浅析变电站10kV高压开关柜的机械联锁

浅析变电站10kV高压开关柜的机械联锁广东电网公司佛山供电局变电一部卢敏波[摘要] 介绍了10kV高压开关柜机械联锁的实现方式，分析了现行高压开关柜机械联锁实现过程中存在的问题和不足，并提出完备机械联锁的基本要求。

[关键词] 高压开关柜机械联锁完整性1 概述广东省内的110kV、220kV变电站的10kV配电设备基本上使用的都是金属封闭式开关设备，包括高压开关柜、高压PT柜、高压站用变柜等。

高压开关柜是变电运行人员最为频繁操作的设备之一，因此高压开关柜的“机械联锁”相当重要，是保证电力网安全运行、确保设备和人身安全、防止误操作的重要措施。

《3～35kV交流金属封闭开关设备》（GB3906—91）对此作了明确规定，此国家标准把“联锁”描述为：“金属封闭式开关设备应具有：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；防止再带电时误合接地开关；防止误人带电隔室等功能”，上述五项防止电气误操作的内容，简称“五防”。

“五防”装置一般可分为机械、电气和综合三类。

机械联锁是在高压开关柜的操作部位之间用互相制约和联动的机械机构来达到先后动作的闭锁要求，机械联锁在操作过程中无需使用钥匙等辅助操作，可以实现随操作顺序的正确进行，自动地步步解锁。

在发生误操作时，可以实现自动闭锁，阻止误操作的进行。

机械联锁可以实现正向和反向的闭锁要求，加之闭锁直观，强度高，不易损坏，检修工作量小，操作方便，运行可靠等优点，所以受到运行和检修人员的欢迎。

目前，市场上高压开关柜类型很多，大多数都有较完善的联锁方式。

但仍有不少高压开关柜的联锁尤其是机械联锁不完善，还不能完全达到“五防”要求。

为此，本文着重分析机械联锁的几个问题，供大家研究探讨。

2 有关机械联锁几个问题的探讨2.1 断路器与隔离开关的联锁实现方式众所周知，隔离开关无专门的灭弧装置，一般不能用来接通或切断负荷电流。

在固定柜中，断路器与隔离开关的联锁关系明确，即只有在断路器分断的情况下才能操作隔离开关。

例如在XGN2-12(Z)型高压开关柜中，通过闭锁功能手柄处在“分断闭锁”、“工作”、“检修”三个不同位置来进行各种操作：◆分断闭锁――断路器无法进行合闸，柜门处于关闭状态，可操作隔离开关和接地开关；◆工作――断路器可以进行合闸，柜门处于关闭状态，接地开关、隔离开关均无法操作；◆检修――（隔离开关已分闸，接地开关已合闸）无法操作隔离开关及接地开关，断路器可以进行分、合闸操作，柜门可以打开。

当需要操作隔离开关或接地开关时，必须将闭锁功能手柄转到“分断闭锁”位置，此时断路器一定处于分断状态，且无法合闸断路器，从而实现防止带负荷分、合隔离开关及误合断路器；当隔离开关已合闸，接地开关已分闸，需要合断路器送电时，闭锁功能手柄必须转到“工作”位置，一旦断路器合闸，闭锁功能手柄将被卡死，使之无法转动，从而实现防止误分断路器及带负荷分、合隔离开关。

固定柜中的隔离开关和断路器之间的机械联锁关系较易实现，为防止带负荷分、合隔离开关，常采用一个扇形撞块和圆板结构，与隔离开关的操作机构上的弹性定位锁配合，在断路器合闸时，圆板阻止定位锁拔出，从而防止带负荷分闸。

但手车柜的情况有所不同，手车进出实际上相当于固定柜中隔离开关的合分操作，因而对隔离开关的联锁要求同样适用于手车的进出要求。

当手车在试验位置与工作位置之间移动时，必须保证断路器处于分闸状态，不得合闸，即应具有所谓的“合闸联锁”。

在投运的各型手车柜中，“合闸”电气联锁一般通过将反映手车位置的行程开关接点串入断路器的合闸回路中来实现，而断路器手车的“合闸”机械联锁主要有以下几种方式：一是断路器合闸时手车进出被锁定，如西电三菱电机的10－VPR新型断路器，当断路器合闸时，手车被锁定在工作位置或试验位置而不能移动。

