一種基于多重物理隔離的防誤鎖具的研制與設(shè)計(jì)

李明哲 唐 鶴 傅文鋒 郭小華 韋運(yùn)杰

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司佛山供電局，廣東佛山528000）

0 引言

微機(jī)防誤閉鎖系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)應(yīng)用于變電站自動(dòng)化的結(jié)果，是目前電力系統(tǒng)“五防”領(lǐng)域的重要設(shè)備，廣泛用于防止電氣誤操作事件發(fā)生。電氣編碼鎖直接串聯(lián)于開關(guān)、刀閘等變電一次設(shè)備的控制回路，是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)防誤閉鎖功能的執(zhí)行元件[1]。

變電站內(nèi)一次設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要，相關(guān)的管理也尤為嚴(yán)格。正常所有電氣操作都需經(jīng)微機(jī)防誤閉鎖系統(tǒng)模擬確認(rèn)無誤后才能現(xiàn)場操作，但變電站現(xiàn)有的防誤操作電氣編碼鎖，兩個(gè)極柱和背面端子均裸露在外，原理過于簡單，通過導(dǎo)線或?qū)щ娊饘俣探诱?fù)電極柱或者背面端子即可解鎖，存在較大安全隱患。例如，操作人員用短接線短接電氣編碼鎖解鎖，極有可能構(gòu)成惡性誤操作事件。針對以上問題，本文在原有防誤閉鎖電氣編碼鎖的基礎(chǔ)上做了多重隔離設(shè)計(jì)，與現(xiàn)有鎖具尺寸一致，便于安裝，可全面防止人為短接電氣編碼鎖解鎖，有效避免在設(shè)備操作、施工過程中惡意解鎖行為的發(fā)生，為變電裝置防誤操作增加一道更加堅(jiān)固的防線。

1 當(dāng)前防誤操作電氣編碼鎖安全性分析

以開關(guān)分閘控制回路為例，防誤操作電氣編碼鎖串接于控制回路中，等效為一個(gè)由電腦鑰匙控制的接點(diǎn)。正常操作時(shí)，操作人員首先在五防機(jī)模擬操作步驟，正確無誤后上傳至電腦鑰匙，操作過程中將鑰匙帶入現(xiàn)場插入防誤操作電氣編碼鎖，接點(diǎn)接通從而允許對開關(guān)分合閘操作[2]。然而，變電站現(xiàn)有安裝的防誤操作電氣編碼鎖，正面兩個(gè)金屬極柱裸露在外，背面接線端子也未采用封閉設(shè)計(jì)。

鎖具正面極柱與背面端子對應(yīng)連通，背面端子經(jīng)電纜引入端子排后串接于控制回路。在沒有電腦操作鑰匙情況下，通過金屬導(dǎo)體短接正面鎖孔或背面端子兩端即可解鎖，達(dá)不到全面防誤操作目的，存在較大的安全隱患。

針對當(dāng)前防誤編碼鎖功能上的缺陷，需要從兩個(gè)方面進(jìn)行改進(jìn)：一是防止人為短接正面極柱解鎖，二是防止短接背面端子解鎖。后者可通過在鎖具背面加裝塑料外殼密封加以實(shí)現(xiàn)，將接線端子藏在鎖具內(nèi)部，使操作人員無法短接解鎖。本文重點(diǎn)討論前者，即采取措施防止人為短接正面鎖孔解鎖。

2 可行性研究與方案設(shè)計(jì)

綜合考慮成本、可行性、可推廣性及操作習(xí)慣，我們設(shè)想不改變編碼鎖的尺寸大小，而是從鎖的內(nèi)部結(jié)構(gòu)出發(fā)，將設(shè)計(jì)重點(diǎn)集中在防誤操作電氣編碼鎖上，重點(diǎn)解決如何將人為短接使得接點(diǎn)連通的可能性降至零，從而實(shí)現(xiàn)隔離功能。

防誤操作電氣編碼鎖串接于控制回路中，若鎖具故障將直接導(dǎo)致控制回路不通，影響設(shè)備操作，因此改造設(shè)計(jì)首要考慮穩(wěn)定性、可靠性。經(jīng)過反復(fù)論證后，確定物理隔離功能實(shí)現(xiàn)思路如下：鎖具正電極柱與正電端子間串接一個(gè)接點(diǎn)，接點(diǎn)的開斷受電腦鑰匙控制，只有將電腦鑰匙帶入操作現(xiàn)場，并滿足操作條件，操作電腦鑰匙接點(diǎn)才能接通，進(jìn)而對變電設(shè)備操作，當(dāng)人為短接正面鎖孔惡意解鎖時(shí)由于接點(diǎn)的存在而使解鎖無效。運(yùn)用將鎖具與外部進(jìn)行物理隔離的方式，起到保護(hù)和固定內(nèi)部元件的作用，使得鎖具的可靠性大為提高。

