鑰匙聯(lián)鎖在工業(yè)與民用項目電氣設(shè)計中的應(yīng)用

王志堅 張楊 孫瑤

（中國核電工程有限公司）

0 引言

對于核電廠、石油、化工、天然氣廠等特大型工業(yè)與民用項目而言，電氣系統(tǒng)的安全可靠運行至關(guān)重要，不但直接涉及到項目本身經(jīng)濟效益，更進一步關(guān)系到人身安全乃至政治影響。

在上述項目中，電氣設(shè)備種類繁雜，數(shù)目龐大，在日常運行及大修期間，操作十分頻繁。如何防止因人因失誤而造成電氣事故，保障電氣系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，成為一個重要課題。鑰匙聯(lián)鎖系統(tǒng)則很好地解決了檢修運行人員未完全遵照工作票操作，因人因失誤造成電氣系統(tǒng)故障的問題，有效提升了項目的可靠運行。

1 鑰匙聯(lián)鎖及其分類

1.1 鑰匙聯(lián)鎖

鑰匙聯(lián)鎖是指設(shè)計師們將正確的操作邏輯順序，通過“鑰匙”和“鎖”的組合來實現(xiàn)電氣系統(tǒng)中的主要操作，以促使操作者總是按照正確的順序操作，確保安全的工作模式。

電氣系統(tǒng)采用鑰匙聯(lián)鎖，可以有效防止誤入帶電間隔，防止帶負荷操作隔離開關(guān)、帶電合接地開關(guān)，防止帶接地開關(guān)送電，防止誤操作斷路器，可以有效消除電氣設(shè)備的誤操作和誤入危險區(qū)域，從而保證運行維護人員的人身安全。操作人員因鑰匙聯(lián)鎖系統(tǒng)的存在，必須按照其規(guī)定好的機械邏輯逐步進行分合閘操作，從而確保安全生產(chǎn)，防止人因失誤危害電氣系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

1.2 鑰匙聯(lián)鎖的類型

根據(jù)需求的不同，鑰匙通常分為以下幾種：

（1）允許隔離鑰匙（PI）

允許隔離鑰匙是當插入鑰匙時，允許從運行位置移出設(shè)備，當允許隔離鑰匙鎖緊在鎖內(nèi)時，設(shè)備不能帶電。只有當設(shè)備在運行位時，才能釋放鑰匙。

（2）證明隔離鑰匙（POI）

只有當斷路器或隔離開關(guān)從運行位置處移開，或者當固定斷路器或開關(guān)裝置完全打開時，才能釋放鑰匙。當鑰匙移開時，不能插入斷路器，不能閉合斷路器或隔離開關(guān)。

（3）允許接地鑰匙（PE）

允許接地鑰匙是指當插入鑰匙時，才能閉合接地開關(guān)。只有當接地開關(guān)打開時，才能釋放鑰匙。

（4）證明接地鑰匙（POE）

證明接地鑰匙是指只有當接地開關(guān)閉合時鑰匙才能被釋放，接地開關(guān)鎖定在接地位時才能移開鑰匙。

（5）允許進入（PTA）

當插入鑰匙時，才能進入設(shè)備。當鑰匙鎖定在門鎖上時，設(shè)備不允許帶電。直到鎖定所有的進入點以后，鑰匙才可以釋放出來。

2 鑰匙聯(lián)鎖系統(tǒng)設(shè)計案例分析

2.1 電氣專業(yè)設(shè)計需求

如圖1所示，某廠用電子系統(tǒng)設(shè)有ESS和EST兩段10kV中壓母線，分別有進線斷路器001JA，002JA和母線PT柜，編號為001PT，002PT。兩段母線設(shè)有母聯(lián)斷路器003JA和母線隔離004JA。電氣專業(yè)要求，設(shè)計鑰匙聯(lián)鎖方案，通過機械的方式，實現(xiàn)001JA，002JA，003JA“三取二”邏輯，防止誤入帶電間隔，防止帶負荷操作隔離開關(guān)、帶電合接地開關(guān)，防止帶接地開關(guān)送電，防止誤操作斷路器，保障人身及電氣設(shè)備安全。

圖1 某廠用電系統(tǒng)接線簡圖

2.2 鑰匙聯(lián)鎖設(shè)計分析

根據(jù)圖1所示電氣接線圖，逐條分析電氣需求，并找出相應(yīng)的鑰匙聯(lián)鎖實現(xiàn)方法，最終形成鑰匙聯(lián)鎖方案，滿足電氣運行需求，保障人身及設(shè)備安全。

經(jīng)初步分析，需設(shè)置鑰匙聯(lián)鎖的邏輯設(shè)計共有以下幾種：

1）防止誤入帶電間隔，防止帶接地開關(guān)送電，防止誤操作斷路器。只有確保001JA（002JA）上游中壓饋線斷路器分閘、接地開關(guān)接地，本側(cè)接地開關(guān)也接地的情況下，才能打開001JA柜門，進行檢修、維護操作。只有上下游接地開關(guān)均打開的情況下，才能進行斷路器合閘操作。

2）防止帶負荷操作隔離開關(guān)。只有003JA分閘或不在運行位，母線線路不帶電時，才能操作隔離開關(guān)。

3）防止帶電合接地開關(guān)。以003JS為例。只有001JS接地，003JA不在運行位置，001PT抽出時，ESS段母線完全失電，才能合接地開關(guān)003JS。

