5#为出线柜。从一次方案图我们可以看出只有5#柜带接地开关，我们可以按本文前面介绍的联锁装置来实现开关柜的各项联锁功能，而1#-4#柜没有接地开关，高压回路有电时，不允许开门操作，防止误入带电间隔，防止带负荷分、合隔离开关（插头）。作为计量柜，电力部门对其有特殊要求，正常运行时防止PT手车拉出后退出运行，电度表不计费，防止发生盗电。

图2 典型一次系统方案

解决上述问题方法是：高压主回路带电时，门不能打开：进线断路器合闸状态时，隔离手车不允许操作：正常供电时，计量柜内的PT手车不允许退出运行，防止盗电。根据以上要求我们在1#～4#高压开关柜的后门加装电磁锁，通过强制型带电显示器装置与电磁锁的配合来实现后门的联锁。电气原理图见图1（只需将电磁铁换成电磁锁即可），当柜内高压回路带电时，通过电磁锁实现后门闭锁，门不能打开：高压回路不带电时，电磁锁闭锁解除，门可以正常打开。前下门由于没有联锁机构，但可以在中置柜的左右中立柱加装中封板，用螺钉拧紧以防止误入带电间隔。而进线柜内隔离手车的联锁，可以通过闭锁电磁铁来实现联锁。在隔离手车上加装闭锁电磁铁，通过闭锁电磁铁来阻止底盘车的摇进摇出动作，闭锁电磁铁线圈回路从进线断路器引入一对并联接点 （断路器常闭的辅助接点和断路器手车试验位置接点并联，如图3所示）。当进线断路器手车在工作位置时，断路器合闸，辅助接点断开，电磁锁闭锁，隔离手车不能动作；断路器分闸，辅助接点闭合，电磁锁解除闭锁，隔离手车可以摇进摇出动作；当进线断路器手车在试验位置时，无论断路器合闸还是分闸，手车试验位置接点闭合，电磁锁解除闭锁，隔离手车可以摇进摇出动作；满足防止带负荷分、合隔离开关（捅头）联锁要求。计量柜内的PT手车为防止正常供电时人为退出运行进行盗电，通过取消中门PT手车底盘车的操作孔，并且在开关柜门加铅封锁，即可解决防盗电问题。

图3 进线隔离手车闭锁回路

（3）进线柜与分段断路器柜、分段断路器柜与分段隔离柜的联锁。

下面以中置柜的另一个典型的一次配置方案为例进行说明（图4所示）。1#为分段断路器柜，2#为分段隔离柜，3#为Ⅰ段PT柜，4#为Ⅱ段PT柜，5#为Ⅰ段进线柜，6#为Ⅱ段进线柜，7#～19#（单号柜）为Ⅰ段出线柜，8#～20#（双号柜）为Ⅱ段出线柜。此方案要解决两路电源短路及带负荷推拿隔离手车的问题。

图4 典型一次系统方案

首先，解决防止两路电源短路的问题。

进线柜与分段断路器柜的联锁是通过在断路器合闸回路中串联辅助接点来实现的。电气原理图见图 5～图 7。

先分析各断路器手车均处于工作位置的情况：对进线断路器而言，只有当分段断路器处于分闸状态，其常开辅助接点闭合时才能合闸，实现Ⅰ、Ⅱ段分别由各段进线柜供电；当其中某段进线断路器故障或电源停电时，先使该段进线断路器分闸，其常闭辅助接点闭合，常开辅助接点断开，而此时，另一进线断路器处于合闸状态，其常开辅助接点闭合，常闭辅助接点断开，为分段断路器合闸做准备，此时若隔离手车也处于工作位置，分段断路器就可以合闸，实现故障或电源停电段由正常段进线柜供电；如果Ⅰ、Ⅱ段进线断路器均处于分闸状态，分段断路器不可以合闸。

图5 Ⅰ段进线柜电气联锁

图6 Ⅱ段进线柜电气联锁

图7 分段断路器柜电气联锁

再分析各断路器手车处于试验位置的情况：因为断路器手车处于试验位置，主回路没有接通，断路器合闸回路不必联锁，允许合闸，所以在各断路器电气联锁回路中并联了该断路器的试验位置接点。

其次，解决带负荷推拿隔离手车的问题。

分段断路器柜与分段隔离柜的联锁是通过在分段断路器合闸回路中串联隔离手车工作位置接点以及在隔离手车闭锁电磁铁回路中串联分段断路器的辅助接点和试验位置接点（两接点并联）来实现的。电气原理图见图7、图8。

图8 分段隔离柜电气联锁

先分析分段断路器手车处于工作位置的情况：对分段断路器而言，除了前述与进线断路器的电气联锁外，还与隔离手车的工作位置进行了联锁；也就是说，当其中某段进线断路器合闸，而另一进线断路器分闸，且隔离手车已处于工作位置，分段断路器电气联锁回路接通，允许分段断路器合闸；如果分段断路器合闸回路不串隔离手车工作位置接点 （在隔离手车也未设计电气联锁时），那么在分段断路器合闸的情况下，若隔离手车在试验位置与工作位置之间切换，会出现带负荷接通和分段隔离手车的情况。

