机械程序锁在电气设备上的安装和使用

2019-09-23王靖宇周玉权

水电站机电技术 2019年9期

王靖宇，吴迪，周玉权

（中国南方电网调峰调频发电公司清远蓄能发电有限公司，广东清远511853）

0 引言

电气误操作可能造成设备损坏、人身伤亡、大面积停电、电网振荡瓦解等严重后果，给企业带来了严重损失。常用的防误闭锁方式主要有4种：机械闭锁、机械程序锁、电气联锁和电磁锁、微机防误闭锁。一般机械闭锁只用于实现高压间隔内刀闸和地刀闭锁、中压开关柜内及相邻中压开关柜间开关设备的闭锁。电气联锁和电磁锁通过将开关设备的辅助接点连接到控制回路实现，成本较低，但是容易被短接解锁。虽然机械程序锁系统难以进行调整和扩展，难以实现整体的闭锁，需要多次来回置换钥匙降低了操作效率，需对锁具和闭锁机构进行改造或加装，但可以确保按照电气操作的基本原则和逻辑执行操作，且仅当上一操作顺序的设备操作到位后，用该设备的操作闭锁钥匙置换出下一步操作设备的操作钥匙，才能进行下一步操作，杜绝人为改变操作步骤的可能性。对于电气接线比较简单的系统，技术经济性比较往往优于微机五防系统。本文说明对锁具和闭锁机构进行改造或加装的方式，以及应用中的问题和解决方法，对于机械程序锁的设计和运维人员有较大参考意义。

1 安装和使用

1.1 500 kV GIS设备

清远蓄能水电厂500 kV GIS为厦门ABB高压开关有限公司ELK-3型，刀闸和地刀的操作机构上手动操作手柄插入孔处安装了开关厂家设计的锁具。锁具以两种不同的角度插入上锁，堵住了手动操作柄的插入孔，而无法手动操作。以“SERVICE”运行位置插入时，可以电气操作。以“REVISION”检修位置插入时，通过内部微动开关断开电气控制回路，无法电气操作。将操作手柄插入孔锁具解锁取下后，还需要按下插入孔旁边的一个按钮并满足电气联锁条件时手柄插入孔处盖板才会打开，保证了手动操作的安全性。

由于将锁具插入手柄插入孔来断开微动开关，可能因为微动开关未动作到位而电气联锁失效，所以设备隔离时将操作机构运动部件上锁更加安全。厂家可以提供锁操作机构转轴的手柄，但是由于手柄插入孔盖子由6个螺钉固定在操作机构上，不方便拆卸，而且安装该锁定手柄后无法安装插入孔盖子，可能导致机构内部电气元件受潮，故没有采用该方式。

机械程序锁厂家在刀闸和检修地刀操作机构手柄插入孔对侧的操作轴处安装了一个凹轮。刀闸配置了分闸位置锁，检修地刀配置了分闸位置锁和合闸位置锁。由于快速地刀没有相关的外露操作轴，所以没有安装机械程序锁。在分闸位置时，凹轮上缺口对着分闸位置锁锁舌。在合闸位置时，凹轮上缺口对着合闸位置锁锁舌。

因为电动操作时辅助接点断开操作电源的时刻和操作过程中的阻力略有差别，所以合闸和分闸操作结束后对应的位置有一定差别。另外由于锁具安装有一定尺寸偏差，所以凹轮上缺口所对应的角度不能太小，应能在合闸位置和分闸位置的最大及最小行程下均能上锁。为了满足安全性要求，缺口的角度也不能太大，在分闸位置时刀闸主触头往合闸位置运动受到锁具阻挡后，动静触头之间的间距应能满足雷击过电压下不击穿的安全隔离要求。这种安装方式下如果没有断开控制电源或者操作电源，未解锁的情况下操作刀闸或地刀会导致操作电机堵转，而配置的微型断路器选型需要考虑在电机启动电流下不动作，所以在堵转电流下不会动作，只有电机绝缘损坏短路时才会跳闸。在控制回路中增加操作时间监视继电器，超时时自动断开控制回路，或者编写操作票时将“检查对应刀闸或地刀的钥匙闭锁已解锁”作为一个单独的操作项可以避免损坏设备。

图1 500 kV检修地刀机械程序锁安装示意图

1.2 15.75 kV启动母线联络刀闸及两侧地刀

15.75 kV启动母线联络刀闸及两侧地刀为法国SDCEM公司SC300型。厂家设计上已经考虑了机械程序锁的安装问题。只需要在柜体合适的位置打孔安装锁具，将机械程序锁的锁舌对着操作机构凹轮上的凹槽即可。

