余文智
广州致新电力科技有限公司 广东广州 510000
摘要：高压真空断路器与三工位的机械联锁直接关系着操作人员的人身安全和设备的稳定运行，目前存在操作人员不规范或误操作设备发生灾难性的电气安全事故，此类事故可以从设备的机械联锁上进行防护，本文详细介绍了断路器与三工位的机械联锁原理、实现形式，针对典型的结构几种展开了阐述和研究， 对于相关设备的结构设计具有借鉴意义。
关键词:高压真空断路器；三工位；机械联锁；结构形式
引言
在电力系统中，开关设备的联锁装置主要分为机械联锁、电气联锁，其中，机械联锁是保护人身及电网安全、防止设备误操作最直接的实现方式，高压真空断路器作为开断短路、故障电流的保护元件与三工位配套被广泛应用在GIS金属开关设备中，尤其在变电站和地铁上应用量最大，以它技术成熟、稳定性可靠、免维护等优势迅速占据电力市场。其作为主要的主流保护设备，《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》将防误操作作为重点列入纲目[1]。
现今，断路器与三工位隔离开关的电气联锁方案已经非常成熟，但还存在不可靠的影响因素，例如：元器件质量、接线工艺、线路自故障等因素导致电气联锁失效和不动作等的情况发生，尚不能完全达到“五防”的要求。近年来，断路器与三工位隔离开关的机械联锁将合闸操作逻辑和分闸操作逻辑进行机械干预，确保现场的操作人员仅能按此操作逻辑顺序执行，直接有效的实现了防误操作的功能，逐渐被制定成了业界内 “五防”的硬性要求。市场上的GIS金属开关设备中的真空断路器和三工位种类很多，机械联锁结构多样，本文就高压真空断路器与三工位的机械联锁进行探讨。
1. 机械联锁在真空断路器与三工位上的应用
1.1 高压真空断路器与三工位机械联锁装置的要求
《GB3906-2006 3.6KV~40.5KV交流金属封闭开关设备和控制设备》明确把“联锁”要求定为：防误分、合断路器；防带负荷分、合隔离开关；防带接地刀合闸；防带电误合接地刀；防误入带电间隔。在断路器与三工位的联锁中可以定义为：只有操作指令与设备指令对应才能操作被操作设备[2]，否则定义为误操作；断路器处于合闸状态时存在带负荷的可能，此时不能操作隔离开关合分；仅当接地开关处于分闸状态，才允许依次合隔离开关和断路器；仅当断路器处于分闸状态才允许依次操作隔离开关分，接地开关合；三工位隔离开关与断路器的机械联锁必须严格按上述4点中的逻辑操作顺序设计。
1.2 高压真空断路器与三工位机械联锁装置的原理
由于断路器与三工位的联锁关系非常明确，从控制点方面，主要是控制断路器合、分闸和三工位的接地、隔离合分闸六个动作点的状态进行联锁；从40.5kV断路器和三工位的结构形式方面，断路器合、分闸是通过操作按钮实现，三工位的接地合、分闸、隔离合是通过操作手柄转向实现，接地合与隔离合是对立的逻辑关系，接地合分和隔离合分彼此独立，所以机械联锁结构可以联锁操作按钮或手柄的方式实现，防误分、误合断路器主要采取的策略是人控和规控为主，实施机械联锁困难，机械结构上采取的是干预人为合闸操作的形式，如手动拉开屏蔽门方可操作，操作后屏蔽门自动复位防止二次操作等的方式，防误入带电间隔归类于固定柜上的联锁，都不作考究，其它三防可由一套机械联锁完成，其原理是隔离开关处于合闸状态时，机械联锁装置解锁断路器合闸按钮操作位置或机构，允许操作断路器机构进行合闸动作，合闸后锁止三工位的手柄孔，防止带负荷操作三工位进行隔离分和接地合，当且仅当断路器分闸时才能使插入三工位的手柄孔解锁打开进行隔离分操作，由于三工位自身的自锁设计原因，接地合必须在三工位分闸的状态方可操作，整套机械联锁符合防带负荷分、合隔离开关；防带接地刀合闸；防带电误合接地刀的三防设计。
