隨著用戶對供電可靠性要求的提高，城市配電網中按照三電源進線設置的10KV開關站越來越多，由于三個電源可能來至不同的變電站，三電源之間禁止并列運行。為了防止電源之間人為誤操作導致誤并列和反送電，在進線和分段開關之間設置合適的聯鎖就非常重要。

目前兩電源防止誤并列運行閉鎖電路設計較為成熟，應用廣泛。但兩電源以上單母線分段開關站防止并列閉鎖電路設計存在的問題較多。如，當電源加至三個以上，則各開關之間實現聯鎖功能的控制電路設計難度較大，接線相對復雜。下文通過分析防誤閉鎖電路和微機防誤系統，基于可合閘規則和禁止合閘規則，提出三電源開關站防止并列運行的4種防誤閉鎖電路的設計方案。

1 常用防誤閉鎖裝置

1.1 兩種防誤閉鎖裝置的特點

通常，實現防誤閉鎖功能主要有防誤閉鎖電路和微機防誤系統兩種措施。

防誤閉鎖電路是一種電氣控制技術，是在電氣的二次操作回路上設置的一種防誤操作控制電路。一般通過相關開關和刀閘的輔助接點組合連接來實現。這是電氣閉鎖最基本的形式，閉鎖可靠，但這種方式需要接入大量的二次電纜，接線方式較為復雜，運行維護較為困難。

微機防誤系統是一種計算機控制技術，是防止開關設備電氣誤操作的計算機裝置。通常由主機、模擬屏、電腦鑰匙、機械編碼鎖、電氣編碼鎖等功能元件組成。一般不直接采用開關設備的輔助接點，接線簡單，由軟件編寫操作閉鎖規則庫，通過現場鎖具實現防誤閉鎖，可以實現復雜防誤閉鎖功能。

1.2 兩種防誤閉鎖裝置的異同

防誤閉鎖電路一般只能防止開關、刀閘和地刀的誤操作，對誤入帶電間隔、帶電掛接地線和接地線的拆除等無能為力，不能實現完整的“五防”功能。

微機防誤系統可根據現場實際情況，編寫相應的操作程序規則，可以實現較為完整的“五防”功能，但是存在以下問題。

1）在微機防誤系統故障而解除閉鎖時，則“五防”功能完全失去。

2）存在“走空程”導致誤操作的問題。即編碼鎖打開以后，設備實際尚未操作到位，電腦鑰匙卻提示可以進行下一步操作，導致操作過程中出現漏項。

3）微機防誤系統不能防止檢修人員的誤操作以及運行人員可能的誤碰誤操作等事故。

基于上述這些原因，防誤閉鎖功能不能完全依賴微機防誤系統，適度保留開關設備的防誤閉鎖電路是比較有效的措施，電氣回路閉鎖是防誤操作的最后一道防線。

2防止三電源并列閉鎖的合閘條件分析

2.1 防止三電源并列閉鎖的要求

下文將以圖1所示的三電源單母三分段10KV開關站為例進行合閘條件、禁止合閘條件分析以及防誤電路設計。

圖1 三電源單母三分段10KV開關站

圖1所示開關站，防止三電源并列的閉鎖要求如下：

1)任何三條電源之間禁止通過進線開關和分段開關并列運行。

2)每條電源進線均可單獨供本母線，也可以通過分段開關向相鄰或相隔母線供電。

2.2 開關合閘條件分析

一般的防止并列運行閉鎖電路的設計思路是，首先分析各相關開關可合閘或禁止合閘的充分必要條件，然后通過設計串聯或并聯或串并聯各開關的常閉（即分閘通）或常開（即合閘通）輔助接點的二次電路來實現開關之間的聯鎖。下面將按照上述思路，應用多種方法分析各相關開關可合閘或禁止合閘的充分必要條件。

