基于10kV母分防误回路设计缺陷及改进措施

基于10kV母分防误回路设计缺陷及改进措施

周俭华

（广东电网有限责任公司佛山供电局广东佛山528500）

摘要：文章通过某110kV变电站操作不当且“五防”回路不完善而发生一起10kV母分隔离柜烧毁事故分析，分析10kV母分防误回路设计缺陷，提出了改进措施，有效地消除事故隐患。

关键词：变电站；防误操作；设计缺陷；开关；改进措施

引言

在电力系统及工矿企业中，10kV配电装置普遍采用户内金属铠装移开式开关柜，其“五防”主要以电气闭锁为主，比固定式开关柜使用的机械闭锁复杂。如“五防”闭锁回路不完善，可能会危及人身、设备的安全，可靠性反而降低。某110kV变电站就曾因操作不当且“五防”回路不完善而发生一起10kV母分隔离柜烧毁事故。事故发生前，10kV母分间隔处于热备用状态，但母分隔离小车实际上未完全处于“运行位置”。随后母分开关合闸，母分隔离柜触头因接触不良发热，柜内绝缘降低，造成相间短路，而母分开关保护动作不能完全切除隔离柜侧的故障，故障持续时间较长，最终造成母分隔离柜烧毁、相邻的3只馈线柜受损。

上述案例表明现行的母分间隔电气防误回路不能防止类似事故的发生，需要对母分间隔电气防误回路加以改进。

110kV配电装置防误闭锁的要求

规程规定：凡有可能引起误操作的高压电气设备，均应装设防误装置，装置的性能和质量应符合产品标准和有关文件的规定。高压开关柜及间隔式的配电装置（间隔）有网门时，应满足“五防”功能的要求。

所谓10kV金属铠装移开式开关柜的“五防”功能就是指：防止误分、误合断路器；防止带负荷分、合隔离开关或带负荷推入、拉出金属封闭（铠装）式开关柜的小车隔离插头；防止带电挂接地线或合接地开关；防止带接地线或接地开关合闸；防止误入带电间隔[5]。在上述“五防”要求中没有“防止小车在中间位置时合闸”的规定，通常是靠运行操作规程来保证：在操作时通过观察小车位置，保证小车完全处于“运行”或“试验”位置，防止小车置于“运行”或“试验”位置之间的自由位置上。《DL/T969-2005变电站运行导则》第6.8.1.3条规定：小车开关推入“运行”位置前应释放断路器操动机构的能量，推入“运行”位置后应检查是否己到位并锁定；小车开关拉出在“试验”位置应完全锁定；任何时候均不准将小车开关置于“试验”与“运行”位置之间的自由位置上；小车开关拉出后，活门隔板应完全关闭；每次推入手推式开关柜之前，应检查相应断路器的位置，严禁在合闸位置推入手车。

虽然严格执行运行操作规程理论上可以杜绝误操作的发生，但误操作行为往往就是违反了运行操作规程，所以还需要在技术措施上加以防范。10kV铠装式开关柜的小车是在柜门关上后用丝杠传动操作的，开关柜本身没有小车位置指示，也无法直接看到小车位置，难以检查小车是否到位，因此必须从技术上杜绝人为误操作现象，从而保证人身和电网的安全运行。

210kV母分防误回路设计缺陷

10kV母分间隔一般采用电气防误闭锁，并形成了通用设计，其典型电气闭锁原理如图1、图2所示。图中：HL为带电显示器；S8为小车“试验位置”开关，小车在试验位置时该接点闭合；DSN为电缆室门电磁锁；SPC为电缆室门行程开关，门关上时接点闭合；Y0为小车闭锁电磁铁；S3为断路器辅助开关常闭接点，断路器分位时辅助开关常闭接点闭合。

图210kV母分隔离柜闭锁原理

上述典型的电气闭锁回路能满足母分开关柜的“五防”要求，设置的小车解锁条件还能防止人员在电缆室内工作时的误送电。但仍有不足：隔离小车位置与断路器操作没有闭锁关系，当母分隔离小车在自由位置（既不在试验位置，也不在工作位置，而是在中间位置）时，断路器也可以合闸。而在隔离小车未完全到达“工作”位置时断路器合闸，会造成母分隔离柜触头因接触不良发热或动、静触头间拉弧，发生类似事故。

310kV母分间隔防误回路改进

为防止类似事故的发生，母分隔离小车在自由位置时应闭锁母分开关合闸，经过对闭锁回路的理论分析和工程设计中的实践检验，可以采用2种方法实现这个闭锁功能。

3.1在合闸回路中实现开关闭锁功能

10kV金属铠装移开式开关柜单台开关柜本身有小车与断路器的闭锁功能，闭锁原理见图3。图中：S1为储能机构辅助开关常开接点；S2为合闸闭锁电磁铁的辅助开关常开接点；S3为断路器辅助开关常闭接点；S8为小车“试验/隔离”位置辅助开关常开接点（装在小车推进机构底盘内）；S9为小车“工作”位置辅助开关常开接点（装在小车推进机构底盘内）；Y1为合闸闭锁电磁铁；Y3为合闸脱扣器。

图410kV断路器合闸闭锁方法一原理

为了尽量减少配电装置的改动，没有采用“母分开关小车和母分隔离小车同时在“试验”位置或同时在“工作”位置才能合断路器”的闭锁逻辑，母分开关小车在“工作”位置、隔离小车在“试验”位置时也能合断路器。因此运行操作人员应注意：母分间隔从“冷备用”改为“运行”状态，在合断路器前应确保母分开关小车和母分隔离小车均已处在“工作”位置，避免出现母分开关小车在“工作”位置、隔离小车在“试验”位置时合闸的情况。

