核電站負(fù)荷開(kāi)關(guān)改造“五防”閉鎖系統(tǒng)設(shè)計(jì)

吳蘇敏，余銀輝，高 達(dá)，劉華干，郭藝璇

（中廣核研究院有限公司，廣東 深圳 518124）

核電站負(fù)荷開(kāi)關(guān)改造“五防”閉鎖系統(tǒng)設(shè)計(jì)

吳蘇敏，余銀輝，高 達(dá)，劉華干，郭藝璇

（中廣核研究院有限公司，廣東 深圳 518124）

為避免設(shè)備受損、人身傷亡，某核電站在GSY負(fù)荷開(kāi)關(guān)改造中，需對(duì)原有“五防”閉鎖系統(tǒng)進(jìn)行改造；結(jié)合項(xiàng)目要求和電廠自身特點(diǎn)，確定了改造以鑰匙閉鎖為主、與設(shè)備電氣聯(lián)鎖相結(jié)合的閉鎖方式，分析了其設(shè)計(jì)原理、工作邏輯及應(yīng)用情況；改造后的閉鎖系統(tǒng)可以有效避免電氣誤操作事故的發(fā)生，保證機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

負(fù)荷開(kāi)關(guān)；“五防”閉鎖；鑰匙閉鎖；電氣聯(lián)鎖

0 引言

隨著現(xiàn)代電力系統(tǒng)規(guī)模越來(lái)越大，電壓等級(jí)越來(lái)越高，電氣誤操作事故也成為電力系統(tǒng)頻發(fā)事故之一。電氣誤操作可能造成設(shè)備損壞、人身傷亡、電網(wǎng)振蕩等嚴(yán)重后果，將給電力企業(yè)帶來(lái)嚴(yán)重?fù)p失。為確保電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，避免各類誤操作事故的發(fā)生，除強(qiáng)化運(yùn)行管理手段，還應(yīng)重視“五防”工作。在某核電站GSY（同步并網(wǎng)系統(tǒng)）負(fù)荷開(kāi)關(guān)改造中，根據(jù)發(fā)電機(jī)出口斷路器（Generator Circuit Breaker，GCB）自身運(yùn)行特點(diǎn)，對(duì)原有鑰匙閉鎖系統(tǒng)進(jìn)行了補(bǔ)充、完善，結(jié)合GCB內(nèi)部的電氣聯(lián)鎖設(shè)置，以有效避免誤操作事故的發(fā)生。

1 “五防”閉鎖裝置簡(jiǎn)介

電氣“五防”的內(nèi)容是指：

（1） 防止誤分、誤合斷路器；

（2） 防止帶負(fù)荷拉、合隔離開(kāi)關(guān)；

（3） 防止帶電掛接地線（或合上接地開(kāi)關(guān)）；

（4） 防止帶接地線（或未拉開(kāi)接地開(kāi)關(guān)）合斷路器（或隔離開(kāi)關(guān)）；

（5） 防止誤入帶電間隔。

目前，國(guó)內(nèi)常用的“五防”閉鎖方式主要有4種：機(jī)械閉鎖、機(jī)械程序鎖、電氣聯(lián)鎖和電磁鎖、微機(jī)防誤閉鎖。

1.1 機(jī)械閉鎖

機(jī)械閉鎖主要應(yīng)用于開(kāi)關(guān)柜及戶外刀閘的操作，是靠開(kāi)關(guān)設(shè)備或刀閘操作機(jī)構(gòu)的相互制約及聯(lián)動(dòng)來(lái)達(dá)到先后動(dòng)作的閉鎖要求。機(jī)械閉鎖在操作過(guò)程中無(wú)需使用鑰匙等輔助操作，可以實(shí)現(xiàn)隨操作順序的正確進(jìn)行，自動(dòng)地步步解鎖；在發(fā)生誤操作時(shí)，自動(dòng)閉鎖，阻止誤操作。機(jī)械閉鎖可以實(shí)現(xiàn)正向和反向的閉鎖要求，具有強(qiáng)度高、不易損壞、閉鎖直觀、操作方便、閉鎖可靠等特點(diǎn)。但要實(shí)現(xiàn)斷路器與斷路器之間，或者斷路器與其他斷路器回路隔離開(kāi)關(guān)間的閉鎖就非常困難，還需要輔以其他閉鎖方法，才能滿足當(dāng)今防誤閉鎖的要求。

