电动操作隔离开关控制回路设计分析与应用

孙亚辉

（福建省厦门超高压输变电局，福建 厦门 361004）

1 引言

随着变电站综合自动化水平的提高，电动隔离开关得到了广泛的应用。在超高压变电站中，220～500kV倒闸操作用的隔离开关中大都配置电动及手动操动机构，既能远方操作，又能在紧急情况下进行就地操作。在这种情况下，为了有效防止电气误操作事故的发生，保障电力系统的安全运行，对其控制回路进行分析研究具有重要意义。

2 典型回路设计

隔离开关控制回路大体上分为主控制回路和辅助控制回路两个部分，并且彼此独立设计。其中，前者为动力操作回路，后者包括位置指示、加热祛潮等，其原理及接线简单，这里就不再赘述。

2.1 单相操作方式

如图1（除虚线框外的回路部分），三相共用一个操作机构箱，通常装在B相，所有的控制回路都集中在该操作机构箱内，其他两相的操作由B相电机通过机械拉杆的带动来完成。隔离开关在分闸位置时，按合闸按钮接通合闸回路，并通过其自保持触点保持接通状态，直到行程开关将合闸回路断开，合闸接触器失磁，断开其自保持触点，合闸过程完成。分闸过程与之相同。

2.2 三相电气联动操作方式

在以往的设计中，三相操作回路分别独立设计，即每一相都设计一个独立的操作机构箱，且在每相操作机构箱内均设有分闸、合闸和停止操作控制回路，这种操作方式有以下几个缺点：

图1 单项操作方式

（1）操作结构需要更多的控制元件。

（2）电缆布线较多。

（3）单独操作时，需要在三相之间来回走动，操作不方便。

因此，目前，典型的三相电气联动操作采用图2（除虚线框外的回路部分）的设计方式，每相同样设计一个独立的操作机构箱，并有相应的控制元件，但总的分闸（SB1按钮）、合闸（SB2按钮）和停止（SB3按钮）控制回路集中在某一相（比如，图2集中在B相）。为了实现三相独立操作的功能，在该相（B相）中增加一个三相联动转换开关SBT3即可完成。SBT3有四个位置，如图3所示。

2.3 共性设计

（1）联锁回路

在分闸回路中串入合闸接触器的常闭触点KM 2，合闸操作时，合闸接触器的常闭触点KM 2打开，闭锁分闸回路。同理，在合闸回路中串入分闸接触器的常闭触点KM 1，分闸操作时，分闸接触器的常闭触点KM 1打开，闭锁合闸回路。这样就实现了分、合闸回路的相互联锁，以防止分、合闸接触器同时动作，造成交流电源短路故障。

（2）自保持回路

在正常情况下，唯有分(合)闸按钮或分(合)闸接触器的自保持触点在接通位置，才能使隔离开关完成分(合)闸过程，这是惟一必要条件。因而，电动操作中的分(合)必然是ab (ac)间短接[1]。若不设置该回路，必须始终按住分(合)闸按钮，一旦松开，必然会造成分(合)闸过程的中断，这显然是不合理的。

图2 三相电气联动操作方式

图3 三相联动转换开关位置关系

3 辅助功能的设计

3.1 手动操作闭锁

电动操作回路，由于某种原因不能电动操作时，在紧急情况下需要手动操作。因此，控制回路的设计中应当考虑这种情况的发生。为了保证手动操作时，不误引起电动操作回路的启动，造成人员的伤害和设备的损害，必须采取有效的防误措施。

（1）电磁闭锁

电磁闭锁是在操动机构中设置专门的电磁继电器，如图1，当切换开关SBT2切换到手动位置(图中未画出)时，电磁继电器带电励磁，其常闭触点DCS断开，解除电气操作回路，允许隔离开关进行手动操作动作。国内在电动操动机构中很少使用。

（2）限位开关闭锁

图4中，当操作把手9插入旋转轴后，把限位开关1的常闭触点8打开，从而断开了控制回路，允许隔离开关进行手动操作动作。

图4 常闭触点控制

图5中，当打开操作机构的门后，门控（限位开关）1的常开触点打开，从而断开了控制回路，允许隔离开关进行手动操作动作。这样就保证了只有关上该门，才能进行电动操作。

图5 常开触点控制

3.2 电机缺相运行控制

380V的三相电机在只有2相的情况下是，启动困难或不能启动，发出嗡嗡的声响。在运转中电机缺相是可以运行的，但电动机振动增大，声音异常，且另外两项要承担缺项的电流，所以极易因过流烧毁电机。为避免缺相运行情况的发生，可以在控制回路中增加缺相控制继电器（图1虚框中的R1、R2、R3）。但是，增加缺相控制后，若缺相情况若发生在操作过程中，会造成操作一半的时候，电机停止运转，从而引起电弧对隔离开关的持续放电。这是不利的。所以，通常不采用这种方式。

3.3 防误控制

电动操动机构中，隔离开关的操动闭锁机构多采用电气闭锁或程序闭锁(软件锁)。电气闭锁（图1、图2中的外部联锁）是在隔离开关的电气控制回路中，直接接入断路器、接地刀闸和隔离开关的辅助触点以达到闭锁的目的。程序闭锁是按照防误操作规则，将断路器、接地刀闸和隔离开关的辅助触点所传送的信息，经过计算机程序软件进行逻辑判断，传送给电脑钥匙，再把电脑钥匙插入电编码锁（DBS）（见图6）实现电气设备闭锁的功能，或经过计算机程序软件进行逻辑判断后，直接发出遥控闭锁信号，使得遥控闭锁继电器的常开触点（YBJ）（见图6）闭合，来实现电气设备闭锁的功能。在控制回路中，应以电气闭锁为主，辅以程序闭锁，两者结合起来，才能更好地实现防误操作，达到“五防”的目的。

