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「开关设备」
电动操作隔离开关控制回路的设计与应用
文／福建省厦门超高压输变电局 孙亚辉
隔离开关控制回路辅助功能的设计主要是手动操作与电气操作之间的相互闭锁以及防误控制的设计，电动机缺相运行控制可以不用过多考虑。遥控操作已是不可或缺的一种操作方式，控制电源不必单独设置，五防装置位置要设置恰当。
随着变电站综合自动化水平的提高，电动隔离开关得到了广泛的应用。在超高压变电站中，２２０～５００ ｋＶ倒闸操作用的隔离开关中大都配置电动及手动双重操作功能机构，既能远程操作，又能在紧急情况下进行就地手动操作。在这种情况下，为了有效防止电气误操作事故的发生，保障电力系统的安全运行，对其控制回路进行分析研究具有重要意义。
因此，目前典型的三相电气联动操作采用如图２（除虚线框外的回路部分）所示的设计方式，每相同样设计一个独立的操作机构箱，并有相应的控制元件，但总的断开（ＳＢ１按钮）、闭合（ＳＢ２按钮）和停止（ＳＢ３按钮）控制回路集中在某一相（比如，图２集中在Ｂ相）。为了实现三相独立操作的功能，在该相（Ｂ相）中增加一个三相联动转换开关ＳＢＴ３即可完成。ＳＢＴ３有４个位置，如图３所示。
３． 共性设计（１） 联锁回路
在断开回路中串入闭合接触器的常闭触头ＫＭ２，闭合操作时，闭合接触器的常闭触头ＫＭ２打开，闭锁断开回路。同理，在闭合回路中串入断开接触器的常闭触头ＫＭ１，断开操作时，断开接触器的常闭触头ＫＭ１打开，闭锁闭合回路。这样就实现了断开、闭合回路的相互联锁，以防止断开、闭合接触器同时动作，造成交流电源短路故障。
（２） 自保持回路
在正常情况下，唯有通断（开合）按钮或通断（开合）接触器的自保持触头在接通位置，才能使隔离开关完成通断（开合）过程，这是唯一必要条件。因而，电动操作中的通断（开合）必然是ａｂ（ａｃ）间短接。若不设置该回路，必须始终按住通断（开合）按钮，一旦松开，必然会造成通断（开合）过程的中断，这显然是不合理的。
典型回路设计
隔离开关控制回路大体上分为主控制回路和辅助控制回路两部分，并且彼此独立设计。其中，前者为动力操作回路，后者包括位置指示、加热去潮等功能，其原理及接线简单，这里就不再赘述。
１． 单相操作方式
如图１（除虚线框外的回路部分）所示，三相共用一个操作机构箱，通常装在Ｂ相，所有的控制回路都集中在该操作机构箱内，其他两相的操作由Ｂ相电动机通过机械拉杆的带动来完成。隔离开关在断开位置时，按闭合按钮接通闭合回路，并通过其自保持触头保持接通状态，直到行程开关将闭合回路断开，闭合接触器失磁，断开其自保持触头，闭合过程完成。断开过程与之相同。
２． 三相电气联动操作方式
在以往的设计中，三相操作回路分别独立设计，即每一相都设计一个独立的操作机构箱，且在每相操作机构箱内均设有断开、闭合和停止操作控制回路，这种操作方式有以下几个缺点：①操作结构需要更多的控制元件。②电缆布线较多。③单独操作时，需要在三相之间来回走动，操作不方便。
辅助功能的设计
１． 手动操作闭锁控制
