防止隔离开关误操作技术的研究

李 蕊，刘洪兵，侯 斌，陈文海

（云南电网有限责任公司昆明供电局，云南 昆明650000）

隔离开关是变电站最常见的一次设备之一，在分位置时，触头间有符合规定要求的绝缘距离和明显的断开标志；在合位置时，能承载正常回路条件下的电流及在规定时间内异常条件下的电流。变电站一次设备开展检修作业时，隔离开关可在需要检修的设备与其他带电设备之间形成明显的断开点，确保检修人员的作业安全，但是与断路器有所不同，隔离开关无灭弧装置，不能用于分合带负荷的电路，如若出现带负荷分合隔离开关的误操作，会在触头间产生电弧，对电网及人身安全造成威胁，因此运行人员进行操作时，严禁对隔离开关进行误操作。

1 隔离开关防误操作闭锁模式

为避免电气误操作事件的发生，电网公司制定了各类规章制度规范运行人员的行为，电力企业落实安全工作规程要求，运行人员进行一次设备停复电操作时，严禁带负荷拉（合）隔离开关，严禁带接地刀闸（接地线）合断路器（隔离开关），严禁带电合（挂）接地刀闸（接地线），严禁误分（合）断路器，严禁误入带电间隔。各生产厂家从设备自身考虑，设计闭锁机制，确保运行人员操作有误时一次设备也能拒动，防止误操作事件的发生。

隔离开关、接地开关、断路器的防误操作措施主要有机械闭锁、电动形式隔离开关的电气闭锁、五防计算机配合五防锁三种模式，随着科学技术的发展，微机防误闭锁系统被广泛应用到了电力系统中。其中机械闭锁主要通过一次设备之间用相互制约和联动的物理连接来达到先后动作的闭锁要求，电气闭锁则依赖于设备之间的电缆连接，通过二次接线方式实现，然而微机防误闭锁系统可模拟变电站一次设备实际位置，开展模拟操作，解决了原机械闭锁和电气闭锁难以实现的复杂操作闭锁。

2 隔离开关误操作原因分析

目前，110 kV及以上电压等级变电站内隔离开关机械闭锁、电气闭锁、微机防误闭锁系统功能完好，运行人员按照操作制度及各有关规章制度进行操作，但误操作的事件仍有发生。引起隔离开关误操作的原因主要表现在人及设备两个方面，以下主要分析人和设备存在的问题。

2.1 隔离开关电动操作回路电路闭锁

隔离开关电动操作回路电路闭锁原理是利用电缆二次接线采集隔离开关、接地开关、断路器、线路电压监视继电器辅助接点，把这些采集到的辅助接地以串联的形式连接成一个闭锁条件，将串联好的电路设置在隔离开关的电动控制回路中，采集各隔离开关、接地开关、断路器、继电器的辅助接点反应的位置情况都满足条件时闭锁电路导通，相当于隔离开关的控制电路导通，解锁隔离开关操作电路闭锁，当采集各隔离开关、接地开关、断路器、继电器的辅助接点反应的位置情况有一个不满足条件时，其触点打开断开闭锁回路，最终让隔离开关的控制回路断开，相当于隔离开关的电动操作回路被闭锁，通过这种电路串联的方式最终实现隔离开关电气操作闭锁。

显而易见，这种方式存在着以下问题：当接线松动或接线错误时，闭锁功能会失效；修改闭锁逻辑需更改二次接线，施工困难；一个元件受多元件闭锁时需要敷设大量的控制电缆来实现闭锁功能，二次回路将变得较为繁杂，不利于运行维护，同时也埋下闭锁功能失效的隐患。

2.2 五防计算机配合解码锁闭锁方式

该方式原理为综合自动化五防计算机和后台监控计算机进行通信，由后台监控计算机将采集到的隔离开关位置、接地开关位置、断路器位置信息发送给五防计算机编辑闭锁逻辑，在五防计算器上实现一个电气间隔的操作流程闭锁，由运行人员在五防计算机上进行操作演练，其操作流程满足五防计算机的操作流程逻辑时五防计算机将对应的五防锁码传递到点解码钥匙上，最后由运行人员使用解锁钥匙，可一定程度防止设备误操作，但当人为跳过五防装置或接线错误跳过闭锁时，闭锁功能失效。

2.3 机械闭锁方式

该方式主要是在隔离开关接地开关机构供体的情况下，当隔离开关在合闸位置时，由隔离开关的机械限位装置限制接地开关的机械传动杆，隔离开关在合闸位置时不能合接地开关的闭锁，或者当接地开关在合闸位置时，由接地开关的机械限位装置限制隔离开关的机械传动杆，来实现接地开关合闸位置时不能合隔离开关的逻辑，这种闭锁方式是以隔离开关及接地开关隔离开关机械闭锁装置起作用时由机械限位完成防止误操作的逻辑，从原理上看，当机械闭锁起作用时，误操已发生，防止误操的行为由机械元件强行限位，此时机械防误操装置往往会损伤隔离开关或接地开关分合闸的传动轴，这种闭锁方式其实伴随着设备损坏的情况发生。

此外，随着变电站设备逐渐智能化、数字化，传统变电站内的隔离开关在运行中的弊端也逐渐显示出来：每个间隔的闭锁状态需专业人员检查一两次设备才能明确，闭锁状态显示不直观，人机交互功能较差；隔离开关闭锁信息由二次回路“硬”连接实现传递，但无法实现信息共享，不适用于智能变电站，随着数字型智能变电站技术的应用，对实现隔离开关防止电气误操作的技术提出了新的要求。