4）001JA，002JA，003JA“三取二”邏輯。當母聯(lián)斷路器003JA在運行位，且合閘時，為防止001JA和002JA同時供電，應(yīng)設(shè)置“三取二”鑰匙聯(lián)鎖邏輯。

2.3 鑰匙聯(lián)鎖方案設(shè)計

經(jīng)2.2節(jié)的分析，繪制該廠用電子系統(tǒng)鑰匙聯(lián)鎖方案如圖2所示。

圖2 鑰匙聯(lián)鎖方案示意圖

各鑰匙類型如圖3所示。

圖3 鑰匙類型信息表

綜合圖2鑰匙聯(lián)鎖方案示意圖和圖3鑰匙類型信息表，可知：

1）當ESS段母線需要接地進行檢修等工作時，為絕對防止帶電合接地開關(guān)的誤操作發(fā)生，設(shè)計者對母線接地開關(guān)003JS設(shè)置了聯(lián)鎖7SA，只有獲得編號為7SA的鑰匙，插入003JS處鎖7SA的鎖孔，003JS才能關(guān)合接地。經(jīng)查，7SA的鑰匙位于鑰匙交換盒002CV處。而該7SA鑰匙從002CV處鎖7SA上拔出拿走的前提是002CV的1GS，8SA，6SA均獲得鑰匙。以下逐一追尋獲得上述3把鑰匙的途徑。經(jīng)查，8SA的鑰匙位于001JA聯(lián)鎖處，如果從001JA處獲得8SA鑰匙，意味著POI，即001JA不在運行位置或001JA開關(guān)打開，即進線開關(guān)處斷電。經(jīng)查，6SA鑰匙位于001PT柜處，將PT手車從柜內(nèi)抽出即可獲得鑰匙6SA，也就意味著PT不會對ESS母線殘壓放電。經(jīng)查，鑰匙1GS為自由鑰匙，僅有一把。如果其插入002CV，就不可能插入005CV。005CV沒有鑰匙1GS意味著003JA不在運行位，母聯(lián)斷開不帶電。因此，由圖2可知，當獲得鑰匙1GS，8SA，6SA后，取得鑰匙7SA時，已確保各供電回路斷開，ESS絕對不帶電。此時，將鑰匙7SA插入鎖7SA，接地開關(guān)方可閉合，安全接地。

EST段母線接地聯(lián)鎖方案同理。

2）001JA，002JA，003JA“三取二”邏輯的鑰匙聯(lián)鎖方案實現(xiàn)。母聯(lián) 003JA處設(shè)鎖5SA，其平時無鑰匙存在，作用為003JA日常處于試驗位，只有當獲得鑰匙5SA，插入鎖5SA后，003JA才能推入工作位進行分合閘操作。而鑰匙交換盒005CV可知，獲得鑰匙5SA的前提是同時獲得鑰匙5SB，1GS，1GT，1GST。以下逐一分析獲得上述各鑰匙的途徑。鑰匙5SB位于隔離開關(guān)004JA處，其類型為運行隔離鑰匙。當隔離開關(guān)004JA處于運行位時，即可獲得鑰匙5SB。1GS為自由鑰匙，共有002CV和005CV的兩把鎖，因鑰匙只有一把，故如果將鑰匙1GS插入005CV，那么002CV處將無1GS鑰匙可用，也就意味著ESS段母線不處于接地狀態(tài)，可帶電運行。鑰匙1GT與1GS同理。鑰匙1GST在001CV和003CV處各有一把，獲得該鑰匙的前提是ESS進線斷路器001JA或EST進線斷路器002JA斷電。所以，如果005CV中的鎖GST獲得了鑰匙GST，意味著進線斷路器001JA和002JA至少有一個斷路器是斷開的。當上述各把鑰匙均獲得后，才能置換出鑰匙5SA，進而將003JA推入工作位合閘。通過上述聯(lián)鎖可知，該方案有效的實現(xiàn)了001JA，002JA，003JA“三取二”邏輯，而且保證ESS母線和EST母線均為接地，確保不會出現(xiàn)帶接地開關(guān)送電的誤操作。

3）各斷路器與其對應(yīng)的接地開關(guān)之間設(shè)置中壓柜的內(nèi)部五防聯(lián)鎖，只有斷路器斷開后，接地開關(guān)才能閉合接地，防止帶電合接地開關(guān)。另外，設(shè)置聯(lián)鎖，使得只有接地開關(guān)閉合接地后，才能打開斷路器間隔的柜門，防止誤入帶電間隔。

4）可根據(jù)需要設(shè)置中壓柜接地開關(guān)與下游配電變壓器柜門間的鑰匙聯(lián)鎖。只有當中壓柜接地開關(guān)閉合接地，確保上游斷電后，才能取得接地開關(guān)處的鑰匙，去開下游已斷電的變壓器的前后門。

3 結(jié)束語

綜上所述，在特大型工業(yè)與民用項目采用鑰匙聯(lián)鎖系統(tǒng)可有效防止誤入帶電間隔，防止帶負荷操作隔離開關(guān)、帶電合接地開關(guān)，防止帶接地開關(guān)送電，防止誤操作斷路器，即可以有效消除電氣設(shè)備的誤操作和誤入危險區(qū)域，從而確保操作按照設(shè)定好的邏輯逐步執(zhí)行，確保運行維護人員的人身安全，同時確保電氣系統(tǒng)按正確的方法進行有效操作，確保電氣系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。