核电厂中压柜机械钥匙联锁研究与应用

吕伟峰，徐 龙

（1.中核辽宁核电有限公司，辽宁葫芦岛 125100；2.江苏核电有限公司，江苏连云港 222000）

0 引言

随着电厂用电容量的不断增大，电气设备交叉关联部分逐渐增多。厂用电运行时，运行人员操作范围大，工作设备操作频繁易导致误操作，为此，有必要拥有一套简单独立而功能完善的“五防”机械钥匙闭锁系统[1]。“五防”机械钥匙闭锁系统方法简单、可靠、直接、有效，特别适合多台柜或门之间的联锁，使操作人员易于识别、杜绝误操作[2]。因此在各大电厂得到广泛应用，特别在核电厂的应用尤为重要。

1 中压柜“五防”机械钥匙闭锁系统

中压柜五防功能主要阐述的是隔离开关、断路器与接地开关、柜门的机械联锁关系。对于某核电站来说，与变压器相关的最典型的机械锁联锁方案有以下两种。

1.1 变压器类型一的机械钥匙联锁

如图1 所示，变压器类型一应用于低压母线只有一路正式电源供电的配电方式，机械钥匙联锁机构采用单机械锁模式。若对变压器进行停电检修工作，需进行如下操作：先将变压器上游接触器开关断开并摇至试验位置，再将接地开关合闸，取下1#钥匙，此时变压器上下游均已断电，最后用1#钥匙解锁变压器柜门机械锁，打开变压器柜门进行检修作业，确保在变压器检修过程中安全无隐患。若需恢复送电，逆向逻辑操作即可。

图1 变压器类型一的机械钥匙联锁

1.2 变压器类型二的机械钥匙联锁

如图2 所示，变压器类型二应用于低压母线有两路电源供电的配电方式。正常运行时只允许正式电源供电，为防止两路电源同时对其供电，变压器类型二的机械钥匙联锁机构采用双机械锁模式。若对变压器进行停电检修工作，需进行如下操作：先确认应急供电电源开关已断开，取下钥匙1#，再断开变压器上游接触器开关并摇至试验位，将取下的1#钥匙插入接触器柜接地开关机械锁孔，将接地开关合闸，取下2#钥匙，此时接地开关锁定在合闸位置，最后用2#钥匙解锁变压器柜门机械锁，打开变压器进行检修作业。若需恢复送电，逆向逻辑操作即可。

2 中压柜钥匙联锁变更问题

2.1 中压柜钥匙联锁变更问题描述

图2 变压器类型二的机械钥匙联锁

在调试期间，由于低压侧设备的设计变更，原380 V 低压母线进线电源断路器机械钥匙联锁取消。380 V 低压母线正式供电电源6.6 kV 中压柜及变压器已按原设计安装调试完成。由于两路电源之间存在机械钥匙联锁，而另一路进线电源断路器机械钥匙联锁取消，导致正式电源的中压柜机械钥匙联锁功能不能正常实现，无法对中压柜接地开关进行分合闸操作。

2.2 中压柜钥匙联锁变更问题分析

针对问题展开分析，低压母线原设计有两路电源供电，为防止两路同时供电，采用双机械锁模式，属于变压器类型二的机械钥匙联锁模式。设计变更后，另一路进线电源断路器机械钥匙联锁被取消，只能采用单机械钥匙联锁方式，属于变压器类型一的机械钥匙联锁模式。

由问题分析可知，设计变更导致的两路联锁变为一路，问题解决的关键为两种“变压器类型”机械钥匙联锁之间的转换，即将双机械锁模式转变为单机械锁模式。

2.3 双机械锁与单机械锁结构的分析

从外观看，双机械锁和单机械锁在柜体的门板、右侧板、右前立柱、接地开关操作杆等均存在很大差异。

从结构上说，双机械锁在接地开关操作杆上有两个卡槽，分别连接对应的控制锁分锁合机构的连杆，通过机械锁钥匙1#、2#（图3）控制锁分锁合机构的动作，来实现控制接地开关的分合闸操作。锁分锁合机构之间存在互锁，两者不可同时动作。单机械锁对应的接地开关操作杆上只有一个卡槽，连接控制锁合机构的连杆，不存在锁分的机械机构。

