GIS组合电器电气联锁回路及逻辑分析

罗军 皮志勇 罗皓文 严文洁(湖北省荆门供电公司,湖北荆门 448000)



GIS组合电器电气联锁回路及逻辑分析

罗军 皮志勇 罗皓文 严文洁
(湖北省荆门供电公司,湖北荆门 448000)

【摘 要】由于GIS设备具有占地小、设备运行稳定等优点被广泛采用。变电站GIS设备采用厂家自带的电气联锁和微机五防共同实现防误操作逻辑,不像常规AIS设备配置独立的五防挂锁,节约了电网投资,减少维护量,但GIS存在的电气闭锁安全隐患,必须引起我们的重视和广泛关注。本文分析了GIS电气联锁现状,重点对GIS设备电气联锁回路、逻辑的安全隐患进行分析,并提出的解决方案。对于今后新投GIS设备电气联锁提供了新的思路和参考,为GIS组合电器安全稳定运行提供了技术措施。

【关键词】GIS 电气联锁 安全隐患

1 概述

GIS组合电器GIS(Gas Insltated Substation)组合电器(以下称GIS)由断路器、隔离刀闸、接地刀闸、互感器、避雷器、母线、出线套管等组合而成，将上述高压电器和绝缘件封闭在金属筒内部充入一定压力的SF6气体作为绝缘和灭弧介质。具有占地面积小、元件全部密封不受环境干扰、运行可靠性高、运行方便、检修周期长、维护工作量小、安装迅速、运行费用低、无电磁干扰等优点，特别适合在用地紧张的城市变电站、企业变电站、山区和污秽严重的地区使用。GIS设备主要采用厂家自带的电气五防闭锁和微机五防共同实现防误操作逻辑，不像常规AIS设备配置独立的五防设备，节约了电网投资，但GIS存在电气联锁回路和逻辑单一等安全隐患，必须引起我们足够重视和广泛关注。

2 GIS电气联锁原理及要求

电气联锁的基本原理是在GIS设备电动操作控制回路中，依据正确的操作规则串入断路器、隔离刀闸、接地刀闸等辅助接点进行相互闭锁。当违反操作规则时，则由相应设备的辅助接点切断该操作设备的控制回路正电源，禁止操作，从而达到防误操作的目的。与常规站不同，GIS设备的开关、刀闸、地刀均采用带电气闭锁功能的电动操作机构，所以联锁回路比较多，一般在厂家提供的图册里会有相应的间隔联锁回路原理图。在GIS中，本间隔闭锁回路对被控制对象的所有操作起作用，即“闭锁操作回路”；在跨设备的联锁回路中，基本都是“闭锁合闸回路”。

GIS以“间隔”为单位配置汇控柜，本间隔的闭锁回路是出厂前就已经接好了的，是将间隔内的断路器、隔离刀闸、接地刀闸及其它接点通过串接或者并接的方式实现闭锁逻辑或者实现部分逻辑；跨间隔联锁回路是在安装现场用控制电缆接线的，将相关间隔的断路器和刀闸辅助接点进行串接或并接方式，被闭锁对象利用重动继电器接点串入相应回路实现联锁逻辑或者实现部分逻辑。

《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》(修订版)》[国家电网生〔2012〕352号]文件第4.2.5条、第4.2.6条明确要求“成套SF6组合电器(GISPASSHGIS)、成套高压开关柜五防功能应齐全、性能良好，出线侧应装设具有自检功能的带电显示装置，并与线路侧接地刀闸实行联锁；配电装置有倒送电源时，间隔网门应装有带电显示装置的强制闭锁。”、“同一变压器三侧的成套S F 6组合电器(GISPASSHGIS)隔离开关和接地刀闸之间应有电气联锁。”GIS电气联锁的实现方式，决定了联锁功能固有的优点和缺点，但也存在的一部分电气闭锁安全隐患应该引起我们足够重视和广泛关注。

3 电气联锁回路及逻辑分析

3.1 联锁/解锁回路

部分GIS间隔内的设备控制回路经联锁继电器接点闭锁。当联锁开关置“联锁”位置时，继电器断电返回，如图1所示，控制回路经M1、N1电气联锁回路闭锁，当联锁继电器置“解锁”位置时，继电器回路接通励磁，动作后接点短接M1、N1联锁回路，间隔内的设备控制回路不经联锁回路闭锁。若继电器接点粘连，存在带电合地刀的恶性事故风险。

