获取接地开关的状态更可靠的方式

1 介绍

在操作或维护中压开关设备时，人身安全至关重要。为确保作业区已等电位接地，在实施电气安装作业时，设备必须接地。

电气设备接地操作流程比简单关闭回路要复杂许多。在电气设备接地前，操作人员必须确保主回路已断电，需进行如下操作：

分闸主回路

隔离主回路

检查电压是否为零

在完成这些操作后，操作人员就可以实施接地操作了。在接触主回路部件之前，再次确认接地连接是否完好非常有必要，因为只有可靠的接地才意味着安全。

2 接地开关：安全设备

设备接地才可确保操作人员在进行中压开关维护时的安全，因而接地开关是严格意义上的安全设备。对于中压开关设备来说，有两种方法可以将主回路接地：

通过开关设备内的一体式接地开关

通过移动式设备

2.1 带短路关合能力的接地开关

一体式接地开关是否需要具备短路关合能力呢。目前，绝大多数一体式中压接地开关都有短路关合能力，符合IEC 62271-102 标准[1]，终端用户和设备制造商十分推荐这种接地开关。不同类型的接地开关有着不同的设计方案，但其主要的原理都类似，即通过弹簧驱动触头快速运动来实现短路关合的能力。这项短路关合能力是非常重要的，因为一旦出现接地开关在回路带电情况下误合，可以确保操作人员的安全。

2.2 便携式接地和短接设备

便携式接地和短接设备是完全可移动式单元，它可以供操作员进行现场安装，实现额外的接地操作。

对于维护操作来说，一旦加锁/警示操作完成，操作员就可以在开展维护作业前安装自己的便携式接地单元。

在一些地区，如北美，一体式接地开关尚未普及。因此，维护操作流程会因不同的便携式接地设备而有所不同。

3 如何获取接地开关的状态

3.1 获取接地开关的状态对于确保安全至关重要

获取接地开关状态对于确保安全至关重要，因为只有接地开关才能够实现作业区等电位。在需要实现等电位时，接地开关应当处于闭合位置；反之，当需要闭合主开关前，需要确保接地开关处于打开位置。

3.2 三种获取接地开关位置的方法

通过目测检查触头；

通过机械指示；

通过辅助开关。

IEC标准认可通过目测检查触头或机械指示设备来获取主触头位置信息。IEC 62271-1 通用技术规范 [2] 第5.12 款“位置指示”中最先明确地表述了这一标准。其他产品标准，比如有关隔离开关和接地开关的 IEC 62271-102 规范 [1] 参考了 IEC 62271-1还明确规定了一些其他要求。目前来说，人们普遍认为电气辅助开关无法提供有关触头位置的可靠信息，但是在一些远程情况下，客户还是会需要通它来获取接地开关状态。

4 获取位置信息的实用方法

4.1 触头可视

虽然 IEC 62271-102认为目测检查触头和机械指示两种方法可靠性相当 ，但是很多客户仍然倾向于通过目测检查触头来获取接地开关的状态。

4.2 机械指示

在中压开关设备或 GIS 设备中，机械指示越来越多地被用来提供接地开关 (或隔离开关) 位置信息。图 3 显示了在一个壳体内同时包含接地开关和隔离开关的典型中压开关。

5 关于可靠性

5,1 一些基于高压设计的传统观点

人们更倾向于通过目测检查触头来获取开关状态的原因并不难解释。

对于从电气工业初始使用了数十年的传统隔离开关和接地开关设计而言，目测是确保操作员安全的最简单的方法。这些设计通常包括铰接在三个立柱式绝缘子上方的旋转动触头，动触头与和另外三个位于其前侧的立柱式绝缘子顶部的静触头啮合 (参阅图 4)。直接目测是保证操作工人身安全的最直接的手段，这种解决方案也广泛应用于高压设备。

一些国家曾做出了明确规定。典型的例子就是意大利，自 1955 年至 1997 年修订法规之前，触头可视是强制性规定。

受高压开关设备的影响。对于高压设备来说，绝大多数隔离开关和接地开关仍然保持着老式的设计，触头在空气中缓慢地动作。

在上述的各种原因和出于本性的感觉下，操作人员会更倾向于通过目测检查触头来获取开关的状态。

5.2 对于可靠性的理解应该随着现代中压设备设计而演变

为了概括过去三十年中压开关设备设计的变革，我们首先确定两个基本趋势：

紧凑性：新断路技术 (SF6，真空)、新绝缘材料、新设计流程、测试和数据分析 (数字模拟、六西格玛流程等)

