基于无源锁智能武器的智能五防开关柜的设计

基于无源锁智能武器的智能五防开关柜的设计

1防全刀法电力对社会生产和生活的重要性和高压差的危险。要运行设备（如分散器、刀架等），必须遵循严格的“两票三制”安全制度。然而，随着电力系统的发展，电网结构日益庞大复杂。上世纪80年代初，原电力部开始要求开关设备具有防误操作功能。初期的防误单靠机械程序锁，能解决简单结线变电站操作防误。后来，对于更复杂结线的变电站，又允许加上电气的联锁。最后原电力部正式规定5种防误操作功能。即：防止误分、误合断路器；●防止带负荷拉、合隔离开关或手车触头；●防止带电挂（合）接地线（接地刀闸）；●防止带接地线（接地刀闸）合断路器（隔离开关）；●防止误入带电间隔；经过近30年的发展，“五防”技术已经广泛应用。但在实用上还存在不少问题。例如，期刊《南方电网》2009年第五期一篇名为“广蓄电厂钥匙闭锁系统应用于常规变电站可行性研究”文章，列举了2003～2007年南方电网涉及防误设备23次误操作恶性事故如下：设备防误装置失灵而被迫解锁时有发生。从表1可见，当前的五防设备及系统的运行状态不尽人意。上述文以广蓄电厂钥匙闭锁系统为例，认为机械闭锁比较可靠，探讨将机械闭锁推广到电网变电站。对此，将机械闭锁和电气（包括微机）闭锁的特点作比较：广蓄电厂的主结线比一般220kV变电站简单。历史上已证明变电站用纯机械五防是行不通的。但该文揭示了电网五防普遍存在的问题。回顾多年运行情况，发现当前广泛使用的五防失灵原因主要有两点：●电气智能（包括电脑）系统和执行系统过于混杂。●闭锁机构（包括电气）不耐搁置。长期搁置不动，一动就失灵。第一点是目前五防失灵主因。例如开关刀闸联锁，电路串接大量一次设备的辅助接点。而这些设备，大都几个月都不操作一次。长期不动，往往机械卡阻，电气接触不良。串联回路中一个环节出问题，整个闭锁回路就瘫痪。这类故障不可能短时间排除。任务紧迫，只好解锁，就更容易引发误操作。本项目就是利用近年来出现的“无源锁”的成功经验，针对上述五防系统两个存在问题，使智能系统与执行机构尽量分离，加上耐搁置机械结构。从一种10kV开关柜的操作机构入手，探索一套高度智能化，又可靠防误装置。2关于“无源链”2.1智能嘴唇和锁芯无源锁是广州安雷电子科技有限公司2007年开发的一种智能锁，已取得国家发明专利（专利号：ZL-200710165666.2）。它包括智能钥匙和锁芯两部分。锁芯没有电源，它用类似U盘的无源记忆器件，“记住”自己的编号。智能钥匙被写入对多个锁芯开启次序的信息和开锁动力电源。当智能钥匙插入某个锁芯时，如果该锁芯编号和钥匙开启次序相符，则可以拨转开锁。不符，不能拨转（钥匙并发出“操作错误”提示信息）。钥匙是“控制系统”，集中全部“智能”。而锁芯是执行机构。钥匙是“发令官”，锁芯是执行的士兵。利用无源锁，就可以做到智能系统与执行机构尽量分离。2.2无源锁的使用次数无源锁的锁体从材质到结构，是按“耐搁置”特殊技术研制的。放误操作必需有这种性能！可以用长期运行事实来证明：无源锁在2008年开始为各类用户大量采用。单是供电部门已经使用了上千把。当中多用于箱式变的门锁。锁体长期暴露在户外环境下。至今厂家未收到任何故障投诉。本项目曾专门向广州海珠供电局了解，该局用于箱式变的无源锁，经历几百次开锁，无一卡阻。