3.2固定操作顺序实现开关闭锁功能

10kV金属铠装移开式开关柜本身具有小车与断路器的闭锁功能，即开关小车只有在“试验”或“工作”位置时断路器才能合闸。如果母分隔离小车先与母分开关小车建立联锁关系，再利用开关小车与断路器的闭锁功能，可以实现母分隔离小车与母分开关的闭锁。具体闭锁逻辑为：

（1）母分开关小车解锁条件：母分开关在分闸位置、母分开关柜电缆室门关闭、母分隔离柜电缆室门关闭，母分隔离小车在“工作”位置。

（2）母分隔离小车解锁条件：母分开关在分闸位置、母分开关柜电缆室门关闭、母分隔离柜电缆室门关闭、母分开关小车在“试验”位置。

图5固定操作顺序的10kV母分间隔防误回路

（3）母分开关柜电缆室、母分隔离柜电缆室后门电磁锁解锁条件：母分开关小车在试验位置、母分隔离小车在试验位置。母分间隔由“运行”改为“冷备用”时，只能先拉出开关小车到“试验”位置后才能拉出隔离小车；母分间隔由“冷备用”改为“运行”时，只能推入隔离小车到“工作”位置后才能推入开关小车；这样就限定了母分开关小车、母分隔离小车的操作顺序，可以防止隔离小车在中间位置时合闸。按照上述设计思路的母分间隔防误回路原理见图5所示。图中：S3，S8，S9如前所述，1M，2M分别为母分隔离柜、母分开关柜的电缆室门行程开关接点，门关上时接点闭合；1MDS，2MDS分别为母分隔离柜、母分开关柜的电缆室门电磁锁；1Y0，2Y0分别为母分隔离柜、母分开关柜的小车闭锁电磁铁。

母分间隔从“冷备用”改为“运行”状态的操作过程：初始时开关小车、隔离小车均在“试验”位置，开关小车的S9和隔离小车的S9接通。当隔离柜电缆室门和开关柜电缆室门均关上（1M，2M通）时，断路器可以分、合操作，当断路器在合闸位置（S3断），开关小车闭锁电磁铁、隔离小车闭锁电磁铁不通电，开关小车、隔离小车不能操作；当断路器在分闸位置（S3通），开关小车闭锁电磁铁不通电，隔离小车闭锁电磁铁通电，只有隔离小车能操作。在隔离小车操作的过程中，隔离小车的S8和S9均未接通，断路器虽能分合操作，但开关小车不能操作，保持在“试验”位置，对电气一次回路的隔离没有影响；隔离小车操作到位后，隔离小车的S8接通，开关小车允许操作。开关小车、隔离小车都到达“工作”位置，断路器合闸，母分间隔完成了从冷备用改为运行状态的操作。

母分间隔从运行改为冷备用状态的操作过程：初始状态为开关小车、隔离小车均在“工作”位置，开关小车和隔离小车S8均接通。当1M和2M通时，断路器可以分、合操作，当断路器在合闸位置（S3断）时，开关小车闭锁电磁铁、隔离小车闭锁电磁铁不通电，开关小车、隔离小车不能操作；当断路器分闸后（S3通），开关小车闭锁电磁铁通电，隔离小车闭锁电磁铁不通电，只有开关小车能操作。在开关小车操作的过程中，由于开关小车的S8和S9均未接通，母分开关柜本身有开关小车与断路器的闭锁功能，断路器不能分、合操作。开关小车操作到“试验”位置后，开关小车的S8接通，隔离小车允许操作。在隔离小车的操作过程中，断路器虽能分合操作，但此时开关小车处在“试验”位置，对电气一次回路的电气隔离没有影响；开关小车、隔离小车都到达“试验”位置，母分间隔完成了从运行改为冷备用状态的操作。

由以上的操作过程分析可以看出：母分间隔从冷备用改为运行状态，只能先推进隔离小车后推进开关小车；从运行改为冷备用状态，只能先拉出开关小车后拉出隔离小车。隔离小车和开关小车的操作顺序是固定的。在整个操作过程中，图5所示的防误闭锁回路可以防止小车的动、静触头在未完全隔离或未完全接触时断路器合闸，达到了预期目的。

4结束语

在技术上防止小车（隔离开关）在中间位置时断路器合闸，能有效地消除事故隐患，确保电网设备的安全运行。提出10kV母分间隔防误回路的2种改进方法，解决了小车在中间位置时断路器误合闸问题，经过多个工程实际应用，取得了良好效果。该方法也可用于其他电压等级的各类间隔，如AIS或GIS配电装置出线间隔中断路器与二侧隔离开关的闭锁；在微机“五防”系统中通过增加相应的闭锁逻辑，也可达到相同的效果。

参考文献：

[1]赵玉成，姚剑峰，金山红，等.状态检修模式下隔离开关异常操作预案的创新与实践[J].浙江电力，2015，34（8）：21-24.

[2]吕理想，应军，陈红敏，等.110kV特殊内桥双线单主变接线及其备自投运行方式探讨[J].浙江电力，2014，33（01）：64-68.

[3]章恩科.6kV开关柜操作回路的分析与改进[J].浙江电力，2015，34（6）：49-51.

[4]DL/T969-2005变电站运行导则[S].北京：中国电力出版社，2006.

[5]顾拥军，皮卫华，杨乘胜，等.变电站防误装置应用分析[J].继电器，2005（33）：66.