集成化：对于最新中压开关设备来说，最典型的案例是环网单元以及设备体积减小促成的多种相关应用。

这两个趋势促使设计师通常很难在一个集成了隔离和接地功能的中压开关设备上设置一个合适的供操作员检查触头位置的窗口。由于设备体积的减小，观察窗口将变的非常小。

因为设备尺寸减小了，观察窗口不得不随之变小 (图5)，透过窗口的光线也就变少，这使得操作员很难看清楚内部情况。不仅如此，现在的设计与传统型旋转触头结构有了很大的差异，观察者所看到的情况越来越复杂，必须借助指导文件才能理解。此外，不同制造商具有不同的设计，需要借助不同的指导文件来判断触头的真实状态，这很可能令操作员产生混淆，让他们对触头的位置产生误解。

此外，在设备的整个使用过程中，观察窗的可视度也是一个问题。观察窗的可视度主要受两个因素影响：

首先，对于气体绝缘设备，观察窗内侧会有灰尘堆积；这种灰尘无法清除；

其次，对于任何型号设备，如果使用了不恰当的清洁液来清洁观察窗。设备制造商通常会提供一些指导和建议给清洁人员，但是经验表明一些信息经常被丢失，对于那些经验不足的清洁人员，观察窗的清洁容易被忽略。

对于集成了隔离和接地等多种功能的中压开关设备来说，还可能存在其它可能危险的错误操作。通常来说，在维护操作中，隔离开关应该处于分闸位置而接地开关应该处于合闸位置，但是往往隔离开关触头和接地开关触头非常相似，不容易区分(图 6)。

当下，业界对于触头可视的支持言过其实。随着中压开关设备技术和设计的发展，触头可视在日常操作中会存在越来越多的不确定性。此外，在夜间、假日、雷雨天气、停电等严苛的故障排查环境下，可视触头的可靠性也值得怀疑，但是在这样的情况下，很快地确定设备是否已经正确配置，确保不会出现错误是很必要的。

5.3 机械指示系统的优点

机械指示系统包含一个由刚性部件组成的机械运动链，该链中不包含任何弹簧。对于接地开关或隔离开关来说，这种运动链包括了可移动触头。

这种机械指示设备的高可靠性是非常必要的，尤其是在确保接地开关处于合闸位置时。如果设备符合有关隔离开关和接地开关的IEC 62271-102 标准，那就表明设备具有较高可靠性。该标准的附录A 描述了主传动系统和机械指示系统的测试方法，尤其是在恶劣环境中的测试。在不同情况下，最高到 750 N的外施力，如位置指示器仍然正确地显示了移动触头的位置，那么该位置指示器就通过了测试。

其他一些理由能成为选择机械指示器的有力支持。

通过机械指示器，接地开关状态可从前面板直接观察。接地位置和隔离开关的标志已经过标准化，因此，任何人只要看一眼便能准确无误地了解隔离开关或接地开关的状态，甚至在几米外也能做到这一点 (图 7)。所有制造商通常都会在模拟图上使用这些标准化标志。

我们没有必要深入了解设备内部构造，也无需依赖操作员对于隔离开关或接地开关触头运动方面的专业知识。

过去数十年中，一些机构已经凭借经验选择参考机械式指示设备。

比如，在意大利，有关触头可视的强制性要求已在1997 年废止。

在法国，EDF（法国电力公司） 在上世纪90年代将机械式指示器规定为某些应用首选甚至是唯一的方案。在1995 年 10 月颁布的 HN-64-S-40 隔离开关和接地开关技术规范的第 5.105 款内 (24 kV金属密封式供电开关设备)[3]，法国机构 EDF 明文禁止通过目测检查触头来获取开关的状态。

6 标准调整

自 2001 年版第 62271-102 号 IEC 标准开始，标准包含了附录 A“位置指示设备的设计和测试”，该附录规定了确保位置指示设备安全可靠所需的设计要求和类型测试。

虽然该标准认可符合其要求的机械式指示设备是安全可靠的，但是它仍然将此类设备表述为“直接观察测点方法的替代方案”。这种措词显然是受到了历史做法的影响，在过去，标准的制定会参考高压技术专业知识。但是，随着最近数十年的中压技术进步，这种做法显然已经不适用了。如今，在修订产品标准过程中，中压开关设备设计变革已被考虑进去，一些严谨的替代性方案也逐渐被认可并实施[4]。

7 结论

如上文所述，了解中压接地开关或隔离开关状态的最可靠的方法就是查看前面板的机械式指示器，因为标准化的信息可避免出错。此外，为了确保设备的统一性，我们建议触头可视性应当完全从金属封闭式中压开关设备的设计中取消(不再作为一个选择考虑进去)，这样一来现场操作员就只能依靠机械式指示器来获取同类设备的同类信息，最大程度地保护了操作人员的人身安全的同时也推动操作流程标准化。

[1] IEC 62271-102 Ed 1.1 2012-02,交流隔离开关和接地开关.

[2] IEC 62271-1 Ed 1.0 2007-10,通用技术规范.

[3] HN 64-S-40 24 kV,户内高压交流金属封闭开关设备HTB/HTA Ed 4.0 1995, 10.

[4] IEC 62271-103 Ed 1.0 2011-06，额定电压在1 kV至 52 Kv之间的开关.