一起开关柜操作隐患分析及改进措施

李双伟

(国网江苏省电力公司检修分公司，南京　210000)



一起开关柜操作隐患分析及改进措施

李双伟

(国网江苏省电力公司检修分公司，南京210000)

开关柜应具备电气闭锁和机械闭锁功能，开关柜设计也出现了多种闭锁结构。分析了东源开关柜的闭锁逻辑，总结了开关柜五防闭锁存在的隐患，并针对东源开关柜五防闭锁逻辑回路中不完善的部分，给出了解决方案。

开关柜；手车摇杆；紧急分闸；五防闭锁

在电网运行中开关柜是操作较为频繁的一种高压设备，广泛运用于变电站35 kV及以下电压等级设备。开关柜(含柜内断路器)应具备电气闭锁和机械闭锁功能，以确保操作的正确性和防误性。随着电网的发展，开关柜的设计也出现了多种闭锁结构，本文针对东源电器的开关柜一起手车摇杆孔挡板隐患进行分析，并对该隐患提出了解决方案。

1　隐患情况

某变电站35 kV采用单母线分段接线，室内落地手车式开关柜单列布置。在运行中发现，2号主变变三侧302开关柜断路器手车摇杆孔挡板与断路器紧急分闸孔之间通过机械装置联动，按下断路器手车摇杆孔挡板即等同于紧急分闸操作。

2　传动原理

经过现场检查， 2号主变变三侧302开关间隔开关柜型号为KYN，断路器型号是VED4，生产厂家为江苏东源电器集团股份有限公司，生产日期是2011年1月1日，投运时间是2011年5月31日。东源VED4断路器机构箱如图1所示。

图1　东源VED4断路器机构箱

VED4断路器为弹簧操作机构，主要由储能机构、锁定机构、合闸弹簧、分闸弹簧、开关主传动轴和控制装置等部件组成。断路器机构提供分合闸按钮进行手动分合闸操作。断路器机构的主要部件如图2所示。

经检查发现，302开关柜面板上存在2个操作孔(见图3)，左上方圆孔为断路器手车摇杆操作口，右边圆孔是紧急分闸口。

图2　开关柜面板操作孔

图3　开关柜操作孔

(1)断路器手车摇杆操作口的作用：在断路器处于分闸情况下，打开开关柜门，按下摇杆操作口挡板，插入并摇动操作摇杆即可将断路器手车在“工作”位置、“试验/隔离”位置之间移动。

(2)紧急分闸口的作用：在紧急情况下，通过将专用操作工具插入紧急操作孔并摇动使断路器分闸。

紧急分闸机械传动如图4所示，用专用工具摇动紧急分闸连杆，紧急分闸连杆通过传动拐臂将转动的力传递给闭锁连杆，闭锁连杆上升触动闭锁继电器上微动开关后通过闭锁继电器，再通过连杆传动至合闸掣子，合闸掣子脱扣释放预先已储能的分闸弹簧，主轴在分闸弹簧的作用下旋转并通过连杆传动至断路器本体绝缘拉杆将断路器分闸。

图4　操作机构机械传动原理图

3　原因分析

厂家为开关柜设置的防误操作逻辑是只有断路器处于分闸位置时，手车才能从“工作”位置移向“试验/隔离”位置。为避免在断路器合闸情况下误将断路器手车从“工作”位置移向“试验/隔离”位置，设计将断路器手车摇杆孔挡板与紧急分闸口通过机械装置联动(见图5)，确保在插入手车摇杆时断路器处于分闸位置(见图6)。

由于复位弹簧的存在，无论断路器处于分闸或者合闸情况下，断路器手车摇杆孔挡板均挡住手车摇杆孔，需要手动按下断路器手车摇杆孔挡板才能够插入摇杆移动断路器手车。在按下挡板时，紧急分闸孔在机械联动装置的作用下和断路器手车摇杆孔挡板同步转动，将处于合闸位置的断路器分闸。