解决方案:拆除解锁/联锁继电器启动回路，使解锁继电器处于离线状态，GIS设备无论“远控”操作还是“近控”操作都经电气联锁回路。若GIS设备检修若需通过解锁继电器进行“解锁”，再恢复启动回路，检修完毕后再拆除。如图1所示，也可将“解锁/联锁”继电器增设一块压板，该压板正常运行时不投入，必须使用该继电器时，投入压板后再操作。

3.2 就地操作回路

部分GIS间隔控制回路就地控制开关公共端直接接于回路的正电源，若运检人员工作中误碰或接点绝缘下降，可能造成带电合地刀、带负荷拉刀闸等恶性故事的发生。

解决方案:在汇控柜就地控制回路中加装电码锁，操作时通过电脑钥匙进行解锁，如图2所示。解锁后，电码锁接通，运行人员可通过控制开关就地进行操作GIS设备。

3.3 电源空开回路

部分GIS间隔刀闸、接地刀闸控制回路电源未分设直流空开，正常运行时刀闸、接地刀闸控制回路长期带电，运行中存在误碰方式开关或继电器，造成运行设备误动风险。合闸电机回路仅采用分合闸继电器接点切断回路，若继电器接点绝缘下降可能造成合闸电机误动。

解决方案:根据GIS间隔内的设备配置情况，分设操作电源空开，保证GIS各设备的控制回路完全独立，当断开某单一设备控制电源时，不影响其它设备的正常运行，如图3所示。正常运行时断开刀闸、接地刀闸控制电源，防止误碰运行设备而造成误动。

3.4 重要联锁回路接点

部分GIS间隔重要电气联锁接点采用单接点，如联锁回路中断路器、隔离刀闸、接地刀闸等位置接点、远控/近控重动继电器接点，检无压逻辑的电压继电器接点。若这类重要联锁回路的接点因绝缘下降或接点切换不到位，将造成错误的联锁信息，不能有效的闭锁GIS设备的控制回路，存在误操作风险。

解决方案:将重要电气联锁回路的单接点改为双接点串联，如图4所示。减少单接点因损坏或异常造成错误的联锁逻辑，采用双接点后，增加了接点断弧能力，可有效延长接点的寿命，从而保证联锁信息的正确性。

3.5 线路侧地刀逻辑

线路侧接地刀闸检无压逻辑采用线路PT低电压继电器接点。一般变电站线路PT按单相式配置，一旦PT二次电压回路断线或者其它异常原因导致电压消失，GIS电气联锁逻辑将自动开放允许对线路侧接地刀闸的合闸，并且GIS设备具有全密封性能，无法方便的像其它常规站验电甚至无法验电，将极有可能造成带电合地刀的恶性事故发生。

解决方案:为防止线路PT二次回路断线，检无压逻辑接点返回，线路PT二次回路采用带辅助接点(开接点)，串联在联锁回路，如图5所示。当空开掉闸后，断开联锁回路。

3.6 母线侧地刀逻辑

操作母线侧接地刀闸时，必须保证母线与带电设备完全隔离，若因漏停某馈线开关后实际该母线带电加之辅助触点状态有误，将导致该母线侧地刀电气闭锁逻辑开放，而GIS母线根本无法实现验电等常规程序，将导致带电合地刀的恶性误操作事故

解决方案:将GIS母线侧接地刀闸电气联锁逻辑判据由判别所有母线侧隔离刀闸(含母联和分段开关)均在分位，改为判别所有母线侧出线隔离刀闸(含母联和分段开关，不含PT间隔刀闸)均在分位，并加入母线PT电压检测逻辑，二者通过“与”门关系实现该地刀的电气闭锁逻辑，若某回路仍然带电，PT电压判别为有压，将自动闭锁该地刀开放操作回路，从而避免了恶性误操作事故的发生。

