聯鎖在核電站電氣設備中的應用研究

全先德（中廣核工程有限公司，廣東 深圳 518124）

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聯鎖在核電站電氣設備中的應用研究

全先德
（中廣核工程有限公司，廣東 深圳 518124）

〔摘 要〕結合核電站工作中的實際情況，以中壓開關柜聯鎖裝置為重點研究對象，從核電站電氣設備聯鎖技術分類、聯鎖工作原理、主要配置結構、功能特點等方面進行了分析和研究。通過分析，得出了部分電氣設備機械聯鎖配置需完善、聯鎖功能需進一步優(yōu)化、機械鑰匙聯鎖編碼需統一的結論，以確保核電站電氣設備聯鎖裝置安全有效運行。

〔關鍵詞〕核電站；電氣設備；中壓開關柜；聯鎖

0 引言

為了保證操作、檢修、運行人員的安全，也為了保證電氣設備操作、運行的安全，核電站電氣設備均按照相關標準的要求，裝配了比較完善的機械聯鎖和電氣聯鎖裝置，基本實現了“五防”功能。相對于常規(guī)的發(fā)電廠，核電站配有較完善的機械鑰匙聯鎖系統，但在聯鎖方案和聯鎖配置上還有一定的優(yōu)化空間。以下對核電站電氣設備采用的主要聯鎖進行分析，找出設備在聯鎖方面的缺陷，并就缺陷提出改進措施。

1 聯鎖在核電站的應用

1.1 聯鎖技術的分類

目前，電力行業(yè)內電氣設備普遍采用的聯鎖技術主要分為3種，分別是機械聯鎖、電氣聯鎖和微機聯鎖。

機械聯鎖是一種通過機械裝置或機構，保證設備啟動和操作過程中按規(guī)定順序進行的方法，一般只能實現比較簡單的聯鎖，但在電氣設備中應用最為廣泛。目前核電站有聯鎖功能要求的單個電氣設備，基本上都按照相關規(guī)范的要求配備有比較完善的機械聯鎖來實現“五防”功能。

電氣聯鎖指在幾個設備或部件之間，為保證設備或部件按規(guī)定的次序動作或防止誤操作而設的電氣控制回路連接。此類聯鎖主要用于機械聯鎖無法實施或不同系統間的電氣設備，比如采用氣體絕緣的主開關站、備用開關站配電裝置、雙電源切換裝置、母聯系統開關柜等。

微機聯鎖通常由主機、模擬屏、電腦鑰匙、機械編碼鎖和電編碼鎖等功能元件組成，目前已廣泛應用在自動化變電站設備上，但是在建和在運的CPR1000核電站中還未應用（3代核電項目中已經開始應用）。

由于核電站電氣設備配置復雜、系統眾多，為了更大限度地保證操作運行人員的安全和設備安全，與常規(guī)電力設備相比，核電站配備了機械鑰匙聯鎖系統（也是機械聯鎖的一種）。通過機械鑰匙聯鎖系統，實現了系統內多設備、多系統多設備間的聯鎖，更體現了核電安全的特色。

1.2 聯鎖的配置層級

核電站電氣設備的聯鎖可以分為3個層次，分別是單個設備的聯鎖、系統內多設備的聯鎖及多系統多設備的聯鎖。

1.2.1 單個電氣設備的聯鎖

單個電氣設備的聯鎖在電氣設備中應用廣泛，典型的有中壓饋線柜、低壓柜的單個抽屜單元，這些設備與上下游負荷沒有直接的聯鎖關系。以中壓饋線柜為例，其可移動部件（如接觸器手車、斷路器手車、隔離手車）與接地開關之間、接地開關與后門之間、可移動部件與上下活門之間均設有機械聯鎖裝置，本身即可實現可移動部件只能在試驗位置、隔離位置時方能操作接地刀的功能，避免帶負荷時合接地刀；可移動部件只能在分閘狀態(tài)下，才能從工作位置退至試驗位置（或從試驗位置推至工作位置），防止帶負荷分（合）移動單元；接地開關在閉合的情況下，方能打開后門，防止誤入帶電間隔；接地開關在合閘位置時，移動單元不能從試驗位置推至工作位置，避免接地開關合位時帶負荷。此類設備在檢修時，按聯鎖裝置規(guī)定的操作順序操作，即可防止誤操作帶來的觸電和設備事故。