图5　机械联动装置

图6　断路器进出操作

在紧急分闸操作中，闭锁连杆需要通过闭锁电磁铁才能进行分闸操作(见图7)。进一步分析闭锁电磁铁的功能，发现该电磁铁没有串接其他任何接点而直接接入电源，在正常状态下励磁处于解锁状态(见图8)，失磁后闭锁住闭锁连杆不能分闸。电磁铁是否励磁与302开关分合闸状态无联系，初步分析认为该电磁铁不具备闭锁功能。

图7　闭锁状态电磁铁

图8　解锁状态电磁铁

经过咨询生产厂方技术人员，VED4型号断路器的闭锁电磁铁为通用设计，通过将闭锁电磁铁与出线地刀位置接点配合，同时闭锁电磁铁提供一副接点给间隔网门，实现网门与接地刀闸之间、接地刀闸与手车之间的闭锁功能。

对于柜内有接地刀闸且采用网门结构的出线间隔开关柜，闭锁逻辑如下：接地刀闸分位，闭锁电磁铁励磁处于解锁状态(可以紧急分闸、可以插入手车摇杆移动断路器手车)，同时闭锁电磁铁在网门电磁铁回路中的一副常开接点分开以闭锁网门；接地刀闸合位，闭锁电磁铁失磁处于闭锁状态(不能紧急分闸、不能插入手车摇杆移动断路器手车)，同时闭锁电磁铁在网门电磁铁回路中的一副常开接点闭合。即在合上接地刀闸后才允许打开网门，在分开接地刀闸后才允许移动手车，目的是防止打开未处于检修状态的间隔网门、防止在接地刀闸处于合位时移动开关手车。

对于柜内有接地刀闸且没采用网门结构的出线间隔开关柜，闭锁逻辑如下：接地刀闸分位，闭锁电磁铁励磁处于解锁状态(可以紧急分闸、可以插入手车摇杆移动断路器手车)；接地刀闸合位，闭锁电磁铁失磁处于闭锁状态(不能紧急分闸、不能插入手车摇杆移动断路器手车)。即在分开接地刀闸后才允许移动手车，目的是防止在接地刀闸处于合位时移动开关手车。

由于302间隔为主变低压侧开关，开关柜内无接地刀闸也没有采用网门结构，故闭锁继电器回路中无接地刀闸接点，也无需提供网门所需额外接点，该继电器失去原有设计的闭锁功能，同类型的还有35kV母联310开关、1号主变变三侧301开关间隔。

在闭锁继电器的下方有一个微动开关，作用为在移动断路器手车位置时闭锁断路器的分合闸回路。微动开关的闭锁原理：当断路器处于分闸位置，需要手动按下断路器手车摇杆孔挡板才能够插入摇杆移动断路器手车。在按下摇杆孔挡板时，通过机械联动装置的传动，闭锁连杆升起释放微动开关，通过串入断路器分合闸回路的微动开关接点闭锁分合闸回路。

分析得出，该类型开关柜存在隐患如下：由于机械联动装置的存在，在断路器处于合闸(分闸)情况下，按下断路器手车柜摇杆操作口挡板即等同于紧急分闸操作。对于非出线类型开关柜，闭锁电磁铁不具备实际闭锁功能，一旦电磁铁损坏将影响紧急分闸、移动断路器手车。

4　东源开关柜闭锁情况一览

对东源电器KYN型号开关柜进行了检查，东源KYN系列开关柜紧急分闸装置具有3种不同结构，紧急分闸口与操作摇杆挡板之间的机械联动装置仅在东源的VED4型号、梅兰日兰的SF1型号断路器中发现，另外两种结构的开关柜紧急分闸装置均与摇杆操作口独立。