电动操作回路，由于某种原因不能电动操作时，在紧急情况下需要手动操作。因此，控制回路
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ＱＦ１ ＡＣ３８０ Ｖ
ＫＭ１
Ｌ１＜Ｉ１２Ｌ２＜Ｉ３４断开
Ｍ
Ｌ３
＜Ｉ
５６１２闭合Ｒ１ Ｒ２ Ｒ３
３４５
６ＫＭ２
遥控断开
ＳＢＴ２
遥控断开
３４
１２
近控断开
ＳＢ１ｂ３
４ＫＭ１
ＫＭ１
ＫＭ２
ＳＴ３
Ｑ
断开保持ＱＦ２ ＡＣ２２０ ＶＷ１ＳＢ３（Ｂ）
ａ
遥控闭合
Ｗ２
７ ８遥控闭合
５ ６ＳＢ２近控闭合
ｃ１ ２ＫＭ２
ＫＭ２
ＫＭ１
ＳＴ４
Ｑ
闭合保持外部联锁外部联锁
ＤＣＳ
Ｋ１Ｋ２Ｋ３
ＳＴ１
遥停
图１ 单项操作方式
Ｑ—辅助开关 ＳＴ３、ＳＴ４—行程开关 ＳＴ１—门控 ＳＢ１—断开按钮 ＳＢ２—闭合按钮 ＳＢ３—停止按钮ＳＢＴ２—远方／近控选择开关 Ｍ—交流电动机 ＫＭ１—断开接触器 ＫＭ２—闭合接触器 ＱＦ１—电动机保护开关
ＱＦ２—微型断路器 Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３—相位继电器 ＤＣＳ—电磁锁
的设计中应当考虑这种情况的发生。为了保证手动２． 电动机缺相运行控制
操作时，不误引起电动操作回路的起动，造成人员３８０ Ｖ的三相电动机在只有两相的情况下是起的伤害和设备的损害，必须采取有效的防误措施。
动困难或不能起动，发出嗡嗡的声响。在运转中电（１） 电磁闭锁
动机缺相是可以运行的，但电动机振动增大，声音电磁闭锁是在操动机构中设置专门的电磁继电异常，且另外两相要承担缺项的电流，所以极易因器，如图１所示，当切换开关ＳＢＴ２切换到手动位置过流烧毁电动机。为避免缺相运行情况的发生，可（图中未画出）时，电磁继电器带电励磁，其常闭触点以在控制回路中增加缺相控制继电器（图１虚线框中ＤＣＳ断开，解除电气操作回路，允许隔离开关进行的Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３）。但是，增加缺相控制后，若缺相手动操作动作。国内在电动操动机构中很少使用。
情况发生在操作过程中，会造成操作一半时，电动（２） 限位开关闭锁
机停止运转，从而引起电弧对隔离开关的持续放电。图４中，当操作把手９插入旋转轴４后，把限位所以，通常不采用这种方式。
开关１的常闭触头８打开，从而断开了控制回路，允３． 防误控制
许隔离开关进行手动操作动作。
电动操动机构中，隔离开关的操动闭锁机构多图５中，当打开操作机构的门后，门控（限位开采用电气闭锁或程序闭锁（软件锁）。电气闭锁（图１、关）的常开触头打开，从而断开了控制回路，允许隔图２中的外部联锁）是在隔离开关的电气控制回路离开关进行手动操作动作。这样就保证了只有关上中，直接接入断路器、接地开关和隔离开关的辅助该门，才能进行电动操作。
触头以达到闭锁的目的。程序闭锁是按照防误操作
ｗｗｗ．ｅａｇｅ．ｃｏｍ．ｃｎ
２０１０年第８期・电气时代79
｜
ＫＭ１１３５１３
ＱＦ１ ＡＣ３８０ Ｖ