至今，供电部门还在大量订购。3开关箱智能五防装置的组成和功能要求3.1开关的安全功能3.1.1新的防误装置是开关柜的一个附加机构。在是无源锁核心技术基础上，加入防止人为失误的机械闭锁(即所谓“机械防误”)。3.1.2智能钥匙的写入：每次操作前，电脑将电网操作票“写入”钥匙，再从钥匙“读出”，核对无误。3.1.3智能钥匙使用：操作者将钥匙插入某操作机构，如果符合“操作票”的操作顺序，则解锁，允许操作。不符合则不能操作，并告警。3.1.4刀闸的机械防误的作用：即使程序正确，开锁后，如果操作者未彻底地完成操作，就取不出钥匙，无法进行下一步操作。3.1.5开关的智能防误的作用：程序正确，开锁操作，将开关动作信息反馈给智能钥匙。不操作开关，或因开关内部故障，动作不彻底，钥匙收不到反馈信息，钥匙程序不进入下一步，无法进行下一步操作。3.1.6钥匙可以设定同一张操作票的全部n步操作完成时间(twch)。这时，同一张操作票的两步操作之间的间歇时间不可超过twch/n。超过twch/n，则操作不能继续。不设定twch，两步操作之间的间歇不受限制。(twch设定作为选项！)3.1.7操作票的全部操作完成，电脑“读出”带时标操作过程，终结操作票，清空钥匙。3.1.8一条钥匙，可写入多张操作票。一张票作为一次操作。可以逐次(张)临时结束。临时结束暂不清空钥匙，随时可以继续下一步操作。也可以将多张操作票全部完成，整体结束。3.1.9钥匙在操作票第一步操作之前，可以设定设备所在间隔的门号。钥匙插进不符门锁不能开门。(门号设定作为选项！)3.1.10钥匙须按“启动”键启动操作。钥匙可以设定操作者授权密码，在按“启动”键后提示输入授权密码才能操作。不设定授权密码，按“启动”键即可进行操作。(授权密码设定作为选项！)4智能钥匙功能和软件开发要求4.1配网“营销一体化”系统的研发4.1.1搜集试验开关柜的设备电网统一编码（若未有，可参照标准格式暂时自编）。4.1.2按操作票规范，编制设备名称和编码对照表（见表3示例）4.1.3作为试验的第一步，编制一个‘译码软件’，它的任务是将输入的‘设备名称’翻译成写入钥匙所需的‘设备统一编码或其次级码’。4.1.4针对无源锁钥匙所用的‘语言’，编制‘钥匙软件’。它的任务是将操作票的每步文字命令，写入无源锁钥匙（当中包括‘门禁’、‘操作授权’等选项提示）。4.1.5写钥匙软件’用一般电脑的U口写入钥匙。到本项目进入实用化阶段时，则研发配网‘营销一体化’系统兼容‘钥匙软件’的技术（如‘驱动软件’等），以达到将智能五防融入‘营销一体化’系统。届时，配网日常运作的操作票，直接写入钥匙。4.1.6五防开关柜操作流程5打开窗口中的刀门“机械误差”5.1插入密钥，正确的操作，从锁芯中删除。如果您不执行则此操作作不彻底，钥匙不能复位（图1b）。钥匙不能拔出，强迫操作者必须完成本步操作。（钥匙不复位，锁芯有‘留匙’功能。图1是形象示意。）5.2内部控制机构的组成刀闸操作防错有机械和智能钥匙两种形式。5.2.1.机械误差锁定见图2-1、图2-3和图2-4的结构包括5.2.1.两个‘封闭缺’闭锁盘上有对应刀闸的分开和闭合状态的两个‘闭锁缺’。闭锁盘与刀闸驱动动轴固连。闭锁盘面固连有一根‘连动梢’，穿入5.2.3.的‘防错盘’；5.2.1.2.