1.3 15.75 kV发电机出口开关设备

15.75 kV发电机出口开关设备为ABB公司HECPS-3 S型。该开关设备上已经配置了刀闸和地刀合闸位置锁、分闸位置锁和电动操作方式锁。将相关钥匙和机械程序锁钥匙串在一个钥匙圈上以及通过钥匙交换盒，就和其他设备形成了联锁关系。

1.4 15.75 kV电压互感器小车

在互感器小车上安装了双动力锁，左侧为试验位置锁，右侧为工作位置锁。在小车柜子的底板上设置了锁孔与安装在小车上的锁舌配合。

图2 电压互感器小车工作位置锁和试验位置锁安装示意图

1.5 15.75 kV开关柜

清远蓄能水电厂15.75 kV开关柜为上海西门子开关有限公司8BK20型。有些工作任务安全措施需要将开关小车拉出至试验位置，有些工作任务安全措施需要合上电缆室地刀，所以在开关小车上设置了试验位置锁，在地刀操作孔上设置了操作孔锁。试验位置锁锁具通过支架固定，支架通过减速箱固定螺丝固定在开关小车上。试验位置锁孔通过螺栓固定在低压设备室底板上。由于试验位置锁安装在开关柜高压室内，容易在未解锁的情况下摇入开关小车而导致锁具变形，影响操作，所以应该采用带力矩限制的摇柄，或者编写操作票时将“检查对应开关小车钥匙闭锁已解锁”作为一个单独的操作项。

由于难以在地刀操作机构上安装锁具，所以将合闸位置锁和分闸位置锁安装在了操作手柄插入孔处，只能避免无意操作。

1.6 10 kV开关柜

清远蓄能水电厂10 kV开关柜为上海西门子开关有限公司NXAirS型和SIMOSEC 12型。NXAirS型配置了小车试验位置锁、地刀分闸位置锁和地刀合闸位置锁。由于锁具均在高压室正面柜门上开孔，所以安装了可以锁定的盖子以满足内部燃弧时的安全性要求，只在操作锁具时才打开该盖子。SIMOSEC 12型配置了锁具，通过挂锁锁上后，无法操作开关设备。

图3 上海西门子开关有限公司8BK20型开关柜小车试验位置锁安装示意图

图4 上海西门子开关有限公司NXAirS型锁具安装示意图

1.7 400 V框架式开关

清远蓄能水电厂400 V框架式开关为厦门ABB低压电器设备有限公司EMAX系列可移出式开关，可以选配分闸位置锁和试验位置锁。虽然分闸位置锁可以通过锁定分闸脱扣机构保持开关在分闸位置，但是试验位置锁可以保证动静触头有足够的绝缘间隙，安全性更高。

1.8 门锁

在门框上安装锁孔，在门叶上安装锁舌，与普通门锁相似。在中压开关柜、电气制动开关柜、中性点地刀柜、电压互感器柜、励磁变柜、厂高变柜、厂用变柜、励磁盘柜、电抗器护栏门和发电机风洞门上安装了门锁。

图5 厦门ABB低压电器设备有限公司EMAX系列开关锁具安装示意图

1.9 阀门锁

在机组CO2消防系统主放和续放出口隔离阀上安装了开启位置锁和关闭位置锁。

图6 阀门开启位置锁和关闭位置锁安装示意图

1.1 0 钥匙交换盒

如果是1把隔离操作前级钥匙置换出1把隔离操作后级钥匙，只需要将2把钥匙串在1个钥匙圈上就形成了联锁关系。钥匙交换盒用于多把隔离操作前级钥匙置换出多把隔离操作后级钥匙。

钥匙交换盒上机械程序锁在上锁状态下可以取走钥匙，在解锁状态下无法取走钥匙。顺时针旋转90°解锁，逆时针旋转90°上锁。

图7中K106和K107为隔离操作前级锁，在上锁状态下上方和左方各有一个缺口，K108和K150为隔离操作后级锁，在上锁状态下右方和下方各有一个缺口。

从图7中可以看出隔离操作时只能依次从左到右解锁前级锁和锁上后级锁。这样只有在前级操作完成后取得钥匙交换盒上所有前级锁的钥匙，才能将后级锁上锁，取出钥匙进行后级操作。解除隔离操作时只能依次从右到左解锁后级锁和锁上前级锁。

图7 钥匙交换盒内部结构

机械程序锁厂家只提供了锁具配置图和操作流程图，在纸质图纸上根据流程序号搜索下一步操作内容效率较低。钥匙交换盒一般布置在隔离操作后级设备附近，但是有时隔离操作后级设备有多个，布置在不同的区域，可能因为走错位置未找到钥匙交换盒而降低了操作效率。运行中心绘制了钥匙交换盒布置图，并将相关CAD图纸通过CCAD软件转换为所有文本均可搜索的PDF文件，放在手机等移动设备上，通过搜索钥匙号、钥匙交换盒编号和设备编号可以定位到图纸的相关部分，一定程度上提高了操作效率。