1.2 機(jī)械程序鎖

機(jī)械程序鎖是用鑰匙隨操作程序傳遞或置換而達(dá)到先后開(kāi)鎖操作的要求，主要用于開(kāi)關(guān)與其他電氣設(shè)備之間，以及戶外配電裝置、戶內(nèi)間隔式配電裝置。機(jī)械程序鎖分為有彈子程序鎖和無(wú)彈子程序鎖2類，應(yīng)用最廣的是無(wú)彈子程序鎖。無(wú)彈子程序鎖也分為2種：一種是一把鑰匙走到底，此種程序鎖閉鎖路線單一，不易實(shí)現(xiàn)橫向閉鎖要求，難以在復(fù)雜接線方式中應(yīng)用；另一種是采用鑰匙置換法，可以在置換過(guò)程中變化鑰匙數(shù)量，能滿足豎向和橫向閉鎖要求。該核電站負(fù)荷開(kāi)關(guān)改造中相關(guān)的鑰匙閉鎖系統(tǒng)即屬于鑰匙置換法的機(jī)械程序鎖。

1.3 電氣聯(lián)鎖和電磁鎖

電氣聯(lián)鎖是建立在二次操作回路上的一種防誤功能，通過(guò)開(kāi)關(guān)和刀閘的輔助接點(diǎn)以及電氣控制回路形成閉鎖電路。該負(fù)荷開(kāi)關(guān)改造中的GCB自身配備了電氣聯(lián)鎖。

電磁鎖利用斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、斷路器柜門等的輔助接點(diǎn)，接通或斷開(kāi)需閉鎖的隔離開(kāi)關(guān)、開(kāi)關(guān)柜門等電磁鎖電源，閉鎖操作機(jī)構(gòu)的動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)設(shè)備之間的相互閉鎖。

1.4 微機(jī)防誤閉鎖裝置

微機(jī)防誤閉鎖是一種采用計(jì)算機(jī)軟件、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的現(xiàn)代控制技術(shù)，通過(guò)建立閉鎖邏輯數(shù)據(jù)庫(kù)將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備二次電氣閉鎖回路閉鎖條件變?yōu)橛?jì)算機(jī)中的防誤閉鎖規(guī)則庫(kù)。防誤主機(jī)使用規(guī)則庫(kù)對(duì)模擬預(yù)演操作進(jìn)行閉鎖邏輯判斷，記錄符合防誤閉鎖規(guī)則的模擬預(yù)演操作步驟，生成實(shí)際操作程序。運(yùn)行人員對(duì)照防誤主機(jī)及電腦鑰匙的提示，依次對(duì)設(shè)備進(jìn)行操作。不符合程序的操作，由于設(shè)備未解鎖，操作無(wú)法進(jìn)行，從而防止誤操作的發(fā)生。

2 GCB中的電氣聯(lián)鎖

依據(jù)電氣“五防”的要求，GCB內(nèi)部設(shè)置了電氣聯(lián)鎖以防止誤操作。GCB內(nèi)部包含1個(gè)斷路器、1個(gè)隔離開(kāi)關(guān)以及2個(gè)接地開(kāi)關(guān)，現(xiàn)以GCB中隔離開(kāi)關(guān)的合閘邏輯為例，對(duì)其電氣聯(lián)鎖進(jìn)行簡(jiǎn)要說(shuō)明。隔離開(kāi)關(guān)的合閘邏輯如圖1所示。

圖1 隔離開(kāi)關(guān)合閘邏輯

圖中Q0為斷路器，Q9為隔離開(kāi)關(guān)，Q81為發(fā)電機(jī)側(cè)接地開(kāi)關(guān)，Q82為主變側(cè)接地開(kāi)關(guān)。由該圖可知，隔離開(kāi)關(guān)閉合的前提條件包括（但不限于）：斷路器斷開(kāi)、發(fā)電機(jī)側(cè)接地開(kāi)關(guān)斷開(kāi)以及主變側(cè)接地開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。這與電氣“五防”中的第（2）點(diǎn)和第（4）點(diǎn)要求是相對(duì)應(yīng)的。具體到電路設(shè)計(jì)，通過(guò)在隔離開(kāi)關(guān)合閘回路中串入斷路器及接地開(kāi)關(guān)的輔助接點(diǎn)形成閉鎖，如圖2所示。