再分析分段断路器手车处于试验位置的情况：因为分段断路器手车处于试验位置，主回路没有接通，断路器合闸回路不必联锁，允许合闸，所以在分段断路器电气联锁回路中并联了该断路器的试验位置接点。

对隔离手车而言，当分段断路器手车处于试验位置或处于工作位置且分段断路器在分闸状态下，分段断路器手车试验位置接点接通或分段断路器常闭辅助接点闭合，若旋钮K1闭合，接通隔离手车闭锁电磁铁回路，允许对隔离手车摇进或摇出；因此时主回路均没有接通，不会出现带负荷推拿隔离手车的问题。

3 微机防误闭锁

微机五防锁原理：电编码锁安装在控制屏上，其典型闭锁回路如图9、图10所示。

图9 无同期闭锁回路

图10 有同期闭锁回路

微机五防闭锁是一种采用计算机技术，用于高压开关设备的防止电气误操纵的装置，主要由主机、电脑钥匙、机械编码锁、电气编码锁、状态监测器等功能元件组成。它们的闭锁是通过电气编码锁和机械编码锁来实现的。

4 机械 、电气和微机防误闭锁技术比较

4.1 实现方式

（1）机械防误闭锁。机械闭锁是靠开关设备操作机构的机械结构相互制约，从而达到相互联锁的闭锁方式。

（2）电气防误闭锁。电气二次防误闭锁回路是一种现场电气联锁技术，主要通过相关设备的辅助接点连接来实现闭锁。

（3）微机防误闭锁。微机防误闭锁系统一般不直接采用现场设备的辅助接点，接线简单，但是需要通过系统本身的接线进行连接，通过五防系统微机软件规则库和现场锁具实现防误闭锁。

4.2 性能优势和缺陷

（1）机械闭锁联锁方法简单、可靠、直接、有效,一般用于高压开关柜断路器-隔离开关-接地开关-柜门之间的联锁,应优先采用。但柜与柜之间的联锁很难实现。

（2）电气闭锁回路一般只能防止开关、隔刀和地刀的误操作，对误入带电间隔、接地线的挂接（拆除）等则无能为力。不能实现完整的“五防”。而且需要接入大量的二次电缆，接线方式较为复杂，运行维护较为困难，辅助接点设备不可靠，接线还不能保证长期的运行安全，需要定期维护，电回路本身的缺陷造成系统的不可靠性。

（3）微机防误闭锁系统可根据现场实际情况，编写相应的“五防”规则，可以实现较为完整的“五防”功能和杜绝不正常的操作行为发生。其优点是：智能化程度高、功能齐全、操作简单、扩充方便。其缺点是：

①非正常运行方式下,无法用电脑钥匙进行解锁，只能靠强制解锁。

②由于编码锁在户外，风吹日晒雨淋，容易生锈，所以维护量较大。

③其“五防”功能以操作逻辑为核心，是虚拟的。对于无票操作和误碰则有可能功能失效。

④微机“五防”系统存在“走空程”问题，这是微机“五防”系统在使用中不可忽视的一大问题，须引起高度重视。否则后果非常严重。在现场实际应用中，我们发现用电脑钥匙解锁过程中经常发生锁没有打开，而电脑钥匙的程序却已经走到了下一步的情况，此时只能靠强制解锁，这实质上“五防”已经形同虚设，根本起不到其应起的作用。

⑤修改闭锁规则和日常维护需由专业人员进行（目前完全依赖厂家）。使得设备换型，系统扩充等情况下，无法对装置内部的闭锁规则库及时进行修改，很多时候只能动用万能解锁钥匙，使其防误功能大打折扣，同时一旦发生故障，无法自行解决，只能等待厂家来人处理，造成装置的长期的停用。

⑥在系统运作过程中，任何一个接点或者传感装置故障都会造成事故隐患，在微机系统故障而解除闭锁时，五防功能完全失去。

5 结 语

KYN28A-12 中置柜作为（3.6～12）kV 三相交流50 Hz的户内成套配电装置，由于具有体积小、结构紧凑、防护等级高、安装维护方便、手车互换性好、完全金属铠装及彻底分离、所有操作可在柜门关闭的状态下进行、安全可靠等优点，在电力系统中得到广泛应用，为现代电网建设发挥着重要的作用。本人结合工程实际，对产品防误闭锁的设计作了一个初步的阐述。随着计算机及网络通信技术的发展，变电站对防误闭锁的要求进一步提高，传统的防误闭锁的方式已不能满足要求，而目前的微机防误闭锁在功能方面还有待进一步完善和提高，但它毕竟是变电站综合自动化运用发展的方向。目前，在应用微机防误闭锁系统时，建议适当保留传统的防误闭锁的方式，是比较有效的防误闭锁措施。今后，功能不够完善的闭锁装置将被逐步淘汰，安全可靠的微机型数字逻辑防误闭锁装置将会得到发展和普及应用。

1 陈爱云.浅析电气防误闭锁与微机防误闭锁区别[J].高压开关，2011，（2）：21-22.