3 隔离开关误操作防范措施

为了避免隔离、接地隔离开关电气防误操，需控制电缆接线问题；简化闭锁电路繁杂度，简化隔离、接地开关的电气控制电路，提高设备维护工作的效率；直观显示受控隔离开关的闭锁、解锁、装置状态，实现隔离开关防电气误操作状态的可视化目的，需要提出一种新型的数字化可电动操作的隔离开关电气防误操作的技术，该技术主要由数字化的智能闭锁装置实现。

3.1 智能闭锁装置

智能闭锁装置由电源、LED信号灯、开关量采集装置、隔离开关智能闭锁装置、通信接口、调试接口组成。

电源模块输入为直流220 V输入，输出3 V直流电压，通过接口电路为逻辑模块、通信接口提供工作电源，输出12 V直流电压，通过接口电路供给开关量采集。

开关量采模块由光电隔离元件配置信号处理电路组成，由外部隔离开关位置辅助接点控制光电隔离元件的发光，采集隔离开关位置的数字状态，并通过接口电路把采集到的信息传递给逻辑判断模块进行逻辑判断。

通信接口是实现本就地装置、其他就地装置、图形显示单元的数据交换的通信接口，由具备光纤通信功能的收、发端口及信号转换电路实现，收到其他装置发送来的闭锁信息后，通过接口电路传递给逻辑判断模块，同时通过接口电路接收逻辑判断模块传递来的闭锁信息，通过发送端口向其他闭锁装置发送信息。

智能闭锁装置安装于隔离开关机构箱内，LED灯由绿色运行灯、黄色异常灯、红色闭锁灯、绿色解锁灯组成，就地装置正常时运行点亮、异常灯熄灭，自检故障时异常灯点亮，同时运行灯熄灭、闭锁灯点亮；智能闭锁装置由通信口及自身开关量采集到的信息量判断受控隔离开关在被闭锁状态时闭锁灯点亮、解锁灯熄灭；判断受控隔离开关无闭锁时，闭锁灯点熄灭、解锁灯点亮，智能闭锁装置设有通信接口，用于传递信息，调试接口用于调试计算机调取装置状态，将闭锁逻辑导入装置内。

智能闭锁装置需解决现场运行人员遇到的种种实际问题，同时能直观显示隔离开关的闭锁状态，以便运行人员实时掌握操作过程中的各电气设备状态。随着智能电网的日渐发展，人们越来越关注各类电气设备之间的信息共享，这就要求该装置具有组网能力以适应智能电网的发展需求。综合上述情况，设计了一种新型的隔离开关智能闭锁装置，装置结构如图1所示。

图1 隔离开关智能闭锁装置结构图

该装置主要由6部分组成，分别为：①电源模块，采用220 V直流电源供电；②信号模块，由于装置需长期在户外运行，环境较为恶劣，未设计液晶显示屏，避免因液晶显示屏故障而增加检修成本，而是直接点亮LED灯进行正常或告警指示，当收不到采集装置的信息时应告警输出；③通信模块，闭锁装置使用光纤网络组网在各装置之间进行闭锁信息的传输；④调试接口，就地装置设置调试口，用于闭锁程序的写入、读取；⑤功能模块，就地装置采集闭锁信息进行逻辑判断后，输出逻辑判断结果于被闭锁元件的电气操作回路中，以实现闭锁功能，基于设备安全运行角度考虑当就地装置失效时应告警、输出闭锁量防止隔离开关因闭锁装置误动；⑥开入模块，就地装置设置开关量采集功能，采集到的信息数字化后由网络传递给需要数据的设备。

3.2 装置功能实现

设计好隔离开关智能闭锁装置硬件后，研制上位管理机用于连接就地闭锁装置，实现在管理机上可读取闭锁装置状态，同时可制定就地装置的闭锁逻辑，并将逻辑下装至就地闭锁机中；当闭锁逻辑下装至就地闭锁机后，上位管理机可离线。

按照选定主接线方式选择线路间隔进行隔离刀闸防止误操作的逻辑编写，将闭锁逻辑写入就地装置，进行逻辑正确性验证，验证无误后调试各闭锁装置、上位机组网，以满足现场操作要求，这种方式解决了传统闭锁功能依赖二次接线程度高的缺点，闭锁逻辑依据实际主接线方式实时制定，装置简单可靠、安全性高。

此外，闭锁信息通过数字化网络传输，为信息共享提供方便，解决了传统二次接线闭锁方式不适用于数字化智能变电站的问题，同时采用装置失效后输出闭锁条件设计原理，保证装置失效后防止隔离开关误动的风险，保证设备安全运行，提高了电网设备的安全防控水平。

4 结语

变电站有电动操作的隔离开关，均可使用本装置实现闭锁功能，同时可推广至电动操作的接地开关使用，新装置简化了一次设备防止电气误操作闭锁回路的繁杂度，维护工作简单，提高了设备维护工作的效率；此外，新装置闭锁功能由程序实现，避免了因为二次接线不牢固造成的闭锁失效，提高了设备的安全性能。随着智能变电站数量的增加，应用数字化技术实现电气闭锁功能，为变电站数字化转型提供了设备及技术支持。