2.2.1 開關可合閘條件分析

1）運行方式歸類法

經過對三電源單母三分段10KV開關站（如圖1）可運行方式的分析，列出該10KV開關站的21種運行方式如表1所示。初步分析可知，為防電源并列運行，某開關可以合閘的必要及充分條件是相關的開關必須處于分閘狀態。

表1

如分析D1可合閘條件。從序號1～3、5、6、11、12可以得出，只要D12處于分閘狀態，D1就可以合閘；從序號4、6、10、12可以得出，只要D2及D23同時處于分閘狀態時，D1就可合閘；從序號9、10、11、12可以得出，只要D2及D3同時處于分閘狀態時，D1就可合閘。

上述三種情況是D1可以合閘的全部條件，將所有條件組合后，得出D1可以合閘的充分必要條件，簡化即得，D1可合←→D12分或【D2分與（D23分或D3分）】。

同樣的辦法，可以列出其他開關可以合閘的充分必要條件如下。

D2可合←→（D12分與D23分）或【（D1分或D12分）與（D3分與D23分）】。

D3可合←→D23分或【D2分與（D12分或D1分）】。

D12可合←→D1分或【D2分與（D23分或D3分）】。

D23可合←→D3分或【D2分與（D12分或D1分）】。

2）分閘曲線法

在分析某開關可以合閘的時候，用最直觀的方法，將需要分閘的開關用曲線連接起來，表示需要隔離的電源。如圖2所示，D1可合閘的條件是：用曲線1隔離其他兩電源，即D12分閘時，D1可合；用曲線2隔離其他兩電源，即D2和D23分閘時，D1可合；用曲線3隔離其他兩電源，即D2和D3分閘時，D1可合。如上方法分析并整合后得D1可合的充分必要條件：D1可合←→D12分或【D2分與（D23分或D3分）】。

圖2 開關可合閘情況分閘曲線圖

用同樣的方法，可以列出其他開關可以合閘的充分必要條件，得到的結果如上述運行方式歸類法得出的結果。

2.2.2 開關禁止合閘條件分析

直觀分析可知，為防電源并列運行，某開關禁止合閘的充分必要條件是相關開關處于合閘狀態。采用某開關若合閘，將出現電源并列運行或倒送電的情況的判斷邏輯，我們很容易得出某開關禁止合閘的充分必要條件如下：

D1禁合←→【D12合與D2合】或【D1合與D23合與D3合】。

D2禁合←→【D1合與D12合】或【D23合與D3合】。

D3禁合←→【D23合與D2合】或【D1合與D12合與D23合】。

D12禁合←→【D1合與D2合】或【D1合與D23合與D3合】。

D23禁合←→【D2合與D3合】或【D1合與D12合與D3合】。

3 實現開關防止并列運行閉鎖的四種方案

一般10KV開關的分合閘控制電路如圖3所示，下文將基于此種分合閘操作回路進行閉鎖電路方案設計。

圖3 KYN28開關分合閘控制電路圖

3.1 利用輔助接點組合電路串聯合閘回路實現聯鎖

本設計方案是在被閉鎖開關的二次合閘回路中串接相關開關的輔助接點組合電路。在該開關可以合閘的情況下，輔助接點組合電路是接通狀態，二次合閘控制回路是接通狀態可以合閘。在該開關不可以合閘的情況下，輔助接點組合電路是斷開狀態，二次合閘控制回路是斷開狀態不可以合閘。如此即可實現對被閉鎖開關的合閘控制。

根據上述某開關可合閘的充分必要條件，即可合閘規則，用相關開關的輔助常閉接點（分閘通）表達其分閘狀態，運用串并聯輔助接點表達“與”“或”關系，得到被閉鎖開關的輔助接點組合電路，然后將該組合電路串聯接入對應開關的合閘控制回路，就可實現所需要的電氣聯鎖。