(1)开关柜：东源KYN，断路器：东源VED4、梅兰日兰SF1，紧急分闸口与操作摇杆挡板之间有机械联动装置(见图9)。

图9　有机械联动装置的开关柜

(2)开关柜：东源KYN，断路器：ABB HD4、厦门华电VD4。该结构开关柜的断路器紧急分闸口与手车操作摇杆口之间相互独立，手车操作口无闭锁挡板(见图10)。

图10　紧急脱扣装置独立的开关柜

(3)开关柜：东源KYN，断路器：厦门华电VEP4。该结构开关柜的断路器紧急分闸口与手车操作摇杆口之间相互独立，且手车操作摇杆口有压板闭锁，紧急脱扣装置为旋钮式操作(见图11)。

图11　紧急脱扣装置独立的开关柜(手车操作口压板闭锁)

5　解决措施

针对东源开关柜断路器手车摇杆孔挡板与断路器紧急分闸孔之间通过机械装置联动的隐患，经过咨询厂家技术人员，该结构开关柜为老式结构，现已改进为图11所示结构，采用摇杆操作口与紧急分闸口完全分离的设计，且摇杆操作口有闭锁压板，只有在断路器处于分闸状态下才能按下压板以插入手车摇杆移动手车。由于新旧开关柜机械结构的差异，将现有结构改进为分离式结构并带闭锁功能有较大困难。对于非出线间隔断路器的闭锁电磁铁不具备实际闭锁功能，考虑到主变间隔低压侧配置有独立接地刀闸，可将主变低压侧断路器侧接地刀闸位置接点引入闭锁电磁铁回路，以完善电磁铁闭锁功能。解决方案具体如下。

5.1方案一

(1)首先由运行人员在隐患开关柜的摇杆孔挡板处设置安全警示牌，警示“按下摇杆孔挡板为紧急分闸操作”。

(2)结合停电检修工作或者申报停电计划，将主变低压侧断路器侧接地刀闸位置接点引入闭锁电磁铁回路。

该方案的优点是不影响断路器手车摇杆孔的五防功能，拆除了不具备实际功能的电磁铁。缺点是按下断路器手车柜摇杆操作口挡板即等同于紧急分闸操作的安全隐患仍然存在，只能通过警示牌进行提醒。

5.2方案二

(1)首先由运行人员在隐患开关柜的摇杆孔挡板处设置安全警示牌，警示“按下摇杆孔挡板为紧急分闸操作”。

(2)结合停电检修工作或者申报停电计划，解除开关柜断路器手车摇杆孔挡板、将主变低压侧断路器侧接地刀闸位置接点引入闭锁电磁铁回路。

(3)对已解除摇杆孔挡板的开关柜移除“按下摇杆孔挡板为紧急分闸操作”警示牌，装设“移动手车前必须确保断路器在分闸位置”警示牌。

该步骤的优点是实施改造后移动断路器手车无需打开开关柜柜门，且不影响开关柜面板上的紧急分闸孔功能，拆除了不具备实际功能的电磁铁。缺点是解除挡板后操作断路器手车不会联动紧急分闸丝杆，使断路器手车摇杆孔失去五防功能，在断路器处在合闸状态时不能闭锁移动手车操作。

综合考虑，为了保证不发生带负荷拉刀闸误操作事件，推荐采用方案一进行处理。

(本文编辑：赵艳粉)

Risk Analysis and Improvement Measures for a Switchgear Operation

LI Shuang-wei

(Inspection & Maintenance Branch, Jiangsu Electric Power Company, Nanjing 210000, China)

Switch cabinet should have the functions of electrical and mechanical locking, and switchgear design also presents a variety of locking structures. This paper analyzes the locking logic of Dongyuan switchgear, summarizes the hidden dangers existing in the switchgear five-defence block, and proposes the solutions to the imperfect part of the locking logic of Dongyuan switchgear.

switchgear; handcart rocker; emergency switching-off; five-defence block

10.11973/dlyny201604028

李双伟(1984)，男，硕士，工程师，从事变电设备检修工作。

TM591

B

2095-1256(2016)04-0525-04

2016-05-13