浅谈变电站中的防误闭锁系统

【摘要】变电所的电气误操作事故，在电气故障中占有较大的比率，为了防止电气误操作事故的发生，一方面操作人员必须严格遵守“两票三制”，它是防止误操作的组织措施；另一方面要有完善的电气设备的防误闭锁装置，防误闭锁装置是保证电气设备安全运行，防止运行人员误操作的有效技术措施。

【关键词】变电站；防误闭锁系统；微机五防

1.“五防”的具体定义

“五防”功能系指：防止带负荷误拉、合刀闸；防止误拉、合开关；防止带接地线（或未拉开接地刀闸）合刀闸；防止带电挂接地线（或合接地刀闸）；防止误入带电间隔。

2.装设防误闭锁系统的意义

电气误操作事故严重威胁电业安全生产，为贯彻“安全第一、预防为主”的安全生产方针及“保人身、保电网、保设备”的原则，防止误操作事故的发生，确保电力系统安全运行，在操作二次回路上设置电气闭锁或者微机五防系统，已经成为防止误操作等事故发生的有效而可行的手段。装设防误闭锁系统的目的就在于防止误操作和误并列，防误闭锁装置实现闭锁的方式应是强制性的，装设联锁后，就可以保证必须按规定的操作顺序进行操作，否则就无法进行，从而有效地防止了误操作。

3.对防误闭锁系统的要求

在无数次血的教训面前，我国电力系统结合电气运行的实践经验，为有效防止运行电气设备误操作引发的人身和重大设备事故，早在上世纪90年代初就提出了电气设备“五防”的要求，并以法规形式行文规定了电气防误的管理、运行和使用原则。按“规定”，防误装置必须与主设备同时设计、同时安装、同时验收投运，凡有可能引起误操作的高压电气设备，均要求装设防误装置和相应的防误电气闭锁回路。

《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》中规定：4.2.3：防误装置电源应与继电保护及控制回路电源独立；4.2.4：采用计算机监控系统时，远方、就地操作均应具备防止误操作闭锁功能。利用计算机实现防误闭锁功能时，其防误操作规则必须经本单位电气运行、安监、生技部门共同审核，经主管领导批准并备案后方可投入运行；4.2.5：成套高压开关柜五防功能应齐全、性能良好。开关柜出线侧宜装设带电显示装置，带电显示装置应具有自检功能，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。防误闭锁装置要求结果简单、可靠、操作和维护方便，尽可能不增加正常操作和事故处理的复杂性。

《安规》中2.3.5.3条规定：高压电气设备都应安装完善的防误操作闭锁装置。

防误闭锁装置不得随意退出运行，停用防误闭锁装置应经本单位总工程师批准；短时间退出防误闭锁装置时，应经变电站站长或发电厂当班值长批准，并应按程序尽快投入。

4.传统的常规防误闭锁装置与现代微机五防技术

4.1 常规防误闭锁装置及其优缺点

常规防误闭锁方式主要有3种：程序锁、机械闭锁、电气闭锁。这些闭锁方式在防误工作中发挥了积极作用，经过多年的使用和运行考验，各种传统闭锁方式的优缺点均已充分显示。

（1）程序锁（或称机械程序锁）是用钥匙随操作程序传递或置换而达到先后开锁操作的要求。其最大优点是钥匙传递不受距离的限制，所以应用范围较广。程序锁在操作过程中有钥匙的传递和钥匙数量变化的辅助动作，符合操作票中限定开锁条件的操作顺序的要求，与操作票中规定的行走路线完全一致，所以也容易为操作人员所接受。

程序锁在使用中所暴露的问题是：①某些程序锁功能简单，只能在较简单的接线方式下采用，由于不具备横向闭锁功能，在复杂的接线方式下根本不能采用；②具有较灵活闭锁方式的程序锁虽然能满足复杂的接线，但在闭锁方案中必须设置母线倒排锁，使得操作过程十分复杂；③在大容量的变电站中，隔离开关分合闸采用按钮控制电动机正反转，而程序锁对按钮无法进行程序控制；④程序锁也需要众多的程序钥匙，由于安装不规范、生产工艺及材料差等问题，使程序锁易被氧化锈蚀、发生卡涩，致使一定时间内失去闭锁功能；⑤倒闸操作中，分、合两个位置的精度无法保证；⑥程序锁使用时，必须从头开始，中间不能间断。所以程序锁现已不采用。