1.3 高压真空断路器与三工位机械联锁装置的实现形式
1.3.1让误操作无法执行的“主动联锁”结构实现形式
“主动联锁”顾名思义是主动的干预操作者而设置的联锁使其无法进行任何误操作[3]，实现这种联锁有两种方式，其一是在所有的操作位置都设有一道“屏蔽门”，如三工位手柄插入孔和断路器的合闸按钮位置以及分闸位置，使用曲柄滑块或四连杆结构将“屏蔽门”做成联动机构装置，联锁装置初始状态，合闸按钮“屏蔽门”关闭，三工位手柄操作孔“屏蔽门”允许左右动作，向右动作时，手柄插入仅能操作接地合，向左动作时，手柄插入仅能操作隔离合，满足只有断路器分、隔离分才能接地合要求；当三工位处于隔离合位置时，断路器合闸按钮“屏蔽门”向上滑动，解锁合闸按钮，允许操作合闸按钮对断路器进行合闸，断路器合闸后，三工位手柄操作孔“屏蔽门”会堵住手柄操作孔，三工位将无法进行任何操作，满足断路器处于合闸状态即可能带负荷不能操作隔离开关合分；仅当断路器分闸后方能解锁三工位手柄操作孔“屏蔽门”，对三工位进行隔离分的操作。其二是利用活动销限位的结构形式，通过活动销限制三工位的主轴和断路器的脱扣轴活动，使三工位或断路器锁止在一个状态，除非获得解锁条件，否则，进行错误操作时，三工位和断路器都将不动作，如三工位分闸时，联锁联动的活动销顶住断路器的合闸脱扣轴，使断路器即使按下合闸按钮也不能合闸，若三工位处于合闸状态，解锁断路器的合闸脱扣轴，断路器允许合闸操作，其它防护联锁逻辑与方式一一致，但此类结构复杂，对零部件的寿命有较高的要求，主轴每动作一次，活动销跟随运动一次且伴有冲击力 ，目前此类的结构较少应用。
1.3.2让误操作无效化的联锁结构实现形式。
误操作无效化通俗的解释为操作者即使进行误操作三工位和断路器内部机构还是不动作，联锁结构可从断路器的按钮和三工位的离合轮触发机构研究，一般的按钮触发机构都是推杆点动控制，此类机构有一个共性：需要给推杆配置一个触发板，只要推杆能接触到触发板的有效面上，即可触发触发板进行合分动作，反之则无法触发，将此直推杆变成两节连杆，一节连杆固定在按钮板上，另一节可180°上下摆动，当摆动到脱离触发板的有效面时，按下按钮是无法触发触发板对合分闸动作即操作失效，联锁装置将利用这种结构在三工位主轴上设置曲柄，在断路器合闸按钮触发机构上设置摆动连杆，三工合闸时，三工位曲柄位置在下方，断路器的按钮推杆上的摆动连杆与固定在按钮板上的一节连杆处于水平状态且摆动连杆在触发板的有效面之内，操作合闸按钮，按压力沿着推杆方向传递，断路器进行合闸，合闸后将三工位离合齿轮的离合限位销往下拖动，使三工位处于离合自由状态，操作三工位无效，若三工位分闸，三工位曲柄位置在上方，拉动断路器的按钮推杆上的摆动连杆向上脱离与触发板的有效面，此时，按下合闸按钮，断路器机构不动作。与“主动联锁”实现的防护联锁功能一致。
结语
高压真空断路器和三工位的机械联锁的研究工作具有不可或缺的意义，电力设备投入运行过程中，经常发生因操作者的疏忽导致非正常操作的不确定因素以及联锁装置内部故障的情况发生[4]，在这种情况下，高可靠、高稳定性的机械联锁应针对性的对操作者可能出现的任何不符合规定操作进行有效防护、干涉、阻止的能力，只有不断的对断路器和三工位的机械联锁研究、优化，提出更为有效、可靠的联锁方案，为人员和电网安全保驾护航。
参考文献
[1] 杜嘉寅，杨晨，王倩，沈通. GIS设备电气联锁回路常见问题浅析. 电气工程, 2013, 1卷(期): 40-45.
[2] 李光辉. 论SF_6真空断路器机械联锁的设计[J]. 城市建设理论研究:电子版, 2012(24).
[3] 吴伟文, 查启军, 罗文锋. 一种永磁真空断路器与负荷开关的联锁装置. [4] 朱敏，周军.青山湖电排站(新站)的VS1型真空断路器的操作闭锁.