圖2圈1中S81的27-28接點(diǎn)及圈2中S82 的27-28接點(diǎn)為接地開(kāi)關(guān)輔助接點(diǎn)，接地開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)接點(diǎn)閉合；圈3中S0的11-12接點(diǎn)為斷路器輔助接點(diǎn)，斷路器斷開(kāi)時(shí)接點(diǎn)閉合?？梢?jiàn)，僅當(dāng)接地開(kāi)關(guān)和斷路器的狀態(tài)滿足邏輯要求時(shí)（斷開(kāi)），隔離開(kāi)關(guān)合閘回路方能接通，否則隔離開(kāi)關(guān)無(wú)法實(shí)現(xiàn)合閘操作。

改造取消了主變側(cè)帶電閉鎖就地合閘回路的設(shè)計(jì)，修改為主變側(cè)帶電閉鎖合主變側(cè)接地刀的電氣聯(lián)鎖：在主變側(cè)接地開(kāi)關(guān)的合閘回路中串入電壓繼電器接點(diǎn)，當(dāng)電壓繼電器檢測(cè)到主變帶電時(shí)，該接點(diǎn)斷開(kāi)，閉鎖接地開(kāi)關(guān)的合閘回路，防止主變?cè)诮拥亻_(kāi)關(guān)合閘的情況下進(jìn)行倒送電。除此之外，新斷路器還設(shè)有就地手動(dòng)合閘時(shí)隔離開(kāi)關(guān)需處于分位的電氣閉鎖，可以防止就地誤合開(kāi)關(guān)導(dǎo)致向發(fā)電機(jī)倒送電。

3 改造后鑰匙閉鎖系統(tǒng)

3.1 GCB本體鑰匙閉鎖

改造后GCB本體沒(méi)有復(fù)雜的輔助系統(tǒng)機(jī)械鑰匙閉鎖，但增加了隔離開(kāi)關(guān)、接地開(kāi)關(guān)在高壓系統(tǒng)中的鑰匙閉鎖。GSY001/101/201JS刀閘分別對(duì)應(yīng)1GB/2GB/3GB，4GB/5GB/6GB，7GB/8GB/9GB共3組9把鑰匙，每組鑰匙各自對(duì)應(yīng)圖標(biāo)，任何情況下只有1把鑰匙能夠被釋放，其所對(duì)應(yīng)的操作方式分別如下：

（1） 圓形標(biāo)記的鑰匙被釋放——驅(qū)動(dòng)器被鎖在“閉合”位置；

（2） 三角形標(biāo)記的鑰匙被釋放——驅(qū)動(dòng)器被鎖在“斷開(kāi)”位置；

（3） 方形的鑰匙被釋放——正常操作，可在就地或遠(yuǎn)控電動(dòng)操作，手動(dòng)操作被閉鎖；

（4） 所有鑰匙均被閉鎖——手動(dòng)操作，就地或遠(yuǎn)控電動(dòng)操作被閉鎖，可手動(dòng)操作。

改造后的GCB鑰匙閉鎖如圖3所示。

3.2 電廠高壓系統(tǒng)鑰匙閉鎖

新GCB增加了1個(gè)隔離開(kāi)關(guān)、2個(gè)接地開(kāi)關(guān)，這3個(gè)開(kāi)關(guān)將作為全廠高壓系統(tǒng)的隔離邊界，機(jī)械鑰匙閉鎖系統(tǒng)能否有效工作，直接關(guān)系到設(shè)備運(yùn)行的可靠性。改造工程師深入分析了其他核電站高壓系統(tǒng)鑰匙閉鎖機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)原理，針對(duì)該核電站高壓鑰匙閉鎖系統(tǒng)的特點(diǎn)，采用“等效替代，單個(gè)轉(zhuǎn)換”的思路，對(duì)高壓系統(tǒng)鑰匙閉鎖機(jī)構(gòu)進(jìn)行了整體改造。以隔離開(kāi)關(guān)替代原負(fù)荷開(kāi)關(guān)，2個(gè)接地開(kāi)關(guān)分別替換原臨時(shí)接地線的功能，同時(shí)保留臨時(shí)接地線鑰匙閉鎖以備特殊情況使用。

