论煤矿供电网络中开关设备的五防设计原则

摘 要：简述了五防在电气开关设备中应用的意义，对微机五防、电气五防、机械五防在煤矿供电网络中的具体应用进行了分析、对比，查找出现阶段五防在应用中存在的问题，并结合几例五防改造案例，制定了整改措施，最终对煤矿高压供电系统的五防设计原则提出了整改建议。

关键词：五防;联锁;设计原则

1 五防的基本概念及其意义

我国早在20世纪90年代就通过《3～35 kV交流金属封闭开关设备》（GB 3906—1991）对五防联锁作出了规定：“金属封闭开关设备应具有：防止带负荷分、合隔离开关（隔离插头）;防止误分、误合断路器、负荷开关、接触器（允许提示性）;防止接地开关处在闭合位置时关合断路器、负荷开关等开关;防止在带电时误合接地开关;防止误入带电隔室等功能。”后又利用各项电力行业反措及安全工作规程对五防联锁的意义、功能、概念不断进行完善，通过各项规程来规避电气误操作的风险。

2 五防类型、应用及优缺点比较

通过机械闭锁、电气回路互锁、微机程序等方式可实现五防联锁。五防联锁功能既要满足正常操作及事故处理的合理性，还需兼顾接线简单可靠、便于维护的要求。此外，还要杜绝其对设备“开关分合闸”等关键电气性能构成影响。机械五防最为可靠，当采用机械闭锁无法实现五防功能时，才建议采用电气类联锁装置。

2.1    机械联锁特点及应用

（1）目前常用的五种型式为采用位置锁定型销挡柱（销）式，机械程序锁式，封闭操作条件挡板式，金属结构拉杆、连杆传动轴式，钢丝传动轴式。

（2）根据工作特点，机械联锁主要有被动及主动联锁。

被动联锁是指在闭锁状态下，操作隔离开关及手车时，即使触头实际未产生位移，但由于被动联锁保护的存在，隔离开关或隔离插头联锁保护触发，致使断路器误分闸。

主动联锁是指在合闸位置时，机械上应保证即使操作隔离开关，也无法进行分闸。当然，开关设备也不会出现误带负荷拉合隔离开关的现象。只有通过正常解锁操作，才能进行顺序操作。通俗来讲，即使发生错误操作也不会产生不良影响。

2.2    电气联锁特点及应用

现有电气闭锁的三种主要型式为电气式强制闭锁电磁锁型，回路条件、位置、运行程序互锁辅助接点型，电气位置计开合闭锁类位置联锁型。

电气联锁需通过二次线缆与开关设备辅助接点联接实现，闭锁较为可靠。但由于接线较多、方式较为复杂，现场需引入大量二次电缆，运行维护起来较为困难。此外，根据工作原理，一般情况下其仅能规避开关、刀闸（含接地刀闸）误操作，对误拆、误挂接地线，误入带电间隔等现象无法规避，整个运行操作流程中还会出现重大操作失误。

2.3    微机五防特点及应用

微机五防厂家需在后台进入规则库，对五防后台各操作单元进行定义，并通过模拟操作实现闭锁。微机五防模拟操作無法通过时，现场将无法进行真实操作。微机五防装置主要由后台计算机、五防模拟显示屏、微机钥匙、机械编码锁等功能元件构成。设备厂家结合现场操作规程，在后台搭建过程中对断路器、地线开关、开关柜门等设备操作规则进行编制，利用微机软件规则库制订，与现场机械编码锁共同实现防误闭锁。且微机五防在现场不采用设备辅助接点，二次接线较少。

从现场实际运行情况来看，微机五防装置存在微机模拟屏死机、防误规则库错误、电脑钥匙传导不通、锁具编码错误、特殊操作或操作不当等问题，在正常运行情况下，尚可解决这些问题，但在事故处理或紧急操作时，只能紧急解锁操作。据统计，在紧急情况下微机五防装置操作执行不畅时事故率很高。

3 部分开关设备在现场应用中存在的问题及改造措施

3.1    案例一：设备五防功能与安全规程相互冲突

安规规定：在合接地开关前，需对线路侧电压进行再次确认，确认无电后方可操作。但KYN28A等金属铠装开关柜在未合接地开关前由于五防功能的设置，无法打开后柜门或电缆室门进行验电。设备五防功能与现场操作规程相互冲突，现场开关设备若存在此类矛盾，可采取以下措施：

（1）接地刀闸辅助开关串接电磁式装置，线路侧无电时方能进行拉闸操作。（2）出线电缆头并接感应装置，通过电气指示变化确认出线侧无电压后进行接地操作。（3）制订现场操作规程管理规定，进行接地开关操作时，主值班长向站长再次确认画勾后，方可进行后柜门打开操作，或在出线柜门上配备紧急解锁钥匙，经允许后进行解锁。

