李宇辉
（ABB（中国）有限公司，福建厦门，361000）
“五防”是对电力系统高压电气设备必须具备的五种防误功能的简称，是确保高压电气设备电力安全及使用过程中操作人员人身安全的重要措施。五防装置的基本功能为：
（1）防止带负荷分、合隔离开关。（断路器、负荷开关、接触器合闸状态不能操作隔离开关），即防出现断路器止误分误合现象，只有操作设备与操作指令完全对应，才能对电气设备进行操作。以10kv中压开关柜为例，其内部的断路器处于非工作/试验位时，断路器无法合闸。只有操作指令（断路器合闸）与操作设备（手车位置）对应才能对被操作设备操作（如图1-3所示）。
图1 10kV中压开关柜防止误分误合示意图
图2 断路器处于非工作/试验位置
图3 手车位置指示器熄灭，断路器无法合闸
（2）防止误分、误合断路器、负荷开关、接触器。（只有操作指令与操作设备对应才能对被操作设备操作）。即防止操作人员在电气设备处于带荷状态时进行隔离开关分合操作，确保接触器、负荷开关、断路器处于合闸状态时无法对隔离开关急性操作。以10kV中压开关柜为例，其柜体门板上通常标有如下操作说明（见图4），当柜内断路器处于合闸状态时，摇把插入操作口后，仅能摇入（顺时针）或摇出（逆时针）1/2圈，手车无法从试验位摇出，（见图5）。
图4 10kV中压开关柜柜体门板操作说明
图5 10kV中压开关柜防止负荷分合示意图
（3）防止接地开关处于闭合位置时关合断路器、负荷开关。（只有当接地开关处于分闸状态，才能合隔离开关或手车才能进至工作位置，才能操作断路器、分荷开关闭合）。即防止在设备带电状态下进行挂接地线或闭合接地开关操作，确保相关操作只能在断路器分闸状态下才能完成。以采用机械联锁的10kV中压开关柜为例，当其断路器处于非试验位时，接地开关舌片无法摁下（见图6），操作手柄无法插入操作口，接地开关无法合闸，当断路器处于分闸状态，才允许手车从工作位摇出至试验位，此时，才允许接地开关合闸。
图6 10kV中压开关柜防止带电接地
（4）隔离开关或手车才能从工作位置退至试验位置，才能合上接地开关。即防止在带地线情况下，进行闭合断路器或隔离开关操作，避免发生带地送电安全事故。以10kV中压开关柜为例，当其接地开关处于合闸状态时，断路器手车无法由试验位摇入工作位。此时，若摇把插入操作口，仅能顺时针摇动7/4圈。
（5）防止误入带电室。（只有隔室不带电时，才能开门进入隔室）即防止误入带电间隔，确保在隔室处于不带电状态时，操作人员才能顺利开门进入隔室。以10kV中压开关柜为例，其断路器小车操作口与断路器室门有联锁，仅当断路器室门关闭后，摇把才能插入操作口进行操作。保证对断路器进行操作时，操作者与带电小室隔离。10kV中压开关柜的断路器室右侧装有联锁钩，在断路器从试验位摇入工作位的过程中，连锁钩将向下移动，与断路器室门上的装置相扣，保证小室的门无法打开。（见图7）
图7 10kV中压开关柜防止误入带电
10kV中压开关柜的电缆室门与接地开关具有联锁。当接地开关合闸时，柜门才能被打开；
当柜门关闭后，接地开关允许分闸。当接地开关合闸时，电缆室门可以打开，此时操作口处的联锁插销弹出。当电缆室门关闭，隔离操作者与电缆室后，插销缩回，接地开关才可分闸。接地开关由合闸状态变为分闸状态时，电缆室门右侧的闭锁钩动作，紧扣电缆室门，使之无法开启，保证带电室与人员隔离。
机械联锁是高压电气设备五防装置四种常规防误闭锁方式中的一种。根据字面意思可知，该闭锁方式是通过机械装置或机构的机械作用，来实现设备启动或操作过程中的防误联锁。在五防装置四种常规防误闭锁方式中，机械联锁装置虽然只能实现简单的联锁功能，但最具可靠性，对于变电站高压开关柜，尤其是手车式开关柜而言，其联锁方式应首选机械联锁，只有在机械联锁无法实现时，才会考虑使用电气联锁[1]。
现阶段，用于电力高压设备上的联锁类型主要有机械联锁、机械程序锁、电磁闭锁、微机防误闭锁四种。不同类型的联锁方式，其应用优点和缺点也存在一定的区别。
机械联锁是利用开关柜或户外闸刀操作机构间的机械联动或约束来实现闭锁功能。从实际应用情况来看，该联锁方式的优点在于：操作简便、使用可靠性高，若解锁过程中出现误操作，可自动闭锁阻止错误操作行为继续进行，同时，还能够满足正向和反向闭锁要求，具有闭锁直观、检修压力小的特点。其应用缺点有：（1）受距离因素限制，其只能在开关柜内部机械动作相关部位之间使用，无法实现电器元件动作间或两个开关柜间的联锁，因此在实际应用过程中，需要与其它联锁方式整合运用才能满足“五防”要求；