1.2.2 系統內多設備的聯鎖

系統內多設備的聯鎖在核電站應用比較廣泛。以3LGE中壓配電系統（見圖1）為例，檢修3LGE系統母線的前提是，3LGE母線不帶電且母線接地刀必須處于合位狀態(tài)。要實現母線接地刀合位，必須進行以下操作：首先要把3LGE進線斷路器分閘，取出1E鑰匙，并插入3LGE001CV鑰匙交換盒；其次為防止PT二次側倒送電，要將PT手車退至試驗位或隔離位，然后取下2E鑰匙，并插入3LGE001CV鑰匙交換盒；當1E，2E鑰匙均插入3LGE001CV后，方能置換出3E鑰匙；最后將3E鑰匙插入母線接地刀處的機械鎖，開鎖后方可操作母線接地刀。

圖1 3LGE機械鑰匙閉鎖原理

1.2.3 多系統多設備間的聯鎖

多系統多設備間的閉鎖在核電站中應用也非常廣泛。以3LGA中壓配電系統（見圖2）為例，現場檢修3LGA母線的前提是，3LGA母線不帶電且與母線相連的接地刀必須處于合位狀態(tài)。要實現母線接地刀合位，必須進行以下操作：首先要把3LGB母線聯絡斷路器分閘，取出2A鑰匙，插入3LGA001CV；其次把3LGA進線柜斷路器分閘，取出1A鑰匙，插入3LGA001CV；再把3LGA系統PT手車退至試驗位置或隔離位置，取出3A鑰匙，插入3LGA001CV；將1A，2A，3A機械鑰匙均插入3LGA001CV后，方能置換出4A，5A 2把鑰匙；最后操作3LGA母線接地刀和3LGB母線聯絡接地刀，這樣3LGA母線才能安全檢修。

圖2 3LGA機械鑰匙閉鎖原理

1.3 各系統的聯鎖配置

核電站采用聯鎖功能的主要電氣設備分為：發(fā)電機變壓器組、主開關站、廠外備用電源開關站、交流廠用電電源系統、柴油發(fā)電機組。

1.3.1 發(fā)電機變壓器組

發(fā)電機變壓器組的主要電氣設備有發(fā)電機側的接地開關、發(fā)電機出口電壓互感器、滅磁開關、發(fā)電機出口斷路器間隔、勵磁變壓器、主變壓器、主變壓器低壓側接地開關、主變壓器高壓側接地開關、主變壓器高壓側隔離開關、高壓廠用變壓器高壓側接地線等。由于這些設備布置分散，除設備本身通過機械或電氣聯鎖裝置實現“五防”功能外，設備間的聯鎖應該使用機械鑰匙聯鎖，通過規(guī)定的操作順序進行操作。目前發(fā)電機變壓器組使用的機械鑰匙聯鎖比較復雜，但是經過長時間的實踐證明，該聯鎖功能可靠。

1.3.2 主變壓器

主變壓器涉及的聯鎖設備主要有：低壓側接地開關、高壓側接地開關、高壓廠用變壓器低壓側斷路器及分支電壓互感器、高壓側隔離開關，這些設備之間的聯鎖采用機械鑰匙聯鎖，以確保“五防”功能的實現。