５
２４６２４６ＫＭ
２ＫＭ１
Ｌ１Ｌ２Ｌ３
＜Ｉ＜Ｉ＜Ｉ
１３５１３５
ＫＭ１１３５１３５
２４６２４６ＫＭ２
遥控断开ＳＴ２（Ｂ）
遥控断开
３１ＳＢ１（Ｂ）ＫＭ１（Ｂ）
ＱＦ２ ＡＣ２２０ ＶＷ１Ｗ２
ＳＢ３（Ｂ）
ａ
ＫＭ１（Ａ）ＫＭ１（Ｃ）
７
８
ＫＭ１（Ａ）ＫＭ１（Ｃ）
ＫＭ２（Ａ）ＫＭ２（Ｃ）
ＳＰ３（Ａ）ＳＰ３（Ｃ）
４２
ｂＫＭ１（Ｂ）
ＫＭ２（Ｂ）
ＳＰ３（Ｂ）
３
４
ＳＢＴ３（Ｂ）５１９
６２１０
Ｑ（Ｂ）
４３
Ｑ（Ａ）
４３Ｑ（Ｃ）
近控断开Ｂ相断开保持Ａ相断开保持Ｃ相断开保持遥控闭合
ｃＫＭ２（Ｂ）ＫＭ２（Ａ）ＫＭ２（Ｃ）
ＳＰ１（Ｃ）
ＫＭ１（Ｂ）ＫＭ１（Ａ）ＫＭ１（Ｃ）
ＳＰ４（Ｂ）ＳＰ４（Ａ）ＳＰ４（Ｃ）ＫＴ１（Ａ）
ＳＰ１（Ｂ）
ＫＴ１（Ｂ）
Ｑ（Ｂ）
近控闭合
２
７３
８
Ｂ相闭合保持
４
Ａ相闭合保持
１３１４
Ｃ相闭合保持外部联锁
ＫＴ１（Ｃ）
ＳＰ１（Ａ）
ＫＴ１
Ｍ
２
Ｍ
（ ）（ ）
４６２４６ＫＭ２
Ｃ
相非操作极
断开
ＫＴ１
Ｂ相操作极
断开
ＫＴ１
（ ）
Ｍ
Ａ相非操作极
断开
闭合
闭合
闭合
遥控闭合
５６ＳＢ２（Ｂ）ＫＭ２（Ｂ）ＫＭ２（Ａ）ＫＭ２（Ｃ）
１
Ｑ（Ａ）
２１Ｑ（Ｃ）２１
图２ 三相电气联动操作方式
ＫＴ１－热继电器；Ｑ－辅助开关；ＳＰ３、ＳＰ４－行程开关；ＳＰ１－门控；ＳＢ１－断开按钮；ＳＢ２－闭合按钮；ＳＢ３－停止按钮；ＳＢＴ２－远方／近控选择开关；ＳＢＴ３－三相联动转换开关；Ｍ－交流电动机；ＫＭ１－断开接触器；ＫＭ２－闭合接触器；
ＱＦ１－电动机保护开关；ＱＦ２－微型断路器
规则，将断路器、接地开关和隔离开关的辅助触头所传送的信息，经过计算机程序软件进行逻辑判断，传送给电脑钥匙，再把电脑钥匙插入电编码锁
（ＤＢＳ），如图６所示，实现电气设备闭锁的功能。或经过计算机程序软件进行逻辑判断后，直接发出遥控闭锁信号，使得遥控闭锁继电器（ＫＢＬ）的常开触
80 ｜ 电气时代・２０１０年第８期
位置
０Ａ触头
１－２××３－４
××××
５－６７－８
ＢＣ
防”的目的。
问题探讨
××
××
１． 遥控分、闭合和停止按钮的设置
当操作隔离开关时，操作人员站在隔离开关的下方进行操作，同时按照运行规程规定抬头注视动、静触头的运作过程并目测其是否到位，此时若发生支持绝缘子断裂，操作人员即使反应敏捷也难以逃出绝缘子的影响范围。因此，需要就地分、闭合和停止按钮旁并接遥控分断、闭合按钮，以实现对隔
９－１０×
（ａ） 结构示意图
１３－１４×
（ｂ） 触头位置关系
图３ 三相联动转换开关位置关系
离开关的远方控制。
２． 隔离开关辅助触头的控制
在典型的控制回路设计中，通常依靠行程开关（图１中ＳＴ１、ＳＴ２，图２中ＳＴ３、ＳＴ４）来控制分、闭
合回路的完成。但为了保险起见，分、闭合回路分别引入隔离开关的常开、常闭辅助触头，来实现二级闭锁。这样能有效地防止因电动机无法停止运转，造成支柱绝缘子断裂事故的发生。
３． 外部联锁
外部联锁即通常所说的电气闭锁，是开关类设备辅助触头的集合，其具体的接线方式因一次系统的接线方式不同而不同。