（2）机械闭锁是靠机械制约而达到预定目的的一种闭锁，主要用于刀闸与接地刀闸之间的闭锁。当刀闸合上时，刀闸的转动机构带动机械闭锁装置卡住接地刀闸的合闸机构，同理当接地刀闸合上时，接地刀闸的转动机构带动机械闭锁装置卡住刀闸的合闸机构。一般只有装在一个构架上的刀闸和接地刀闸才有机械闭锁，已应用到35kV-500kV刀闸。其特点是闭锁可靠，不易发生误操作。这种闭锁实现的前提是一体化设备，如果要实现断路器与断路器之间，或者断路器与其它断路器回路隔离开关的闭锁就非常困难。

（3）电气闭锁装置分为电气回路闭锁和电磁锁。电气回路闭锁是一种现场电气联锁技术，主要通过相关设备的辅助接点来实现闭锁，并且通过电磁线圈的电磁机构动作，来实现解锁操作。但其辅助接点串联闭锁可以实现本单元的闭锁，且仅反映本单元的闭锁逻辑，不能反映其他单元的信息，所以它所实现的闭锁逻辑是不完全的（如无法实现母线地刀与线路单元母线刀闸的闭锁）。电磁锁主要用于手动操作的地刀上，防止带电合接地刀闸以及电容器、站用变网门上，防止误入带电间隔。

电气闭锁装置闭锁可靠，但这种方式需要接入大量的二次电缆，接线方式较为复杂，运行维护较为困难。电气闭锁的优点是操作方便，没有辅助动作，但是在安装使用中也存在以下几个突出问题：①一般来说电磁锁单独使用时，只有解锁功能没有反向闭锁功能。需要和电气联锁电路配合使用才能具有正反向闭锁功能。②作为闭锁元件的电磁锁结构复杂，电磁线圈在户外易受潮霉坏，绝缘性能降低，增加了直流系统的故障率。③需要敷设电缆，增加额外施工量。④需要串入操作机构的辅助触点。根据运行经验，辅助触点容易产生接触不良而影响动作的可靠性。⑤在断路器的控制开关上，一般都缺少闭锁措施。可以说，电气防误闭锁是建立在二次操作回路上的一种防误功能，一般通过开关和刀闸的辅助接点联锁来实现。⑥电气闭锁回路一般只能防止隔离开关和接地开关的误操作，对误入带电间隔、接地线的挂接（拆除）等则无能为力，不能实现完整的”五防”。

4.2 现代微机五防技术的原理及其优缺点

（1）监控系统上的闭锁（测控单元层的闭锁）：测控单元D25、6MD66对采集的遥信信息进行判断，当条件满足时，发出其控制的闭锁接点才能闭合，操作才能进行。D25、6MD66可以通过网络从主控单元调用其他测控单元的信息，所以它所实现的闭锁逻辑是完全的。

（2）RD-800、OPEN2000、NS2000中的闭锁（后台软件闭锁）：他们中的软件对遥信信息进行判断，当条件满足时，他们的控制命令才能下达，否则，他们将拒绝下达命令并弹出不满足条件的信息。他们所实现的闭锁逻辑是完整、独立的。

防误装置各层操作上的防误区别：

现在新型变电站可以在后台、测控装置、端子箱就地、机构箱手动操作的操作方法。

1）变电站在主控室NS2000（RD-800、OPEN2000）后台上的远方操作即采用后台逻辑闭锁、测控装置上监控系统的逻辑闭锁接点和现场本间隔的电气闭锁实现闭锁。

2）测控装置上操作采用测控装置上的逻辑闭锁接点和现场本间隔的电气闭锁实现闭锁。

3）就地电动操作（端子箱、机构箱）由监控系统的逻辑闭锁接点和本间隔的电气接点共同实现闭锁（或只经现场电气闭锁）；

4）就地手动操作，一般只有机械闭锁和通过电磁锁的闭锁

如图一，以某变电站220kV刀闸操作闭锁回路图为例，正常，1QK在远方位置，LD在远方位置。解锁YK打开。

a.正常操作，在主控室电脑上合1G操作先通过（RD-800、OPEN2000、NS2000）中的后台软件闭锁，（+）电源――2K451刀闸操作箱急停按钮――测控单元层的逻辑闭锁――1QK3-4接点――LD在远方位置――FC闸刀限位接点――合闸线圈CC――分闸线圈常闭接点OC――闸刀“近控箱”电源――手摇电磁锁的常闭接点BC――闸刀“近控箱”急停按钮――LD――闸刀“近控箱内”门接点――（-）电源。

b.在刀闸操作箱内操作，不通过后台软件闭锁，（+）电源――-4XXX1刀闸操作箱急停按钮――测控单元层的逻辑闭锁――开关辅助接点――2G常闭接点――44地刀常闭接点――-46地刀常闭接点――1QK1-2接点――-LD在远方位置―― FC闸刀限位接点――合闸线圈CC――分闸线圈常闭接点OC――闸刀“近控箱”电源――手摇电磁锁的常闭接点BC――闸刀“近控箱”急停按钮――LD――闸刀“近控箱内”门接点――（-）电源。

