基于無源鎖智能武器的智能五防開關柜的設計

基于無源鎖智能武器的智能五防開關柜的設計

1防全刀法電力對社會生產和生活的重要性和高壓差的危險。要運行設備（如分散器、刀架等），必須遵循嚴格的“兩票三制”安全制度。然而，隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，電網(wǎng)結構日益龐大復雜。上世紀80年代初，原電力部開始要求開關設備具有防誤操作功能。初期的防誤單靠機械程序鎖，能解決簡單結線變電站操作防誤。后來，對于更復雜結線的變電站，又允許加上電氣的聯(lián)鎖。最后原電力部正式規(guī)定5種防誤操作功能。即：防止誤分、誤合斷路器；●防止帶負荷拉、合隔離開關或手車觸頭；●防止帶電掛（合）接地線（接地刀閘）；●防止帶接地線（接地刀閘）合斷路器（隔離開關）；●防止誤入帶電間隔；經過近30年的發(fā)展，“五防”技術已經廣泛應用。但在實用上還存在不少問題。例如，期刊《南方電網(wǎng)》2009年第五期一篇名為“廣蓄電廠鑰匙閉鎖系統(tǒng)應用于常規(guī)變電站可行性研究”文章，列舉了2003～2007年南方電網(wǎng)涉及防誤設備23次誤操作惡性事故如下：設備防誤裝置失靈而被迫解鎖時有發(fā)生。從表1可見，當前的五防設備及系統(tǒng)的運行狀態(tài)不盡人意。上述文以廣蓄電廠鑰匙閉鎖系統(tǒng)為例，認為機械閉鎖比較可靠，探討將機械閉鎖推廣到電網(wǎng)變電站。對此，將機械閉鎖和電氣（包括微機）閉鎖的特點作比較：廣蓄電廠的主結線比一般220kV變電站簡單。歷史上已證明變電站用純機械五防是行不通的。但該文揭示了電網(wǎng)五防普遍存在的問題?；仡櫠嗄赀\行情況，發(fā)現(xiàn)當前廣泛使用的五防失靈原因主要有兩點：●電氣智能（包括電腦）系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)過于混雜?！耖]鎖機構（包括電氣）不耐擱置。長期擱置不動，一動就失靈。第一點是目前五防失靈主因。例如開關刀閘聯(lián)鎖，電路串接大量一次設備的輔助接點。而這些設備，大都幾個月都不操作一次。長期不動，往往機械卡阻，電氣接觸不良。串聯(lián)回路中一個環(huán)節(jié)出問題，整個閉鎖回路就癱瘓。這類故障不可能短時間排除。任務緊迫，只好解鎖，就更容易引發(fā)誤操作。本項目就是利用近年來出現(xiàn)的“無源鎖”的成功經驗，針對上述五防系統(tǒng)兩個存在問題，使智能系統(tǒng)與執(zhí)行機構盡量分離，加上耐擱置機械結構。從一種10kV開關柜的操作機構入手，探索一套高度智能化，又可靠防誤裝置。2關于“無源鏈”2.1智能嘴唇和鎖芯無源鎖是廣州安雷電子科技有限公司2007年開發(fā)的一種智能鎖，已取得國家發(fā)明專利（專利號：ZL-200710165666.2）。它包括智能鑰匙和鎖芯兩部分。鎖芯沒有電源，它用類似U盤的無源記憶器件，“記住”自己的編號。智能鑰匙被寫入對多個鎖芯開啟次序的信息和開鎖動力電源。當智能鑰匙插入某個鎖芯時，如果該鎖芯編號和鑰匙開啟次序相符，則可以撥轉開鎖。不符，不能撥轉（鑰匙并發(fā)出“操作錯誤”提示信息）。鑰匙是“控制系統(tǒng)”，集中全部“智能”。而鎖芯是執(zhí)行機構。鑰匙是“發(fā)令官”，鎖芯是執(zhí)行的士兵。利用無源鎖，就可以做到智能系統(tǒng)與執(zhí)行機構盡量分離。2.2無源鎖的使用次數(shù)無源鎖的鎖體從材質到結構，是按“耐擱置”特殊技術研制的。放誤操作必需有這種性能！可以用長期運行事實來證明：無源鎖在2008年開始為各類用戶大量采用。單是供電部門已經使用了上千把。當中多用于箱式變的門鎖。鎖體長期暴露在戶外環(huán)境下。至今廠家未收到任何故障投訴。本項目曾專門向廣州海珠供電局了解，該局用于箱式變的無源鎖，經歷幾百次開鎖，無一卡阻。