石武10KV配电所高压柜闭锁浅析

摘要作为国家铁路的大动脉，京石武高速铁路对供电可靠性有很高的要求，而沿线10KV电力配电所是负责线路通信、信号以及电气化重要负荷的枢纽，10KV高压柜作为配电所的主要运行设备，闭锁功能是确保配电所安全运行、可靠运行和检修的重要措施；本文以高铁客专无人值守10KV配电所为例，对全封闭气体绝缘组合高压柜（GIS）自身具备的闭锁功能及组合柜与柜之间的闭锁功能特性进行介绍及分析。

关键词：石武高铁；配电所GIS；闭锁；安全运行

中图分类号：TM641文献标识码： A

石武高铁正式开始运营了，沿线配电所运转正常，有效的保证了一个安全稳定的电力运行环境；石武高铁客运专线电力系统沿线10KV配电所高压柜均采用SF6封闭式组合电器，统称为“气体绝缘开关设备”简称GIS，主要把母线、断路器、CT、PT、隔离开关、避雷器都组合在一起形成整体的电气设备，型号为ZXO金属封闭式气体绝缘智能化开关柜。下面以石武客专孝感北10KV电力配电所为例，将所内GIS设备闭锁功能做一个分析。

一、GIS设备间隔内部防误闭锁功能特性分析

高压柜自身的闭锁功能，一般又称为“五防”闭锁，即：

1）防止带负荷误拉、误合隔离开关；2）防止误拉、误合断路器；3）防止带地线或接地闸刀合闸；4、防止带电挂接地线或合接地闸刀；5、防止误入带电间隔。

1、防误闭锁方式

GIS设备闭锁方式有：机械闭锁、电磁闭锁、电气逻辑闭锁。

机械闭锁是开关设备操作机构的机械结构相互制约，从而达到相互联锁的闭锁方式。手动操作的三工位开关与本柜配套的断路器之间采用机械闭锁。

电磁闭锁电磁闭锁是利用断路器、隔离开关、断路器柜门等的辅助接点，接通或断开需闭锁的隔离开关、开关柜门等电磁锁电源，使其操作机构无法动作，从而实现开关设备之间的相互闭锁，如下图一至图四。

图一：闭锁状态的闭锁电磁铁图二：手动解除闭锁功能

断路器可合闸状态

图一：低压脱口器断电，铁心释放，断路器分闸图四：低电压脱口器手动解锁

三工位开关可操作状态

电气闭锁的基本原理则是在开关、刀闸、地刀电动操作控制回路中,依据正确的操作规则串入开关、刀闸、地刀的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。

三种闭锁方式各有优缺点，机械闭锁较为简单、易用，但灵活度不够，适用范围小，仅对手动操作的机构有效；电磁闭锁原理简单，使用也较为便捷，在干燥的室内环境可以使用，但往往电磁锁未能满足密封要求而受潮锈浊，在户外使用时会出现失灵的情况；电气闭锁特点是它的功能实现均在电动的操作机构上；优点是灵活性大，可以按照用户的闭锁要求进行逻辑编辑、配置，缺点二次回路较为复杂、维护和检修工作量较大，对触点的要求质量高。

孝感北10KV配电所GIS设备手动操作机构闭锁采用机械闭锁，另外断路器操作面板上有配机械钥匙锁：如果检修或不用时可将红色分闸按钮按下去后转动钥匙锁，取走钥匙即可闭锁断路器合闸操作；电动操作机构则采用电气逻辑闭锁，而断路器、隔离开关、断路器柜门等与操作机构间则采用电磁闭锁。

2、间隔内部防误闭锁原则：

以孝感北10KV配电所（图五孝感北10KV配电所主接线图）为例，本柜间防误闭锁原则如下：

1）隔离开关（9021）只有在对应断路器（902）分闸时才能操作；

2）隔离开关（9021）操作未到位，断路器（902）不能操作；

3）隔离开关（9021）只有在对应断路器（902）分闸时才能操作；

4）隔离开关（9021）操作未到位，断路器（902）不能操作；

5）隔离开关在对应接地开关开时才能操作；

6）母线接地开关必须在所有母线隔离开关全部拉开的情况下才能操作；

由于本所三工位隔开转换刀闸，设置三档（接母线、空档、接地），另外接地刀闸端设于电缆终端头端，母线不设接地刀闸，因此本所设计总能满足（5）、（6）。

3、本柜间其他闭锁原则：

1）手动操作隔离开关及接地开关时，电动控制自动解除；

2）隔离开关机械闭锁投入后，手动、电动操作自动解除；

3）SF6气体压力、油压、氮气压降低至标准以下，断路器被闭锁；

4）辅助电压断时，所有机械联锁仍起作用；

5）GIS装置手动操作上可以挂锁，由指定人员操作；

6）一旦防误闭锁装置失灵，可用专用钥匙解除；

7）三工位开关不在正确的位置时，KP1会闭锁电动操作，只有在正确位置并复位后才允许电动操作；

操作电源故障时，可进行手动操作，这时断路器的三工位开关为紧急手动操作方式，

图五：石武客专孝感北10KV配电所一次主接线图

8）原有的闭锁装置不起作用。紧急手动操作将背离正常的闭锁原则，即取消与操作室门的联锁，紧急手动操作没有误操作保护，可直接通过手柄和机械按钮进行操作。

9）机械防跳装置

防跳装置：断路器防误操作命令下再次合闸。如果没有防跳装置，当一个合闸命令和分闸命令（远方或就地）同时存在时，断路器将会持续不断地反复合、分闸；防跳装置保证了如果一个合闸操作后紧接着一次分闸操作时，前面的这个合闸命令不会引起第二次合闸操作，从而防止不理的情况发生。只有当第一次合闸脉冲解除后方可再第二次合闸；合分闸线圈采用安全型双线圈（每个脱扣器有一个动作线圈和保持线圈）设计脱扣器可长期通电而不会烧毁。