4 问题探讨

4.1 遥控分、合闸和停止按钮的设置

当操作隔离开关时，操作人员站在隔离开关的下方进行操作，同时按照运行规程规定抬头注视动、静触头的运作过程并目测其是否到位，此时若发生支持绝缘子断裂，操作人员即使反应敏捷也难以逃出绝缘子的影响范围[2]。因此，需要在就地分、合闸和停止按钮旁并接遥控分、合闸按钮，以实现对隔离开关的远方控制。

4.2 隔离开关辅助触点的控制

因为在典型的控制回路设计中，通常依靠行程开关（图1中SP1、SP2，图2中SP3、SP4）来控制分、合闸回路的完成。但为了保险起见，分、合闸回路分别引入隔离开关的常开、常闭辅助触点，来实现二级闭锁。这样能有效地防止因电机无法停止运转，造成支柱绝缘子断裂事故的发生。

4.3 外部联锁

外部联锁即是通常所说的电气闭锁。

4.4 控制电源

控制电源不必单独设置，可以直接利用电机电源中的某一相来实现，例如把L1与W 1直接相连即可。单独设置控制电源和电机电源时，除了接线复杂一些，并无多大的意义。这是因为，若二者中有一路发生问题，即使另一路是可靠的，也不能对隔离开关进行操作。

4.5 防误闭锁装置位置的确定

如图6（a）把防误闭锁装置（电编码锁DBS和五防遥控闭锁继电器YBJ）直接接在电源回路中，实现对电源的防误控制，从而达到防误的目的。这种接线方式简单、直观。对于五防遥控闭锁继电器YBJ，由于它在进行正确的逻辑判断发出信号后，其常开触点会一直闭合，直到操作结束或人为干预接除。而对于电编码锁DBS，由于要人为的把电脑钥匙插入其中才能进行操作，且要用手不停的紧握电脑钥匙，否则，在电机运转的过程中，一旦电脑钥匙松动，就会造成控制回路的断电而使得电机停止运转，需要操作人员及时做出正确的反应，否则会引起电弧对隔离开关的持续放电。所以，对有装对于电编码锁的防误装置，通常不采用这种方式。

图6 防误闭锁的加装设计简图

如图6（b）把防误闭锁装置（电编码锁DBS和五防遥控闭锁继电器YBJ）接在分合闸按钮和接触器自保持触点KM 1(KM 2)之间，实现对防误装置的自保持功能，从而达到防误的目的。这种接线方式相对复杂一些，但能有效避免在操作过程中电机停止运转情况的发生。目前，大都采用这种方式。

5 现场应用

在500kV泉州变和厦门变的隔离开关完善化大修的过程中，220kV隔离开关操作回路采用了图1所示接线方式，但未加装电机缺相运行控制继电器，对于手动操作，也未采用电磁闭锁，而是采用图5所示的门控（限位开关）方式。500kV隔离开关操作回路采用了图2所示接线方式，同样未加装电机缺相运行控制继电器，对于手动操作，也是采用图5所示的门控（限位开关）方式。

无论是220kV隔离开关还是500kV隔离开关操作回路都加装的远方分、合闸以及停止按钮，实现了对隔离开关的远方操作；利用了行程开关以及隔离开关的常开、常闭辅助触点，来实现分合闸控制回路的二级保护闭锁，有效地防止了因电机无法停止运转，造成支柱绝缘子断裂事故的发生；采用电气闭锁（外部联锁）和程序闭锁(软件锁)的双重闭锁功能，有效地防止了误操作事故的发生；控制回路的电源直接引至电机电源中的A相，即把L1与W 1直接相连；防误闭锁装置采用如图6（b）的接入方式。

6 结论

（1）厂家在设计隔离开关控制回路时，应改进接线，留出防误闭锁装置的位置，以方便用户接线。具体做法：按图6（b）接线，在出厂时把T1、T2用短接片短接，由用户自己决定是否加装防误闭锁装置及其位置。若不加防误闭锁装置或按照图6（a）接线方式加入防误闭锁装置，不用再改回路即可。若按图6（b）接线方式加入防误闭锁装置，可以拆除T1、T2用短接片加入防误闭锁装置即可。这样有利于用户接线，并有利于接线方式的统一。

（2）随着微机防误系统的不断完善，可以改进外部联锁回路的接线方式。例如，对于双母线接线方式，在外部联锁回路中，可以省去文献[3]提到的隔离开关横向闭锁小母线GBM。对GBM的逻辑判断可以在“程序闭锁（软件锁）”中实现。这样就减少了电缆的布线。

（3）制造厂商，一定要重视分闸、合闸及停止按钮的质量。在实际操作中碰到因按钮接触不良或不能复位而造成的控制回路不通，甚至发生倒闸操作过程中自动返回的现象，往往都是按钮出现了问题。

（4）对新安装的隔离开关操作机构箱，在初次进行试分、合试验时，一定要注意先手动把隔离开关操作到半分合位置，以防电机反转而打坏隔离开关本体机构，造成严重后果。当遇到电机反转时，只要把电机三相交流电源的任意两相互调一下即可。

[1] 贠鹏.电动操作隔离开关自动分合闸的分析及防范措施[J].山西电力,2002(6).

[2] 王西平,白建青.电动操作隔离开关的远方控制方式[J].青海电力,2001(4).

[3] 秦明,杨宇.双母线形式下隔离开关闭锁回路的二次接线设计[J].吉林电力,2004(4).