1.3.3 主開關站

主開關站主要為氣體絕緣電氣設備，目前這些設備大多采用電氣聯鎖。

1.3.4 廠外備用電源開關站

廠外備用電源開關站涉及的主要設備有：備用變壓器、備用變壓器高、低壓側斷路器及分支電壓互感器，這些設備均采用機械鑰匙聯鎖。

1.3.5 交流廠用電電源系統

交流廠用電電源系統采用的機械鑰匙聯鎖裝置最多，主要應用于以下幾種情況：不并列運行且不需要自動切換的多個電源進線斷路器（含母聯斷路器）之間；母線接地開關與母線電源斷路器、母線電壓互感器之間；電源進線或母聯的接地開關與其各側電源斷路器、電壓互感器之間；變壓器饋線接地開關與低壓側電源斷路器之間；變壓器柜門與變壓器饋線接地開關之間。

1.3.6 柴油發(fā)電機組

目前，柴油發(fā)電機組與其相連的中壓開關柜之間普遍采用機械鑰匙閉鎖。

1.4 聯鎖存在的不足

與常規(guī)電廠相比，應該說核電站電氣設備聯鎖的應用相對更成熟和完善，但是個別設備尤其是中壓配電設備還是存在缺陷，并造成過事故。經過仔細分析，找出電氣設備的聯鎖存在以下不足。

1.4.1 中壓開關柜聯鎖功能不完善

目前在運及在建CPR1000核電站采用的中壓開關柜多由ABB，Schneider等公司提供，為戶內鎧裝金屬封閉移開式配電裝置，在單體設備的聯鎖方面，全部采用機械聯鎖。這些聯鎖裝置，目前能夠實現防止帶負荷推拉斷路器（接觸器）手車，也能防止接地開關閉合時斷路器（接觸器）合閘，還能防止斷路器在合閘帶電狀態(tài)下合接地開關；但是中壓開關柜后封板與斷路器、接地開關之間沒有設置聯鎖，所以無法通過強制聯鎖裝置實現防止誤入帶電間隔功能。

開關柜不增加后封板與斷路器、接地開關之間聯鎖的背景是：目前CPR1000核電站的中壓柜均采用離墻安裝，柜后留有巡視和檢修通道。但設備廠家認為帶斷路器的中壓柜均為柜前維護，維護斷路器和柜內元器件時從柜前的電纜室進入柜內即可，無須打開后封板。所以開關柜的后封板與斷路器、接地開關之間就沒有設置任何方式的聯鎖，只是在開關柜的后封板上加裝帶電警示符號和相關的警示標語。而實際情況是，中壓柜內元器件和電纜眾多，柜內空間有限，為了方便查看和加快檢修進度，在中壓柜檢修時均需打開后封板。

1.4.2 機械鑰匙聯鎖編碼規(guī)則不統一

核電站全廠電氣設備眾多，設備廠家也非常多。各設備廠家往往只關心各自所供設備的機械聯鎖，并根據所供設備的功能編碼對機械鎖和鑰匙進行編碼，造成多系統多設備機械鑰匙聯鎖編碼的混亂，導致設備現場調試時聯鎖功能無法實現，現場產生大量設計變更。以編號為5A的機械鎖為例，5A 有2把鎖，分別安裝在3LGB母線聯絡斷路器柜和3LGA001CV鑰匙交換盒上。3LGB開關柜供應商在采購鑰匙交換盒的時候，通常按照5A AA3LGB采購；而鑰匙交換盒的功能編碼為3LGA001CV，所以鑰匙交換盒采購工程師通常按照5A AA3LGA編碼采購。由于同一把鎖對應的系統不一致，機械鎖設備廠家就會提供2把不同鎖芯編碼的鎖和鑰匙，導致設備到貨后，不能實現聯鎖功能。

1.4.3 機械鑰匙聯鎖功能需優(yōu)化

由于機械鑰匙聯鎖系統大多涉及多系統多設備，所以在聯鎖裝置的配置上，要求做到操作流程盡可能簡單、可靠。CPR1000核電站機械鑰匙閉鎖系統的功能已經比較完善，但針對個別的系統和設備還需要不斷優(yōu)化。