在接點(diǎn)元件的選擇上，采用了已經(jīng)封裝好的位置開關(guān)來控制接點(diǎn)的通斷。位置開關(guān)常態(tài)觸點(diǎn)斷開，為常開觸點(diǎn)。當(dāng)操作電腦鑰匙校驗(yàn)電氣編碼鎖正確后，推動(dòng)鑰匙的撥輪，帶動(dòng)極柱旋轉(zhuǎn)，極柱上突出部分撥動(dòng)位置開關(guān)，其常開接點(diǎn)就會(huì)接通。如果松開撥輪，位置接點(diǎn)的彈簧功能則會(huì)自動(dòng)復(fù)歸為常開接點(diǎn)。這種位置開關(guān)制作工藝已經(jīng)非常成熟，而且測試可通斷次數(shù)均達(dá)到萬次以上，有很好的穩(wěn)定性，鑒于電力設(shè)備的操作頻數(shù)，可以說具有無限的使用壽命。另外，位置開關(guān)具有體積小、重量輕的特點(diǎn)，這使得它們易于安裝且不顯眼，很適合用于微型設(shè)備，因此可以保留鎖具原有的尺寸大小。同時(shí)，位置開關(guān)是將機(jī)械信號轉(zhuǎn)換為位置信號，且接點(diǎn)已經(jīng)封裝好，有很好的抗干擾性。目前，市面適用的位置開關(guān)很多且價(jià)格便宜，可靠性、經(jīng)濟(jì)性達(dá)到最大化。

物理隔離功能實(shí)現(xiàn)方案：當(dāng)電腦鑰匙插入防誤操作電氣編碼鎖時(shí)利用撥輪帶動(dòng)凸輪使得位置開關(guān)接點(diǎn)閉合，回路導(dǎo)通；操作完畢后，拔出電腦鑰匙，位置開關(guān)接點(diǎn)由于彈簧力自動(dòng)復(fù)歸。最后對整個(gè)模塊進(jìn)行封裝，加入多重物理隔離，可以起到以下作用：

（1）物理保護(hù)。防誤鎖與外界隔離，防止了空氣中雜質(zhì)腐蝕電路造成的電氣性能下降，使鎖免受外力損壞和外部環(huán)境的影響。

（2）標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格化。封裝的尺寸、形狀、間距、長度等有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，既便于日后技術(shù)上的改進(jìn)和加工，又便于與鎖具相配合，具有通用性。

3 元件構(gòu)架分解及調(diào)試

鎖具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示，位置開關(guān)固定在ABS板上。正電極柱與負(fù)電極柱均為金屬導(dǎo)體，一端與電腦鑰匙連接；另一端有螺紋，用于固定鎖具及連接正電、負(fù)電端子。正電極柱分為極柱與螺桿兩段，由絕緣連接頭隔離固定，在極柱與螺桿之間串接位置開關(guān)。

根據(jù)現(xiàn)有防誤操作電氣編碼鎖尺寸要求，本文選用Scheider生產(chǎn)的型號為SW5的位置開關(guān)，位置開關(guān)尺寸為20 mm×6 mm×10 mm，額定電壓：250 V AC，額定電流：5 A，壽命：10萬次。

圖1 鎖具結(jié)構(gòu)示意圖

本文選取某變電站10 kV備用開關(guān)柜安裝調(diào)試，將原有開關(guān)的電氣編碼鎖用經(jīng)過全封閉改進(jìn)后的防誤操作電氣編碼鎖替代，鎖具背面按原有后座尺寸加裝了塑料外殼，背面端子隱藏在鎖具內(nèi)部，工作人員無法接觸。經(jīng)過保護(hù)傳動(dòng)、現(xiàn)場分合、后臺遙控等試驗(yàn)操作，改造后的控制回路正常，開關(guān)可投入運(yùn)行。

4 結(jié)語

本文研制的基于多重物理隔離的電氣編碼鎖結(jié)構(gòu)簡單可靠，接于變電設(shè)備控制回路可有效防止人為非法短接解鎖行為的發(fā)生。項(xiàng)目源于生產(chǎn)實(shí)際，在原有電氣編碼鎖基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，改造成本低，可全行業(yè)推廣。