3.7 主变侧地刀联锁逻辑

通常厂家设计主变侧地刀联锁逻辑时，采用主变侧刀闸分位加变压器无压逻辑，“与”门关系实现该地刀的电气闭锁逻辑，但变压器间隔没有配置主变侧PT，此处的无压判别根本与主变各侧的母线

PT电压无关。现场将无法取无压闭锁接点，甚至某些施工单位将该接点短接，这样该电气联锁就变成了“单一逻辑”判别，当主变侧刀闸接点粘连或绝缘下降时，主变侧地刀将无电气联锁。

解决方案:在主变高侧套管处加装高压带电显示装置，并将辅助接点串接在该刀闸联锁控制回路中，组成“与门”，实现该刀闸的电气联锁技术逻辑，如图6所示。

3.8 双母接线倒母操作联锁逻辑

对于双母接线的GIS设备靠母线侧刀闸(1G、2G)日常操作时，只有在断路器在分闸位置时才允许操作，而在倒母操作时，只有在断路器在合闸时才允许操作，这样一来母线侧刀闸，在日常操作与倒母操作时的电气联锁逻辑存在矛盾。

解决方案:因倒母操作时必须是在两条母线并列运行状态时才能进行，即母联间隔断路器及刀闸必须在合位。对于双母接线的GIS设备可利用这一特征来实现双母接线方式的电气联锁逻辑。

日常操作I母(II母)侧刀闸电气联锁逻辑:II母(I母)侧刀闸分、断路器分、线路侧刀闸分、本间隔相关地刀分、母线接地刀闸分等，之间通过“与”门关系实现该地刀的电气闭锁逻辑。

倒母操作I母(II母)侧刀闸电气联锁逻辑:II母(I母)侧刀闸合、断路器合、本间隔相关地刀分、母联开关及刀闸合等，之间通过“与”门关系实现该地刀的电气闭锁逻辑。

4 建议列入反措条款

(1)GIS组合电器汇控柜内断路器、隔离刀闸、接地刀闸控制回路电源空开应独立配置，回路间不应有任何电气连接，当某一设备的控制电源退出时不得影响其它设备的正常运行。(2)GIS组合电器的隔离刀闸、接地刀闸“就地控制”开关不得直接接操作正电源，需接入五防电码锁。(3)GIS汇控柜宜不设“解锁/联锁”方式开关，隔离刀闸、接地刀闸无论“远控”还是“近控”须经电气联锁回路。(4)在GIS组合电器的电气联锁回路中，用于启动联锁继电器的接点或闭锁控制回路的接点宜采用双接点串联，防止接点粘连造成电网事故。(5)母线侧地刀的电气联锁逻辑由判别所有母线侧出线隔离刀闸(含母联、分段开关)均在分位，并加入母线PT电压检测逻辑，二者通过“与”门关系实现该地刀的电气闭锁逻辑。(6)线路侧地刀的电气联锁由线路侧刀闸分位与线路无压检测逻辑，二者通过“与”门关系实现该地刀的电气闭锁逻辑，线路无压检测需有防二次回路断线的措施。(7)变压器侧地刀的电气联锁由高压侧靠变压器刀闸分位与主变无压检测逻辑“与”门关系实现该地刀的电气闭锁逻辑。现场设备不满足条件的，需加装带电显示装置，并将接点与高压侧靠变压器刀闸分位二者通过“与”门关系实现该地刀的电气闭锁逻辑，现场不得短接无压检测逻辑接点。(8)GIS设备的隔离刀闸、接地刀闸的电气联锁判据不得采用“单一逻辑”，必须经两个以上逻辑闭锁。

5 结语

本文对GIS组合电器电气联锁回路和逻辑进行了分析，并提出了解决方案，作者按照上述分析，对荆门地区4座配置GIS设备的变电站进行了排查，并进行了整改，取得了一定的效果。为此，提出了将GIS电气联锁列入反措项目的建议。希望能对于今后新投GIS设备电气联锁提供了新的思路和参考，为GIS组合电器安全稳定运行提供了技术措施。

作者简介:罗军(1965—),男,湖北荆门人,工程师,高级技师,大专,毕业于荆门大学,主要从事变电检修管理工作。皮志勇(1975—),男,湖北荆门人,高级工程师,高级技师,本科,毕业于三峡大学,主要从事变电管理工作。