关闭设备在刀闸某个运行状态(分或合)，闭锁闩被弹簧推入闭锁缺中，将刀闸某种状态锁定；5.2.1.．锁定盘方向防错盘与闭锁盘同轴，但不固连。面向闭锁盘方向，防错盘有一块‘回锁凸’。它上面有弧形的‘定位弯槽’，从闭锁盘来的‘连动梢’从‘定位弯槽’穿出。5.2.1.新型锁盘整体解锁防错钩为一个用小弹簧推动的棘爪。当拨转锁芯后，棘爪将闭锁闩暂留在开锁状态，等候操作彻底完成（图3）。防误、防错的操作过程（以拉开一把刀闸为例）第一步，闭锁状态：刀闸闭合，手柄向上。闭锁闩卡住闭锁盘，不能随意操作（图2-1);第二步，解锁状态，仍未操作（图2-2)智能钥匙插入锁芯，程序正确，拨转锁芯，拐臂抬起闭锁闩。防错钩立即扣住闭锁闩，保持‘可操作状态’。这时，如不操作，锁芯不能复位，拉不出钥匙去操作下一步（图3);第三步，拉手柄操作至完成（图2-3)闭锁盘的连动梢在防错盘的‘定位弯槽’内滑行。刀闸彻底分开，连动梢走到弯槽尽头，拨动防错盘转一小角度，防错盘上的回锁凸推防错钩推开闭锁闩；闭锁闩又跌入另一个闭锁缺，带动拐臂使锁芯自动复位。机构在新状态（分开）被重新闭锁。操作彻底完成，可抽出钥匙作下一步操作。5.2.2智能嘴唇防错机构第一步，刀闸处于合位，未操作（图3-1)●刀闸的闭锁盘被与锁芯固连的闭锁杆卡住，不能随意操作；●刀闸‘合位’磁块对准干簧管，使它的接点闭合；●锁芯引出信号线接地；第二步，刀闸开锁，处于拉开半途(图3-2)●程序正确，钥匙转动锁芯拨开闭锁干。●拉手柄，刀闸开始分开。合位磁块离开干簧继电器，它的接点分开。●锁芯引出信号线暂时离开地电位。第三步，刀闸分开，分位置重新闭锁(图3-3)●钥匙回拨，闭锁干重新卡住闭锁盘。●分位磁块对准干簧继电器，它的触点重新闭合。●锁芯引出线经历了“接地-离地-再接地”过程，钥匙得到此信号才将程序转入下一步。●取出钥匙，钥匙可作下一步操作。上述智能钥匙防错机构在操作未完成之前，都可以将钥匙取出，但未经锁芯回答接地的“合-分-合”信号，钥匙不能做下一步的解锁，无法进入下一程序操作。如果刀闸有可利用的位置接点(如图虚线所示的H、F接点)，就不需用干簧继电器和磁块，防错回路更简单可靠。开关操作防错机构（智能钥匙型）：5.3.1.柄孔被双排开关正常运行一切操作按钮或机械储能摇柄孔被挡板遮住，不允许随意操作(图4-1)。如果是机械储能操作，图4-1上被遮蔽的不是分合按钮，而是械储能摇柄孔。5.3.1.出瞳器，正常运行插入智能钥匙，程序正确，可以拨转，打开挡板。如果不操作取出钥匙（不按按钮或手动储能后再按按钮），不能进行下一步。如果操作，开关变位。干簧继电器接点经历“合-分-合”，将有效操作信号写入钥匙。才允许进行下一步(图4-3、图4-4)。6智能五防，保鲜小，安全强6.110kV开关柜是城市和农村电网使用最广泛的设备。而操作者往往是用户和广大的农网电工，对安全管理制度的执行，个人安全意识和主网还有差距。而10kV开关柜的五防至今比主网设备更不完善。亟需要可靠完善的五防措施。6.2无源锁是本项目的核心技术。它独特的优点是高度智能加上高度的可靠。现有的五防系统，智能也很高，但可靠性太低，不能保证安全操作。这就是引入无源锁五防的根本原因。6.3然而，单凭无源锁智能技术，还未能杜绝一切可能的失误。必须加上“强制性”的防错手段。上述的机械防错技术，适用于新10kV开关柜的五防改造。而智能钥