（2）装置结构和部件较为复杂，部分环境条件下无法有效应用。
机械程序锁是一种通过钥匙随操作程序传递或置换而实现联锁控制的联锁类型。从实际应用情况来看，该联锁方式的优点在于：结构简单、易于维护、性能可靠、使用不受距离限制。其应用缺点有：（1）因不具备横向闭锁功能，所以在复杂联锁机制下，多组程序锁与钥匙难以配对操作，导致开锁困难：（2）程序锁与钥匙相互独立，在使用过程中容易发生程序钥匙遗失问题；
（3）开锁过程必须从头开始，中间不能间断；
（4）程序锁需要众多程序钥匙，受材质、生产工艺、安装技术等因素的影响，程序锁易发生卡涩、锈蚀等问题，从而影响联锁功能。
图8
电磁闭锁是将带电显示器、隔离开关、接地开刀、断路器等电气设备的辅助接点与电磁闭锁回路相连接，利用电磁线圈的电磁机构动作来实现联锁功能。该联锁类型是防止误入带电联锁环节必不可少的联锁装置。从实际应用情况来看，该联锁方式的优点在于：安装简单、操作方便、适用性强。其应用缺点有：（1）需要外部电源持续供电；
（2）易被腐蚀、锈蚀，导致直流系统故障、线圈损坏、卡涩等故障的发生几率较高，维护工作量较大；
（3）单独使用时只具备解锁功能，只有与电气联锁电路整合使用，才会具备正反向闭锁功能；
（4）强制解锁钥匙易发生滥用情况，使用安全性较低。
微机防误闭锁是在传统联锁形式上融合现代计算机技术而形成的新型联锁形式。其产生于20世纪90年代，随着电子信息技术的不断发展，如今微机防误闭锁装置已趋于成熟，并在电力工程中得到推广使用。在实际应用过程中，技术人员会通过专业软件将装置安装现场所有的二次闭锁回路转化、集成为微机防误闭锁能够识别的五防闭锁规则库，以及实现防误闭锁的数字化、智能化控制。从实际情况来看其应用优点在于：技术先进、智能化水平高、功能强大、能够实现传统联锁方式难以实现的防误功能。应用缺点在于：成本投入较大、技术要求高、技术完善性有待提高[2]。
3.1 断路器及隔离开关的联锁方式
因缺少灭弧装置，隔离开关无法直接用于负荷电流的接通与切断。在固定柜中，隔离开关与断路器之间具有十分明确的联锁关系，即只有当断路器处于断开状态时，才能对隔离开关进行有效操作。具体而言：当电力系统处于分段闭锁状态时，断路器无法正常合闸，此时固定柜柜门会处于闭合状态，这种情况下，技术人员能够对隔离开关和接地开关进行操作；
当电力系统处于正常工作状态时，断路器可以正常合闸，此时固定柜柜门会处于关闭状态，这种情况下，技术人员无法对隔离开关和接地开关进行操作；
当处于电力系统处于检修状态时，断路器能够正常进行分合操作，固定柜柜门能够打开，但技术人员无法对隔离开关和接地开关进行操作。
手车柜与固定柜存在一定的差异性，手车柜中手车的进出相当于固定柜中隔离开关的分合，因此，上述隔离开关联锁要求对于手车同样适用。
3.2 断路器及隔离开关的操作顺序
变电站对高压开关柜断路器及其两侧隔离开关的操作顺序具有以下要求：在线路断电时，应先断开分线侧隔离开关；
而在线路恢复送电时，应先闭合母线侧隔离开关。该操作顺序的作用在于：若技术人员在操作过程中出现人为失误，则能够利用断路器的功能作用最大限度缩小事故影响范围和效果，以此避免造成更大的损失。然而从实际情况来看，想要严格按照上述操作顺序对断路器及其两侧隔离开关进行有效控制具有较高的难度，具体而言：从母联和环网开关的角度看，想要明确区分母线和线路侧具有一定的难度。对于手车柜而言，断路器两侧的触头又具有同进同出的关系，如果隔离开关外侧安装有电流互感器，则情况还会随之变化。基于此，想要从根本上解决上述问题，确保技术人员能够严格按照既定操作顺序对断路器及其两侧隔离开关进行规范化控制，就必须要保证断路器与隔离开关件联锁机制的可靠性。由此可见，开关柜的联锁设计具有极为重要的作用和意义。
4.1 基本联锁形式分析
对基本联锁形式进行全面分析是变电站10kV开关柜联锁设计的重要环节，作为设计人员必须要熟悉现阶段主要的高压电气设备联锁类型及每个联锁类型的工作原理、结构形式、应用优缺点以及适用条件，并在此基础上，结合开关柜类型、五防要求、实际使用需求及客户设计要求进行科学选择，以此最大限度保障10kV开关柜联锁设计的科学性与实用性。具体而言，现阶段高压电气设备常见的联锁方式有：机械联锁、机械程序锁、电磁闭锁、微机防误闭锁。开关柜设计人员首先应通过专业知识学习熟悉掌握上述联锁方式的技术原理及基本结构形式和应用方法；