2 聯鎖在核電站應用的改進措施

2.1 中壓開關柜增加接地開關與后封板的機械閉鎖

按照中壓開關柜的機械聯鎖配置，在停電檢修開關柜時，首先要把斷路器分閘，把手車退至試驗位置，再合上接地開關，方能打開電纜室門板。如果增加接地開關和后封板的聯鎖，就可以實現只有在接地開關處于合位時，才能打開對應的后封板的功能。這樣開關柜停電檢修時，就消除了誤入帶電間隔的風險。相反，在檢修后的送電操作過程中，也必須首先將后封板關閉后，才能分接地開關，這也可有效防止觸電的風險。目前，部分設備廠家已經研發(fā)出滿足此功能的閉鎖裝置，但由于涉及抗震、內燃弧等核級鑒定試驗沒有完成，還不能在核電站推廣。后續(xù)需推動設備廠家盡快完成裝置的相關鑒定試驗，并在核電站中推廣使用。

2.2 部分中壓開關柜增加電氣聯鎖

對于沒有安裝接地開關的中壓開關柜，開關柜的后封板與斷路器無法實現機械聯鎖；為了實現防止誤入帶電間隔的功能，應該增加電氣聯鎖。電氣聯鎖涉及的元器件有帶閉鎖接點的帶電顯示器、電磁鎖及相關附件，實現起來非常容易。帶電顯示器監(jiān)測斷路器負荷側或柜內母線是否帶電，如果帶電，則閉鎖接點打開，斷開電磁鎖回路，安裝在后封板上的電磁鎖就無法操作，后門也就無法打開；相反，當斷路器負荷側或母線不帶電時，閉鎖接點閉合，導通電磁鎖回路，此時可以操作電磁鎖，然后打開對應的后封板。這種方案廣泛應用于母線聯絡柜和進線柜。

2.3 統一機械鑰匙聯鎖編碼規(guī)則

對于采用機械鑰匙閉鎖的單個設備和單系統內的多個設備，機械鎖和鑰匙的編碼不存在問題。問題是在多系統多設備中，1把鎖對應2個不同的系統，這2個系統又相互關聯，按任一系統編碼都有道理。針對這種情況，應該在后續(xù)的采購技術規(guī)格書和技術澄清中增加編碼規(guī)則。首先按照上游系統優(yōu)先的原則；如果系統不分先后，則按照系統編碼字母優(yōu)先的原則。

2.4 加強對機械鑰匙聯鎖編碼的統一管理

核電站機械鑰匙聯鎖涉及多系統、多設備、多供應商，如果不加強管理，容易引起機械鑰匙聯鎖編碼的混亂，導致安裝、調試階段部分聯鎖功能失效，給采購和現場進度造成較大壓力。建議在設備采購初期，就設計固化全廠機械鎖的鎖芯編碼并將其發(fā)往各相關設備廠家。

3 結束語

目前核電站全廠電氣設備聯鎖的應用非常廣泛，功能也比較成熟，對電氣設備乃至核電站的安全運行起到了非常重要的作用。

隨著核電站運行時間的增加，部分電氣設備的聯鎖功能還需繼續(xù)研究和完善，機械鑰匙聯鎖的管理也需要進一步加強，對于隔離措施不到位、容易引起觸電事故的中壓電氣設備更應關注。

隨著聯鎖技術的發(fā)展和成熟，越來越多的成熟聯鎖技術能夠在核電站中得到應用，為核電站的安全運行保駕護航。

參考文獻：

1 中華人民共和國國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.GB3906—2006 3.6 kV-40.5 kV交流金屬封閉開關設備和控制設備［S］.北京：中國標準出版社，2006.

2 國家能源局.NB/T25022—2014 核電廠全廠電氣設備機械聯鎖技術規(guī)范［S］.北京：中國電力出版社，2014.

收稿日期：2016-02-16。

作者簡介：

全先德（1975-），男，工程師，主要從事核電站設備服務管理工作，email：quanxiande@cgnpc.com.cn。