二是通过机械锁定装置阻止断路器合闸按钮被按下，或者是即使“合闸”按钮按下仍保证合闸传动部分保持不动，如VS1—12断路器，当手车运动时，合闸按扭被一弯板锁定而无法按下。

三是使半轴处于脱扣状态，合闸按钮按下时，断路器触头动作，但瞬时分断。

现行的部分手车柜中由于前两种“合闸联锁”不易实现，不得已采用第三种联锁方式，实际上第三种情况是不甚严密的。

当手车动插头处于接近工作位置时，其合闸瞬时脱扣情况与固定柜中隔离开关带负荷快速合分有相似之处。

尽管发生的概率很小，但仍有造成事故的可能性，最好避免使用。

2.2 断路器两侧的隔离开关的操作顺序XGN2-12Z型高压开关柜对断路器两侧的隔离开关的操作顺序规定如下：在停电时，先分下隔离（线路侧隔离开关）；在送电时，要先合上隔离（母线侧隔离开关）。

其作用是为了保证在万一发生错误操作时，能借助于断路器的保护作用尽量缩小事故范围，避免人为扩大事故。

停电时先断开线路侧隔离开关的理由是：如果停电中发生误操作，如断路器尚未断开电源，而先分隔离开关，造成带负荷拉闸；或者当分隔离开关时，又错分了不应停的线路隔离开关，都将引起弧光短路。

在上述情况下，如果先分线路侧隔离开关，由于弧光短路点在断路器外侧，所以开关的保护装置会动作跳闸切除故障，缩小了事故范围。

反之，送电时，如果断路器误在合闸位置，后合母线侧隔离开关时，等于母线侧带负荷送电。

必将发生弧光短路，而使故障扩大。

这种情况下，如先合母线侧隔离开关，然后再合线路侧隔离开关，就等于用线路侧隔离开关带负荷合闸，一旦发生弧光短路，由于短路点在断路器外侧，故断路器保护即可动作跳闸，切除故障，缩小事故范围。

因此送电时要先合母线侧隔离开关。

能按上述操作顺序分合隔离开关当然是件好事，但实际上要保证断路器两侧隔离开关严格按上述顺序操作是困难的。

对环网开关及母联开关来说，本身较难区分母线及线路侧。

对手车柜而言，则断路器两侧的触头是同时进出的。

如果电流互感器装于隔离开关外侧，则情况也会有所不同。

所以只有确实保证断路器与隔离开关之间的联锁可靠性，才能从根本上解决上述误操作隔离开关的问题。

2.3 《电业安全工作规程》与机械联锁要求的冲突历年来，大量电气事故的统计表明，人身触电伤亡和电气设备事故，往往与电气工作人员的技术业务水平有着直接关系。

严格按电气安全工作规程操作，能有效减少并避免误操作事故的发生。

但在实际工作中，往往会发生规程与联锁相互冲突的情况。

如KYN28A-12、XGN2－12Z/07等线路侧装有接地开关的高压开关柜，由于有联锁功能，开关柜的后门在未合上接地开关前无法打开，以防误人带电间隔。

但是规程规定只有确认线路无电后才能合上接地开关，这样势必要打开柜门经验电确认线路无电后才能操作接地开关，造成规程与联锁要求相互冲突。

为解决此类问题，可采用以下方法：一是线路侧加装带电显示，观察无电后合接地开关，或是在接地开关操作杆上加装电磁锁，确保线路有电时不能合接地开关。

二是在柜门上开缺口允许谨慎验电。

三是在后门上配装紧急解锁装置，由专业人员用专用工具解锁。

对此，第一种方法可操作性比较强，因为相当一部分高压开关柜的生产厂家在设计高压开关柜过程中已经把带电显示装置考虑进去；而且在中国南方电网有限责任公司企业标准（Q/CSG 1 0006-2004）《电气操作导则》第4.12.9条中提及：“对于不能进行线路验电的手车式断路器柜（固定密封开关柜）合线路接地开关必须满足以下条件：a）设备停电前检查带电显示器有电；b）手车式断路器拉至试验/分离位置；c）带电显示器显示无电；d）与调度核实线路确已停电。