然后，对各联锁类型的实际应用效果进行全面而深入的调查分析，总结出每个联锁类型主要的优缺点，例如：机械联锁可靠性高但结构复杂、功能单一且在使用功能和使用距离方面存在一定的不足之处；
机械程序锁结构简单、易于维护、使用范围广但程序钥匙易丢失、在复杂联锁机制开锁困难；
电磁闭锁安装简单、适用性强但需持续供电且维护工作量大等；
最后，结合实际情况，灵活选择并运用不同的联锁形式，确保开光柜联锁设计满足“五防”需求。
4.2 开关设备管理方法
明确开关设备管理方法，在变电站10kV开关柜联锁设计中具有重要的作用，能够有效保障断路器和隔离开关按照相关规范标准的要求进行设计和使用，从而确保开关柜中各类联锁装置的功能性。具体而言，包含以下内容：（1）在进行分段闭锁设备操作管理时，应对操作手柄的状态进行科学分析，积极探讨开关状态与柜门状态间的内在联系，以此确保操作手柄的功能稳定性。与此同时，需要确保线路状态和柜门状态的功能协调方法和操作技术形成统一的管理目的，以此促使开关设备和馈电开关的合闸操作具有统一的操作要求，最大限度降低送电失误问题的发生几率。另外，还应根据实际需求采用科学的联锁功能，确保开关柜柜门能够始终处于关闭状态，以此减少送电故障的发生几率；
（2）在对处于工作状态的开关进行操作管理时，应确保断路器处于合闸状态，从而有效避免感应电流对操作人员的生命健康造成危害。与此同时，在操作前，技术人员需要对开关柜柜门闸口进行确认，确保柜门运行状态与开关过程相统一，以此达到开关定位的效果。另外，对于处于工作状态的开关柜，需要通过合闸联锁的方式进行固定，并分析操作手柄位置，以此确保定位锁位置和定位操作之间形成统一的管理形式。
4.3 主动与被动联锁的分析
10kV开关柜机械联锁分为“主动联锁”和“被动联锁”两种类型，前者指的是正常联锁状态下，若没有正常开锁条件，则开关柜无法实现开锁，从而有效避免误操作的发生。当断路器处于合闸状态时，应保证机械链的隔离插头或开关能够互锁，以此确保发生错误时不会产生严重的不良后果；
而后者指的是在该种联锁状态下，可能由于非正常原因，出现解锁条件，使闭锁解锁，从而增大误操作的发生几率。基于此，在进行10kV开关柜设计时，应尽可能采用主动式机械联锁，避免使用被动机械联锁方式，从而进一步提升开关柜机械联锁的安全性和有效性。
4.4 联锁完整功能
变电站10kV开关柜联锁功能的顺利实现，需要确保开关柜始终处于一个稳定的工作状态和运行体制中，并能够针对具体的操作行为给予科学的技术管理。因此需要对开关柜联锁功能的完整性进行深入分析，具体而言包含两方面工作：首先，以《电业安全工作规程》为标准，对开关柜装置的五防功能进行检验，确保防止带负荷分合隔离开关、防止带电挂接地线（接地线合闸）、防止误入带电隔间、防止带地线送电、防止误分误合“五防”功能的有效性和完整性，确保每项联锁要求都能在特定的开关柜操作中有所体现，确保开关柜结构中具有完整的联锁关系，以此最大限度保证开关柜操作的安全性。其次，若开关柜采用一体化智能五防联锁系统，则需要对重点验收内容进行明确。所谓“一体化智能五防联锁系统”，指的是在传统五防联锁系统的基础上，将独立的五防主机取消并利用智能一体化技术将变电站实时监控系统、故障信息系统、日常管理系统以及五防联锁系统有机整合为一体，以此全面提升五防系统智能化、自动化水平，增强联锁功能。通常情况下，智能五防联锁系统包含站控层、间隔层、电气闭锁层三级防误措施，因此，在检验开关柜联锁功能完整性时，应重点验收以下内容：（1）对间隔层进行验收。首先，对其五防联锁逻辑的正确性进行验收，确保其能够满足各类运行方式和运行状态下的安全防误需求；
其次，对其操作功能进行验收，确保其遇到违反操作逻辑的行为时，能够自动闭锁遥控操作、及时发出警告信息并在测控装置故障、检修或通信中断时始终具备闭锁功能；
（2）对站控层进行验收。首先，对其远程操控功能、报警功能进行验收；
其次，对其操作票生成功能进行验收；
（3）对五防锁具和电脑钥匙进行验收。确保五防锁具具有良好的防锈死能力；
电脑钥匙能够准确接收、记忆、执行操作票且具备电池电量显示、口令设置、锁编码检查、跳步等功能，从而最大限度保证智能五防联锁系统的功能性和可靠性[3]。