孝感北10KV配电所内高压柜除了具备以上GIS设备常用闭锁原则外，在前期施工调试过程中，根据实际运行环境增加了检测线路侧有压闭锁功能；由于石武客专郑州至武汉段沿线各10KV配电所贯通馈出柜同期功能均不投入，因此贯通馈出柜断路器合闸回路需要增加检测线路侧有压闭锁功能，当且仅当线路侧无压时，贯通馈出柜断路器才能进行合闸操作，该闭锁功能通过利用贯通馈出柜有源带带电显示器接点进行电气逻辑闭锁。

二、跨间隔的联锁功能特性分析

GIS设备跨间隔的联锁实现方式：通过类似小母线形式，将相关间隔的断路器和刀闸辅助接点进行串接或者并接方式，被闭锁对象利用重动继电器接点串入相应回来实现联锁逻辑或者实现部分逻辑。

为保证高速铁路的运行可靠，电力配电所按照要求，一般设计两个地方电源线作为铁路配电所的电源进线，两路电源同时运行，互为主备。为防止在运行过程中，由于其中一路因故障或者停电检修原因，两路电源设备在互相投切时发生误操作，需在所内跨间隔形成联锁，以孝感比10KV配电所为例（图五），具体如下：

机构配有机械防跳装置，可防止断路器在持续的机械或电气

1、电源一柜（2G）与引入与计量柜（1G）和主母互一柜（3G）的电气闭锁：

即当1G引入与计量和3G主母互一的三工位开关（9025、91X1）在合闸位置时才能合2G电源一的断路器(902)；当2G电源一的断路器(902)在分闸位置时才能分1G引入与计量和3G主母互一的三工位开关（9025、91X1），如果2G电源一的断路器(902)在合闸位置，1G引入与计量和3G主母互一的三工位手动和电动操作（9025、91X1）都被闭锁。

2、电源二(21G)与引入及计量(22G)和主母互二(20G)的电气闭锁

即当22G引入及计量和G20主母互二的三工位开关(9045、92X1)在合闸位置时才能合G21电源二的断路器（904）；当21G电源二的断路器（904）在分闸位置时才能分22G引入及计量和20G主母互二的三工位开关(9045、92X1)，如果21G电源二的断路器（904）在合闸位置，22G引入及计量和20G主母互二的三工位(9045、92X1)手动和电动操作都被闭锁。

3、母联（4G）与电源一（2G）和电源二（21G）的电气联锁：

三投二联锁，即这三台柜子只能合两台

4、母联（4G）与联络（19G）的电气联锁：

只有19G联络的三工位开关（9002）在合闸位置才能合4G母联的断路器（900），只有4G母联的断路器（900）在分闸位置才能分19G联络的三工位开关（9002）；如果4G母联的断路器（900）在合闸位置19G联络的三工位（9002）手动和电动操作都被闭锁。

5、综合调压器（15G）与综合贯通母互（14G）的电气联锁：

只有14G综合贯通母互的三工位开关（94X1）在合闸位置、才能合15G综合调压器的断路器(928)，只有15G综合调压器的断路器(928)在分闸位置、才能分14G综合贯通母互的三工位开关（94X1）；如果G15综合贯通调压器的断路器(928)在合闸位置，则14G综合贯通母互的三工位（94X1）手动和电动操作都被闭锁。

6、一级调压器(8G)与一级贯通母互(9G)的电气联锁：

只有9G一级贯通母互的三工位开关（93X1）在合闸位置,才能合8G一级调压器的断路器(918)，只有8G一级调压器的断路器(918)在分闸位置、才能分9G一级贯通母互的三工位开关（93X1）；如果8G一级调压器的断路器(918)在合闸位置，则9G一级贯通母互的三工位（93X1）手动和电动操作都被闭锁。

7、1G、22G引入及计量, 3G、20G主母互一/二, 9G、14G综合/一级贯通母互柜，19G联络的三工位接地操作的闭锁：

只有带点显示器PU判断电缆不带电时PU触点11与14才会被接通，此时才能进行三工位的接地操作。

三、结束语

随着高铁飞速发展，铁路电力系统集控站计算机监控运行模式的发展，GIS电气设备的操作模式也变得种类繁多，如调度集控远程操作、就地遥控操作、就地手动操作、检修操作等，在设备操作点增多、监控远方操作范围大的情况下，结合变配电所运行条件及要求，通过设备间隔内及跨间隔的联锁保护设置，石武变配电所运行从带电直至调试运营开通，完全避免了带负荷拉隔离开关、带电合接地刀闸等恶性操作事故，设备得到了良好的保障。

参考文献：

【1】中华人民共和国能源部部标准高压开关柜闭锁装置技术条件【SD】318-89。

【2】刘雪飞。关于变电站“五防”闭锁装置的探讨【J】电力设备，2008，9（8）：58-60。

【3】邓世杰。完善变电站GIS组合电器五防闭锁的措施【J】电世界，2012，9（11）。