”。

对于固定柜的操作方式，其实也可以参考这种方法。

2.4 主动式联锁与被动式联锁对于“五防”中的每项联锁要求，无论是固定柜还是手车柜，尽管其柜型、一次方案存在多样化，但都可以设计出各种方案来实现联锁功能。

归纳起来，机械联锁主要有两种形式，即主动式和被动式。

所谓“主动式联锁”是指在该种联锁状态下，若无正常的解锁条件，不会被解锁，从而保证误操作根本无法执行。

例如当断路器处于合闸位置时，机械上应保证隔离开关或隔离插头被联锁而无法操作，即使错误操作也不会产生不良影响。

“被动式联锁”是指在该种联锁状态下，可能由于非正常原因，出现解锁条件，使联锁解锁。

如在联锁状态下操作隔离开关或推拉手车，虽然隔离开关尚未动作或隔离插头没有产生位移，但由于联锁的存在而使断路器分闸，从而使隔离开关或隔离插头的联锁被解除，显然这种被动式联锁形式会引起断路器误分闸。

高压开关柜的设计中不希望采用“被动式”联锁，应尽量采用“主动式”联锁。

例如对于手车采用杠杆进出的开关柜，在断路器合闸状态下，机械上使手车进出摇柄的孔被封堵住，摇柄根本无法插进，当然手车也就不可能移动。

再如操动接地开关的插入孔设计成在允许条件下才被打开，否则，该插入孔被封堵，错误的操作就不可能实施。

现行使用的各类开关柜中，有不少机械联锁采用“被动式”联锁，随着开关柜设计水平的提高，应尽可能避免这种方式。

2.5 “五防”联锁的完整性国家标准中对于“五防”的要求，除了防止误分、误合断路器这一条允许提示性的方法外，其余联锁关系必须在开关柜结构中完备实现。

从开关柜的操作来看，每一项联锁要求，都在一定的操作程序中体现出来，因此不管是合闸程序还是分闸程序都要达到联锁要求。

2.5.1 防止带负荷分、合隔离开关一般情况下，固定柜基本上严格做到的断路器合闸情况下不能操作隔离开关，也就不存在带负荷分、合隔离开关的情况。

但在手车柜中，大多数产品如KYN36A－12Z（配ZN67－12型断路器）也能够达到在断路器合闸状态无法操作手车推进机构，但尚有部分产品仍采用“被动式”联锁及电气联锁，不能有效防止带负荷操作小车开关。

2.5.2 防止带电挂(合)接地线(接地开关)和带接地线(接地开关)合闸对于上述二项要求，单纯在同一台开关柜中基本能完整地实现。

其基本方式有三种，第一种是使用有一定程序要求的操动机构，使断路器、隔离开关和接地开关三者之间在任何程序下实现相互联锁。

第二种是将隔离开关的闸刀与接地开关共用，隔离开关完全断开时，闸刀刚好合在接地开关上，反之，隔离开关合闸时，闸刀必然断开接地开关，同时断路器与隔离开关又相互联锁。

第三种是采用一定的机械机构，当断路器合闸时，接地开关的操作轴被锁定或关闭其操作孔活门，当接地开关合闸时，断路器手动合闸被锁定，电动合闸回路被切断。

但是，上述二项要求有时并非要在同一柜子中而是要求在柜间实现，这时机械联锁往往不能满足要求。

2.5.3 防止误入带电间隔高压开关柜都要求有防止误入带电间隔的功能，但由于实际运行情况的复杂性，要完全实现该功能有一定的难度。

只有在接地开关合闸后，开关柜前、后门才可以打开，这在机械上往往较易实现。

但前、后门开启后要求接地开关不能分闸的要求却往往被忽略，在门开启后又分接地开关，有可能造成误入带电间隔的安全事故。