3.2    案例2：设备因素

供电公司矸井35 kV站6 kV开关柜柜型为GFC，开关后下柜门可以通过螺丝松开的方式操作，带电状态下容易误入带电间隔，不符合开关柜五防功能要求。因此对其加装机械锁（手车室内有机械锁钥匙，只有当其处于试验位置时，方能拔出，拿此钥匙到后柜门，打开机械锁），同时在下柜门加装了带电显示装置，在打开柜门前，运行人员可以先通过带电显示装置查看线路是否带电，防止下级双回路线路反送电。通过改造很好地完善了“防止误入带电隔室”此项五防功能。

3.3    案例3：功能方面的因素

古书院矿35 kV站35 kV间隔使用的隔离刀闸为平顶山天鹰电气设备有限公司GW4-40.5型产品，刀闸为CS17手力操动机构，未实现五防中“防止带负荷分、合隔离开关”的功能，隔离开关与断路器无互锁。通过加装成套电磁锁实现线路侧隔离开关、母线侧隔离开关与断路器间的互锁，如图1、图2所示。

DS为刀闸闭锁电磁铁，QF为断路器常闭触点。当断路器在工作位置时，电磁锁无电源，无法打开;当断路器在分闸位置时，QF闭合，电磁锁通电可打开，刀闸操作把手可以打开，转动实现操作，有效地避免“带负荷分、合隔离开关”。

4 设计原则

综合本文对微机五防、电气五防、机械五防在煤矿供电网络中具体应用的优缺点的分析、对比，得出以下设计原则：

4.1    移开式交流金属封闭开关柜设计原则

（1）开关柜面板应采取相应防护措施（电气指示），防止运行人员现场误分、合断路器。（2）应设置电气闭锁使断路器小车在工作位置时方可进行合闸操作。（3）进线、出线柜应装设带电显示装置，反映线路侧有無电压，并具备自检功能。当线路侧带电时，接地刀闸无法操作。（4）高压电缆室后柜门与接地刀闸之间宜采取机械闭锁，并配备紧急解锁装置。（5）开关处于合闸状态时，断路器小车应无法实现推进及拉出。（6）打开有可能直接接触带电部分的柜门应设闭锁，防止带电状态打开柜门。（7）当接地刀闸处于合闸时，断路器小车推入工作位置操作;当断路器小车处在试验与工作位置之间时，接地刀闸无法操作。（8）柜内低压总开关与站变柜内隔离手车应设机械或电气闭锁，使其停电操作顺序为先拉低压总开关，再拉隔离小车，然后再拉开站用变柜门，反之亦然。（9）应单独设置电气闭锁电源回路。

4.2    固定式交流金属封闭开关柜五防要求

（1）开关柜面板应采取相应防护措施（电气指示），防止运行人员现场误分、合断路器。（2）开关柜送电状态下，打开柜门有可能直接接触带电部分的应设闭锁，防止带电状态打开柜门。断路器合闸状态下应确保上下隔离开关不能操作。（3）进出线柜应装有能反映出线侧有无电压，并具有自检功能的带电显示装置。（4）隔离开关在合闸位置时应无法打开电缆室门，并具备紧急解锁功能。（5）断路器分闸后，才能进行隔离开关的分闸操作或接地开关合闸操作。（6）隔离开关操作应按操作顺序进行闭锁。（7）开关柜电气闭锁应单独设置电源回路，且与其他回路独立。

4.3    室外断路器、隔离开关分开式的室外开关间隔设备五防要求

（1）断路器操作机构箱应采取相应防护措施（电气指示），防止运行人员现场误分、合断路器。（2）当断路器在合位时，应有保证合隔离开关不能操作的闭锁，电气闭锁电源回路应为独立的。（3）隔离开关操作应按操作顺序进行闭锁。（4）主刀和地刀之间应有五防互锁功能。

5 结语

本文针对KYN28A、GFC、GW4-40.5等设备在实际运行中存在不满足规程、易误入带电间隔、无法实现“防止带负荷分、合隔离开关”功能等五防缺陷的改造实例，对三类设备的五防设计选型提出建议，对设备选型时的五防设计有一定的借鉴意义。

[参考文献]

[1] 3～35 kV交流金属封闭开关设备：GB 3906—1991[S].

[2] 电力安全工作规程 发电厂和变电站电气部分：GB 26860—2011[S].

[3] 防止电力生产事故的二十五项重点要求：国能安全〔2014〕161号[A].

[4] 国家电网公司.国家电网公司十八项电网重大反事故措施[M].北京：中国电力出版社，2007.

收稿日期：2021-01-08

作者简介：卢向毅（1985—），男，山西晋城人，硕士，工程师，研究方向：电气工程自动化。