图3 双机械锁与单机械锁对比（左双，右单）

锁分锁合机构是配合机械锁钥匙来控制接地开关进行分合闸操作的机械机构。锁分机构压片下压时，锁分钥匙可取出，此时接地开关被锁在分闸位置，接地开关无法合闸。锁合机构压片下压时，锁合钥匙可取出，此时接地开关被锁在合闸位置，接地开关无法分闸。单机械锁模式中只有锁合机构，双机械锁模式中既有锁合机构，又有锁分机构。

综上分析，虽然单双机械锁的内外部结构及闭锁的动作过程有很大差异，但二者在钥匙锁合锁分机构闭锁之间有相似之处，两者都含有锁合机构。若要实现“变压器类型二”向“变压器类型一”的转换，需中压柜的机械钥匙联锁满足“变压器类型一”的机械钥匙联锁功能。若要实现“变压器类型一”的机械钥匙联锁功能，可将开关柜内部双锁结构改造为单锁结构，也可整体对现场中压柜进行更换来达到改变钥匙联锁关系的目的，或可根据机械钥匙和锁分锁合之间的闭锁关系进行技术改造，固定锁分机构。

2.4 解决方案的制定和选择

根据2.1 和2.2 部分的设备问题分析结果，可以从柜体内部机械改造、整体改造和锁分机构固定等3 个方面考虑，得出以下3 种方案并进行筛选。

方案一，重拆柜体，更换内部联锁结构。拆除该开关柜与其余柜体的拼接、母线连接、基础焊接，将开关柜返回工厂。利用原有低压室、接触器小车、接触器分支模块，更换新的接地开关联锁机构，生产新的开关柜。该方案费用相对低，但周期长，严重影响工期进度。

方案二，柜体整体更换。厂家将新开关柜发送到现场后，再将现场的旧开关柜拆除，更换为新开关柜。该方案改造工期短，但新设备采购周期长，费用高，影响工期进度。

方案三，固定锁分机构。对锁分机构进行微改固定，使1#钥匙永久固定在开关柜上，当接地开关合闸时，2#钥匙可被正常释放，用于打开变压器室门。如此，双机械锁转化为单机械锁结构，实现了变压器类型一的功能。该方案不仅改造工作量最少、耗资最少，而且停电时间短，几乎不影响调试工作的正常进行。

经过对3 种方案的对比分析，从经济性、可执行性及对现场调试工作的影响进行考虑，认为固定锁分机构，使1#钥匙永久固定在开关柜上是最可行的处理方法。

2.5 处理方案的实施

开关柜在变压器类型二的方案基础上修改为如下方案：通过细微改造，将1#钥匙永久固定在开关柜上。该方案在功能上完全等同于变压器类型一。修改后的方案如图4 所示，方案具体实施步骤如下。

图4 改造后设计简图

（1）通知厂家从总公司额外采购对应的1#钥匙发往现场。

（2）现场通过细微改造，在锁分机构的中心部位钻一螺栓孔（M6 或M8 为佳），加装螺栓，使螺栓顶住柜体，锁分机构无法被按下，使得机械钥匙1#无法被取出，永久固定在开关柜上。

（3）锁分机构固定后，对功能进行验证，保证变压器类型一所有的功能都可实现。

该方案的实施避免了大量改造费用，同时不影响母线带电，不影响所有开关柜的正常使用及检修维护。无论从经济性、可行性，还是对现场设备的影响方面考虑，都是“最优解”。

3 结论

通过固定锁分机构，永久控制机械锁钥匙在柜体上的方法，解决现场中压柜下游技术变更而导致的上游钥匙联锁失效的问题。避免了大量改造费用，实现设备正常功能。该方法值得在高压开关设备改造中借鉴，可推广到其他工业领域。