根據上述方法，得到各開關的閉鎖電路如圖4。

圖4 輔助接點組合電路串聯合閘回路控制圖

圖4中D1開關閉鎖控制過程為：當D12開關處于分閘狀態時，D12輔助常閉接點閉合，接通了合閘回路，開關可以合閘；當D2開關與D23開關同時處于分閘狀態時，D12和D23輔助常閉接點閉合，接通了合閘回路，開關可以合閘；同樣，當D2開關與D3開關同時處于分閘狀態時，D2和D3輔助常閉接點閉合，接通了合閘回路，開關可以合閘；其余情況，均不能合閘，實現了防止并列運行的閉鎖功能。

其他開關的閉鎖控制過程類似。

3.2 利用輔助接點組合電路旁路合閘線圈實現聯鎖

利用開關輔助接點組合電路串接合閘回路的閉鎖電路是基于可合閘規則的設計，使用相關開關的常合“即分閘通”輔助接點，但是當一臺抽出式開關拉至檢修位置時，該開關輔助接點與儀表室接線端子斷開連接，也就是接入組合電路的該開關輔助接點與被閉鎖開關合閘控制回路斷開連接，這樣將使被閉鎖開關合閘回路處于斷開狀態而不能合閘，造成被閉鎖開關拒合和整套閉鎖裝置失靈。另外，在合閘回路中串聯輔助接點后，導致合閘回路故障點增多，開關合不上閘的概率增加。

基于上述原因，利用常分“即合閘通”接點，并且不采用串聯合閘回路的方法是一個可以改進的方向。這樣就可以利用常分“即合閘通”接點組合電路旁路合閘線圈來的方法實現閉鎖。利用“合閘通”接點，就是利用相關開關處于合閘狀態時，被閉鎖開關將不能合閘，這樣就要用到禁止合閘的規則。

依據上文所述開關禁止合閘規則，采用上述方法我們可以設計出如圖5閉鎖電路。

圖5 輔助接點組合電路旁路合閘線圈控制圖

圖5中D1開關閉鎖控制過程為：當D12和D2開關同時處于合閘狀態時，D12和D2輔助觸點閉合，D1開關合閘線圈HQ被短路，不能實現合閘；當D12、D23和D2開關同時處于合閘狀態時，D12、D23和D2輔助觸點閉合，D1開關合閘線圈HQ被短路，不能實現合閘。其他開關的閉鎖控制過程類似。

由于閉鎖電路中使用的輔助接點均為“合閘通”接點。在抽出式開關處于檢修狀態時，本開關輔助接點回路雖然與被閉鎖電路斷開，但在此種情況下，被閉鎖電路處于不閉鎖狀態，即無需閉鎖，并不影響其它被閉鎖開關合閘回路的合閘。

3.3 采用可編程序控制器實現聯鎖

事實證明，上述兩種利用開關輔助接點組合電路實現開關的電氣聯鎖直觀易懂，不必加其它電氣元件，費用較低，但是不足之處是開關之間連線復雜，接點多，如有個別地方接觸不良或接點拒動將出現開關拒動或誤動，導致故障概率大，安裝維護工作量大。為了簡化連線，提高可靠性，采用可編程序控制器（PLC）進行電氣聯鎖控制正好克服上述兩種設計之不足。

PLC為專用工業計算機，具有許多功能，此處僅用其邏輯控制功能。即通過將相關開關的分合閘狀態信號通過開關輔助觸點接入裝置輸入端，將裝置輸出端接入開關合閘回路，按照開關可合閘規則，在PLC內部控制程序中設置各軟接點的連接關系，即運用“與”“或”“非”邏輯指令，描述相關開關軟接點的串聯、并聯、串并聯、并串聯等各種連接關系，使其輸出開關量與輸入分合信號遵循可合閘規則，這樣就可以實現開關合閘閉鎖控制。