４． 控制电源
（ａ） 操作把手插入旋转轴前 （ｂ） 操作把手插入旋转轴后
图４ 常闭触点控制
１—门控（限位开关） ２—门 ３—电动机 ４—旋转轴５—控制回路 ６—控制电源 ７—门控常开触点
８—常闭触点 ９—手动操作把手
电动机门
控制电源不必单独设置，可以直接利用电动机电源中的某一相来实现，例如，把Ｌ１与Ｗ１直接相连即可。单独设置控制电源和电动机电源，除了接线复杂一些，并无多大的意义。这是因为，若二者
控制电源
中有一路发生问题，即使另一路是可靠的，也不能对隔离开关进行操作。
５． 五防装置位置的确定
图５ 常开触点控制
如图６ａ把五防装置（电编码锁ＤＢＳ和五防遥控闭锁继电器ＫＢＬ）直接接在电源回路中，实现对电源的防误控制，从而达到防误的目的。这种接线方式简单、直观。对于五防遥控闭锁继电器ＫＢＬ，由于它在进行正确的逻辑判断发出信号后，其常开触头会一直闭合，直到操作结束或人为干预解除。而对
断开回路闭合回路
ＳＢ１ＫＭ１
控ＤＢＳＴ２
制Ｔ１电源ＳＢ２
ＫＢＬ
ＫＭ２
断开回路
Ｔ１
控制电源
ＤＢＳＴ２
ＳＢ１
ＳＢ２ＫＢＬＫＭ１
闭合回路
于电编码锁ＤＢＳ，由于要人为地把电脑钥匙插入其中才能进行操作，且要用手不停地紧握电脑钥匙，否则，在电动机运转的过程中，一旦电脑钥匙松动，就会造成控制回路的断电而使得电动机停止运转，需要操作人员及时做出正确的反应，否则会引起电弧对隔离开关的持续放电。所以，对装有电编码锁的防误装置，通常不采用这种方式。
（下转第８５页）
ＫＭ２
（ａ） 串联接线方式 （ｂ） 并联接线方式
图６ 五防锁（ＹＢＪ）的加装设计简图
头闭合，来实现电气设备闭锁的功能。在控制回路中，应以电气闭锁为主，辅以程序闭锁，两者结合起来，才能更好地实现防误操作，达到“五
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４） ＧＩＳ母线长且无气室分隔或气室间隔距离长，一旦漏气可能造成大面积停电，恢复供电时间长。而ＨＧＩＳ采用裸露的外母线，日常检修维护方便，即使发生损坏也可在短时间内恢复，较为方便地隔离故障部分进行检修，减小了故障影响范围。
开关站占地面积开关设备投资
计入地价后开关站投资估计
对环境污秽的适应性
运行可靠性
表 技术经济指标比较ＡＩＳＡ１Ａ２Ａ３差较低
ＧＩＳＢ１＝０．１５Ａ１Ｂ２＝３．２Ａ２Ｂ３＝２．８Ａ３
好高
ＨＧＩＳＣ１＝０．４６Ａ１Ｃ２＝１．５Ａ２＝０．４７Ｂ２Ｃ３＝１．３０Ａ３＝０．５－０．５５Ｂ３
较好高
优化电气试验方案
１） 耐压方案选择。通过相关了解，国内在新装ＧＩＳ后均进行耐压试验，对扩建部分的耐压根据情况有所不同，但在条件允许的情况下一般都进行耐压试验。
有些省市对扩建工程一般要求耐压，但全站停电不允许时，一般解决方法是空留一小段母线不安装，先打耐压，不耐压的母线用严格安装工艺要求，并进行彻底清理来保证；有些省市为避免扩建耐压等问题，一般５００ ｋＶ和２２０ ｋＶ ＧＩＳ所有间隔都一次上齐，１１０ ｋＶ ＧＩＳ扩建时停电进行耐压，对扩建部分，在无法全停电的情况下，不进行耐压，仅用全电压冲击。