鑰匙閉鎖機(jī)構(gòu)需要確保改造后的每一把鎖與改造前完全一樣，廠家能否提供與20多年前完全一樣的鎖，成為鑰匙閉鎖機(jī)構(gòu)改造的關(guān)鍵因素。經(jīng)過(guò)與國(guó)外廠家的多輪溝通，確保了大部分鎖的匹配，但新產(chǎn)品中仍有1把CASTELL鎖與現(xiàn)場(chǎng)使用的舊CASTELL鎖不匹配。舊CASTELL鎖現(xiàn)場(chǎng)使用已二十多年，廠家反饋無(wú)法查詢到該鎖相關(guān)信息。為實(shí)現(xiàn)新老CASTELL鎖的匹配，需對(duì)舊鎖進(jìn)行改造。通過(guò)研究機(jī)械鑰匙閉鎖結(jié)構(gòu)的原理，對(duì)舊CASTELL鎖進(jìn)行適當(dāng)加工，將其裝到新的鑰匙連鎖機(jī)構(gòu)上，確保了高壓鑰匙閉鎖機(jī)構(gòu)改造完成。

圖2 隔離開(kāi)關(guān)合閘回路

3.3 改造后的鑰匙閉鎖邏輯

在對(duì)設(shè)備進(jìn)行停電檢修時(shí)，工作人員需要先“斷源”，再接地。電廠GEV（輸電系統(tǒng)）中的源主要包括：勵(lì)磁開(kāi)關(guān)、GCB、GEV高壓側(cè)隔離開(kāi)關(guān)、LGA/LGD/LGE進(jìn)線開(kāi)關(guān)和電壓互感器以及26 kV母線電壓互感器。

圖3 GCB鑰匙閉鎖

改造后的GEV鑰匙置換順序?yàn)椋?/p>

（1） 斷開(kāi)超高壓斷路器，然后斷開(kāi)主變進(jìn)線隔離開(kāi)關(guān)，取得2S鑰匙；

（2） 斷開(kāi)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁開(kāi)關(guān)，取得GE鑰匙；

（3） 斷開(kāi)并拉出GEV向LGE母線供電的進(jìn)線斷路器LGE101，取得4S鑰匙；

（4） 同樣方法從LGA201上取得6S鑰匙，從LGD101上取得8S鑰匙；

（5） 拉出LGE101機(jī)柜背后的電壓互感器小車，取得3S鑰匙；

（6） 同樣方法斷開(kāi)并拉出LGA/LGD進(jìn)線電壓互感器，取得5S和7S鑰匙；

（7） 斷開(kāi)GCB，然后斷開(kāi)隔離開(kāi)關(guān)，取出1GB（相當(dāng)與改造前負(fù)荷開(kāi)關(guān)閉鎖鑰匙1S），將隔離開(kāi)關(guān)鎖在“斷開(kāi)”位置；

（8） 用KABA廠家的1GB在GSY001CV中置換出RONIS廠家的1GB1（GCB隔離開(kāi)關(guān)和接地開(kāi)關(guān)采用KABA鎖，而電廠GEV采用RONIS鎖，欲在原有系統(tǒng)中引入GCB相關(guān)鑰匙，必須完成此處鑰匙置換操作）；

（9） 把取得的GE，1GB1，2S，3S，4S，5S，6S，7S及8S共9把鑰匙插入GSY001CV中，轉(zhuǎn)動(dòng)并取出1V鑰匙；

（10） 將1V鑰匙插入GSY003CV中，轉(zhuǎn)動(dòng)并取出1VA到5VC共15把鑰匙；

（11） 將15把鑰匙分別插入電壓互感器GSY101-305門閂上的鑰匙孔中，打開(kāi)柜門，斷開(kāi)電壓互感器并接地，轉(zhuǎn)動(dòng)并取出BPG224-BPG238共15把鑰匙；

（12） 將BPG224-BPG238共15把鑰匙插入GSY006CV中，轉(zhuǎn)動(dòng)并取出BPG122鑰匙（2號(hào)機(jī)為BPG222鑰匙）；

（13） 把 取 得 的BPG122/222鑰 匙 插 入GSY001CV中，轉(zhuǎn)動(dòng)并取出9S，10S，11S，12S，13S，14S，15S，4GB1和7GB1共9把鑰匙；

（14） 把9S鑰匙插入GEV002CV中，取出9SA，9SB和9SC 3把鑰匙；

（15） 將取得的3把鑰匙插入接地開(kāi)關(guān)0GEW320JS（2號(hào)機(jī)為0GEW420JS）的鑰匙孔中，轉(zhuǎn)動(dòng)鑰匙接觸機(jī)械閉鎖，并把三相開(kāi)關(guān)置于電動(dòng)操作位置，閉合接地開(kāi)關(guān)0GEW320/420JS；