現以施耐德公司生產的TSX Neza PLC為例進行設計，接線電路如圖6。

圖6 PLC控制接線圖

如圖所示，將D1、D12、D2、D23、D5等5臺開關的輔助常開接點連接到PLC輸入端連接的內部繼電器上，考慮到PLC輸出端對電流有限制，對應地將PLC的5個輸出端分別接入5個中間繼電器線圈，將中間繼電器的常閉接點分別串接到對應開關的合閘控制回路中，如此即完成5臺開關的全部閉鎖電路接線。

然后，根據開關可合閘規則，繪制并設置本PLC的軟（虛擬）接點串并聯梯型圖，使輸入與輸出信號遵循一定邏輯關系。經過學習本PLC的說明書，得到如圖7所示指令程序。

圖7 PLC控制梯形程序圖

其實，圖7與圖4形式幾乎一致，只不過為了簡化指令程序作了一些位置上的調整變形。所不同的是，梯形圖的常開、常閉接點不是相關開關的輔助接點，而是PLC相對應輸入繼電器內部的軟接點，相互之間的連接線也是PLC內部的軟連線。最后將梯形圖通過PLC編程器輸入PLC即可。

值得注意的是在繪制梯形圖時，如果PLC輸入端接入各開關的常閉輔助接點，則輸入繼電器的軟接點也必須將常閉、常開對應替換，即與開關輔助接點組合控制圖剛好相反。

3.4 利用帶電顯示器實現聯鎖

利用帶電顯示器中閉鎖接點實現聯鎖控制是電氣閉鎖設計的另一種思路。對于上述10kV開關站，開關可合閘規則為：對于處于分閘狀態的進線開關，當其負載端母線上有電時，本開關禁止合閘；對于處于分閘狀態的聯絡開關，當其兩端母線上都有電時，本開關禁止合閘。至于母線不帶電時的開關合閘閉鎖問題，本設計不予考慮。

現以型號為GSN-10Q的帶電顯示器為例，遵照上述規則，設計如圖8、圖9所示電路。

圖8 帶電顯示器接線圖

如圖8所示，在每段母線上通過3個CGJ2-12高壓傳感器裝設一套GSN-10Q帶電顯示器，在帶電顯示器閉鎖輸出接點K2上連接中間繼電器線圈，將中間繼電器的接點組合電路接入對應開關合閘回路中，即完成電路接線。

圖9 帶電顯示器控制回路接線圖

如圖9所示，對于處于分閘狀態的D1，當I母有電時，GSN1線圈驅動帶電顯示器的K1K2輸出接點閉合，中間繼電器線圈K1得電，對應的中間繼電器常閉接點K1斷開，D1合閘回路處于斷開不能合閘；當I母無電時，GSN1線圈不驅動K1K2接點閉合，中間繼電器線圈K1失電，對應的K1常閉接點閉合，D1合閘回路處于連通狀態可以合閘。

對于處于分閘狀態的D12開關，當I母帶電，II母不帶電時，GSN1線圈驅動相應K1K2輸出接點閉合，中間繼電器K1常開觸點閉合，中間繼電器K2常閉觸點不動作，接通合閘回路，D12開關可合閘；當I母不帶電，II母帶電時，中間繼電器K1常閉觸點不動作，GSN2線圈驅動相應K1K2輸出接點閉合，中間繼電器K2常開觸點閉合，接通合閘回路，D12開關可合閘。

其他開關的閉鎖控制過程如上。

4 總結

綜上所述，四種閉鎖方案都能達到有效防止多電源并列運行聯鎖效果，可以避免誤操作的發生，同時可以滿足各種運行方式的需要。但是不同方案考慮問題的角度不同，采用的電氣元件不同，接線方式有異，實際使用中接線難易程度不同，可靠程度不同，對某些極個別特殊狀態情況下反送電閉鎖功能也有不同，在實際生產過程中，可以根據現場實際，選擇其中一套方案，實現經濟可靠的閉鎖要求。

本文編自《電氣技術》，論文標題為“防止10kV開關站三電源并列運行的四種防誤閉鎖電路設計方案”，作者為劉淵。