所以从图一中看出，测控装置上操作不经过过现场间隔的电气闭锁，在防误闭锁的设计上不如将现场间隔的电气闭锁串入以上操作的所有回路里。

现在多数变电站采用“计算机监控系统的逻辑闭锁＋测控装置逻辑闭锁＋本设备间隔电气闭锁”来实现防误操作功能，不再设置独立的微机防误操作系统。计算机监控系统应具有完善的全站性逻辑闭锁功能，除判别本间隔电气回路的闭锁条件外，还必须对其它跨间隔的相关闭锁条件进行判别。接入计算机监控系统进行防误判别的断路器、隔离开关及接地闸刀等一次设备位置信号应采用常开、常闭双位置接入校验。电气闭锁实现设备本间隔内的防误闭锁，不设置跨间隔电气闭锁回路。

计算机监控系统逻辑闭锁、测控装置逻辑闭锁应与电气闭锁“串联”，并满足下列功能要求：

1）测控装置逻辑闭锁解除防误闭锁时，不得联解现场设备电气闭锁。

2）解除电气闭锁时，不得测控装置逻辑闭锁。

3）现场用按钮近控操作隔离开关，计算机监控系统也应对逻辑条件进行判别，条件不满足时禁止操作。

4）若隔离开关机构手摇操作带闭锁功能，则闭锁条件也应通过电气闭锁和计算机监控系统逻辑闭锁来实现。

5）隔离开关操作回路的典型原理图如图二，图中LD为远近控切换开关，PC、PO为近控操作按钮，L为手摇操作电磁锁（隔离开关自带，厂家配套的手摇孔闭锁）。

4.3 防误闭锁与解锁的设置

对采用“计算机监控系统的逻辑闭锁＋测控装置逻辑闭锁＋本设备间隔电气闭锁”来实现防误操作功能的变电站，计算机监控系统间隔层I/O测控屏上装设2个解锁开关，一个解锁开关用以解除I/O测控模块的防误逻辑功能，此时可以通过I/O测控模块操作，但无闭锁逻辑；另一个解锁开关用以解除I/O测控模块逻辑闭锁的输出，当I/O测控模块故障需现场近控操作时，操作此开关解锁。现场多见采用一个解锁开关完成上述两个解锁功能。

电气闭锁解除开关装设在现场开关端子箱内，考虑回路的简洁及实现的方便性，解锁开关按间隔装设。隔离开关、接地闸刀闭锁回路电源应与电机电源分开。对一时不具备电动操作功能的接地闸刀，采用电磁锁进行防误操作控制。

5.防误装置的运行注意事项

（1）变电运行值班人员应熟悉和掌握防误装置的结构、性能和基本原理，并且有正确使用的技能。

（2）在正常操作时，变电运行值班人员应认清设备名称、编号，钥匙的编号和防误装置的分、合位置，严格按照规定的操作顺序进行，不允许不核对设备、不经检查而任意改变操作顺序或开锁后不操作设备，防止错位或漏项而发生误操作。

（3）防误装置只有变电所值班人员在经过批准后才有权操作。其他安装、调试、维修人员均不得擅自对运用中设备的防误装置进行改变状态的操作。如确因调试、检修需要，应征得当值值班负责人许可，由当值值班员进行操作。

（4）倒闸操作中防误装置发生异常时，应及时汇报当值值班负责人，查明原因，确认操作无误，征得运行主管同意方可进行解锁操作。

（5）防误装置的缺陷管理应与主设备的缺陷管理相同。

（6）要定期进行维护保养。所用程序锁应每月上一次油，每年做一次保养，以保持。对电磁锁要经常进行检查，防止指示灯损坏和电气联锁回路接地或断线。发现损坏的锁具，要及时更换。

6.结束语

防误闭锁装置功能的完善和正确的管理使用能极大的降低发生误操作的几率，因此有缺陷的防误闭锁装置最好是能进行完善改造，提高防误装备水平，保证电网及设备的安全运行，由于本人水平有限，在分析上有不足或谬误之处肯请各位专家批评指正！

参考文献

[1]国家电力公司.国家电网公司电力安全工作规程[EB/OL].,2010-6-24.

[2]DL/T687-1999.微机型防止电气误操作装置-通用技术条件[S].北京:中国标准出版社,2000．

[3]能源部.防止电气误操作事故管理规定[EB/OL].,2006-10-23.

作者简介：陈冬冬（1983―），男，江苏泗阳人，电力工程助理工程师，变电站值班员高级工，现从事500kV变电站运行研究。

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