２） ＧＩＳ的母线ＰＴ和母线避雷器应设置独立的隔离开关及地刀，以方便试验检修；架空进线的线路避雷器和线路ＰＴ宜考虑采用外装结构。其优点是：（上接第８２页）
如图６ｂ把五防装置（电编码锁ＤＢＳ和五防遥控闭锁继电器ＫＢＬ）接在分断、闭合按钮和接触器自保持触头ＫＭ１（ＫＭ２）之间，实现对防误装置的自保持功能，从而达到防误的目的。这种接线方式相对复杂一些，但能有效避免在操作过程中电动机停止运转情况的发生。目前，大都采用这种方式。
①节省造价。外置避雷器和ＰＴ的造价比内装的要便宜得多，且可安装在进线的门型构架下，几乎不增加占地面积，从统计结果看，外装设备故障率并不高，因此从全寿命周期费用的角度来考虑宜外装。②试验、维护方便。考虑到避雷器、ＰＴ的特性，一般ＧＩＳ耐压试验时必须先将避雷器、ＰＴ拆下，耐压试验结束后再装上，进行电压老练。因此将线路避雷器和线路ＰＴ外装，不用频繁拆装和充放气，省工省时，节约ＳＦ６气体，避免污染环境。
３） 独立气室的最大长度设置应充分考虑检修维护的快速性和方便性，母线每个独立气室长度不允许超过１０ ｍ。主要考虑抽真空方便，同时一旦发生故障，气体处理量少一点，需清理的部分少一点。目前各厂家的标准是壳体一般不超过７ ｍ。EA
（收稿日期：２０１０．０４．０９）
合控制回路的二级保护闭锁，有效地防止了因电动机无法停止运转，造成支柱绝缘子断裂事故的发生；采用电气闭锁（外部联锁）和程序闭锁（软件锁）的双重闭锁功能，有效地防止了误操作事故的发生；控制回路的电源直接引至电动机电源中的Ａ相，即把Ｌ１与Ｗ１直接相连；五防装置采用如图６ｂ的接入方式。
现场应用
在５００ ｋＶ泉州变和厦门变几十组的隔离开关完善化大修的过程中，２２０ ｋＶ隔离开关操作回路采用了图１所示接线方式，但未加装电动机缺相运行控制继电器，对于手动操作，也未采用电磁闭锁，而是采用图５所示的门控（限位开关）方式。５００ ｋＶ隔离开关操作回路采用了图２所示接线方式，同样未加装电动机缺相运行控制继电器，对于手动操作，也是采用图５所示的门控（限位开关）方式。
无论是２２０ ｋＶ隔离开关还是５００ ｋＶ隔离开关操作回路都加装远方分断、闭合以及停止按钮，实现了对隔离开关的远方操作；利用了行程开关以及隔离开关的常开、常闭辅助触头，来实现分断、闭
建议
１） 厂家在设计隔离开关控制回路时，应改进接线，留出五防装置的位置，以方便用户接线。
２） 随着微机防误系统的不断完善，可以改进外部联锁回路的接线方式。
３） 制造厂商一定要重视断开、闭合及停止按钮的质量。
４） 对新安装的隔离开关操作机构箱，在初次进行试分断、闭合试验时，一定要注意先手动把隔离开关操作到半分合位置，以防电动机反转而打坏隔离开关本体机构，造成严重后果。当遇到电动机反转时，只要把电动机三相交流电源的任意两相互调一下即可。EA （收稿日期：２０１０．０５．２１）
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