（16） 把10S鑰匙插入GEW002CV中，取出10SA，10SB和10SC 3把鑰匙；

（17） 類似“步驟（15）”中的操作，閉合接地開(kāi)關(guān)0GEW313JS（2號(hào)機(jī)為0GEW417JS）；

（18） 通過(guò)11S鑰匙閉合LGE母線接地開(kāi)關(guān)LGE101JS；

（19） 同樣方法用12S鑰匙閉合接地開(kāi)關(guān)LGA201JS，用13S鑰匙閉合接地開(kāi)關(guān)LGD101JS；

（20） 用14S鑰匙置換出14SA，14SB和14SC 3把鑰匙；同樣方法用15S鑰匙置換出15SA，15SB和15SC3把鑰匙；

（21） 通過(guò)上述6把鑰匙打開(kāi)地線接線盒，接臨時(shí)地線；

（22） 用4GB1和7GB1通過(guò)GSY001CV置換出4GB和7GB鑰匙，用以閉合GCB的接地開(kāi)關(guān)；

（23） 閉合地刀后取出6GB和9GB鑰匙，將其插入GSY002CV中，將地刀鎖在“閉合”位置；

在滿足其他維修條件的情況下，將1M-4M鑰匙插入002CV，可置換出1GB1鑰匙進(jìn)而置換出1GB鑰匙用于GCB隔離開(kāi)關(guān)的試驗(yàn)。機(jī)組啟動(dòng)時(shí)鑰匙閉鎖邏輯與上述流程相反。

改造后的鑰匙閉鎖系統(tǒng)能夠保證：

（1） 對(duì)GCB進(jìn)行維護(hù)、檢修時(shí)，設(shè)備與相關(guān)電源的隔離；

（2） 對(duì)GCB進(jìn)行維護(hù)、檢修時(shí)，設(shè)備兩側(cè)可靠接地；

（3） 對(duì)GCB送電前，設(shè)備兩側(cè)的接地可靠斷開(kāi)；

（4） 斷路器就地合閘功能只能在空合試驗(yàn)時(shí)使用，防止斷路器誤動(dòng)；

（5） 主變倒送電期間，隔離開(kāi)關(guān)處于斷開(kāi)位置，防止就地誤合斷路器向發(fā)電機(jī)倒送電；

（6） 主變倒送電期間，主變低壓側(cè)接地開(kāi)關(guān)處于斷開(kāi)位置。

4 結(jié)束語(yǔ)

在該核電站負(fù)荷開(kāi)關(guān)改造過(guò)程中，根據(jù)電廠自身特點(diǎn)，采用機(jī)械鑰匙閉鎖為主、與設(shè)備電氣聯(lián)鎖相結(jié)合的方式對(duì)GCB相關(guān)隔離閉鎖系統(tǒng)進(jìn)行改造。改造后的閉鎖系統(tǒng)基于1把鑰匙同時(shí)只能插入1個(gè)鎖孔的原理，按照各設(shè)備間的邏輯關(guān)系，通過(guò)鑰匙交換，確保電氣設(shè)備只能在預(yù)先設(shè)定好的程序下工作。這樣就有效地避免了工作人員的誤操作，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備操作防誤聯(lián)鎖、檢修安全隔離閉鎖和應(yīng)急操作解鎖等功能，為機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了保障。

1 段衛(wèi)國(guó)，李儀光．廣蓄電廠鑰匙閉鎖系統(tǒng)應(yīng)用于常規(guī)變電站的可行性研究［J］．南方電網(wǎng)技術(shù)，2009，3（5）：73-76．

2 岑佳輝．安全隔離閉鎖及操作聯(lián)鎖機(jī)械鑰匙系統(tǒng)的應(yīng)用［J］．電力安全技術(shù)，2013，7（15）：41-43．

3 張志剛．萬(wàn)家寨引黃工程泵站設(shè)備安裝的防誤操作鑰匙閉鎖系統(tǒng)［J］．山西水利科技，2004，（2）：44-45．

2016-06-07。

吳蘇敏（1988-），男，助理工程師，主要從事電氣工程及其自動(dòng)化研究工作，email：wsmnumberone@163．com。

余銀輝（1984-），男，高級(jí)工程師，主要從事電氣工程及其自動(dòng)化研究工作。

高 達(dá)（1987-），男，工程師，主要從事電氣工程及其自動(dòng)化研究工作。

劉華干（1983-），男，工程師，主要從事電氣工程及其自動(dòng)化研究工作。

郭藝璇（1992-），男，助理工程師，主要從事電氣工程及其自動(dòng)化研究工作。