至今，供電部門還在大量訂購。3開關箱智能五防裝置的組成和功能要求3.1開關的安全功能3.1.1新的防誤裝置是開關柜的一個附加機構。在是無源鎖核心技術基礎上，加入防止人為失誤的機械閉鎖(即所謂“機械防誤”)。3.1.2智能鑰匙的寫入：每次操作前，電腦將電網(wǎng)操作票“寫入”鑰匙，再從鑰匙“讀出”，核對無誤。3.1.3智能鑰匙使用：操作者將鑰匙插入某操作機構，如果符合“操作票”的操作順序，則解鎖，允許操作。不符合則不能操作，并告警。3.1.4刀閘的機械防誤的作用：即使程序正確，開鎖后，如果操作者未徹底地完成操作，就取不出鑰匙，無法進行下一步操作。3.1.5開關的智能防誤的作用：程序正確，開鎖操作，將開關動作信息反饋給智能鑰匙。不操作開關，或因開關內部故障，動作不徹底，鑰匙收不到反饋信息，鑰匙程序不進入下一步，無法進行下一步操作。3.1.6鑰匙可以設定同一張操作票的全部n步操作完成時間(twch)。這時，同一張操作票的兩步操作之間的間歇時間不可超過twch/n。超過twch/n，則操作不能繼續(xù)。不設定twch，兩步操作之間的間歇不受限制。(twch設定作為選項！)3.1.7操作票的全部操作完成，電腦“讀出”帶時標操作過程，終結操作票，清空鑰匙。3.1.8一條鑰匙，可寫入多張操作票。一張票作為一次操作?？梢灾鸫?張)臨時結束。臨時結束暫不清空鑰匙，隨時可以繼續(xù)下一步操作。也可以將多張操作票全部完成，整體結束。3.1.9鑰匙在操作票第一步操作之前，可以設定設備所在間隔的門號。鑰匙插進不符門鎖不能開門。(門號設定作為選項！)3.1.10鑰匙須按“啟動”鍵啟動操作。鑰匙可以設定操作者授權密碼，在按“啟動”鍵后提示輸入授權密碼才能操作。不設定授權密碼，按“啟動”鍵即可進行操作。(授權密碼設定作為選項！)4智能鑰匙功能和軟件開發(fā)要求4.1配網(wǎng)“營銷一體化”系統(tǒng)的研發(fā)4.1.1搜集試驗開關柜的設備電網(wǎng)統(tǒng)一編碼（若未有，可參照標準格式暫時自編）。4.1.2按操作票規(guī)范，編制設備名稱和編碼對照表（見表3示例）4.1.3作為試驗的第一步，編制一個‘譯碼軟件’，它的任務是將輸入的‘設備名稱’翻譯成寫入鑰匙所需的‘設備統(tǒng)一編碼或其次級碼’。4.1.4針對無源鎖鑰匙所用的‘語言’，編制‘鑰匙軟件’。它的任務是將操作票的每步文字命令，寫入無源鎖鑰匙（當中包括‘門禁’、‘操作授權’等選項提示）。4.1.5寫鑰匙軟件’用一般電腦的U口寫入鑰匙。到本項目進入實用化階段時，則研發(fā)配網(wǎng)‘營銷一體化’系統(tǒng)兼容‘鑰匙軟件’的技術（如‘驅動軟件’等），以達到將智能五防融入‘營銷一體化’系統(tǒng)。屆時，配網(wǎng)日常運作的操作票，直接寫入鑰匙。4.1.6五防開關柜操作流程5打開窗口中的刀門“機械誤差”5.1插入密鑰，正確的操作，從鎖芯中刪除。如果您不執(zhí)行則此操作作不徹底，鑰匙不能復位（圖1b）。鑰匙不能拔出，強迫操作者必須完成本步操作。（鑰匙不復位，鎖芯有‘留匙’功能。圖1是形象示意。）5.2內部控制機構的組成刀閘操作防錯有機械和智能鑰匙兩種形式。5.2.1.機械誤差鎖定見圖2-1、圖2-3和圖2-4的結構包括5.2.1.兩個‘封閉缺’閉鎖盤上有對應刀閘的分開和閉合狀態(tài)的兩個‘閉鎖缺’。閉鎖盤與刀閘驅動動軸固連。閉鎖盤面固連有一根‘連動梢’，穿入5.2.3.的‘防錯盤’；5.2.1.2.關閉設備在刀閘某個運行狀態(tài)(分或合)，閉鎖閂被彈簧推入閉鎖缺中，將刀閘某種狀態(tài)鎖定；5.2.1.．鎖定盤方向防錯盤與閉鎖盤同軸，但不固連。面向閉鎖盤方向，防錯盤有一塊‘回鎖凸’。它上面有弧形的‘定位彎槽’，從閉鎖盤來的‘連動梢’從‘定位彎槽’穿出。5.2.1.新型鎖盤整體解鎖防錯鉤為一個用小彈簧推動的棘爪。當撥轉鎖芯后，棘爪將閉鎖閂暫留在開鎖狀態(tài)，等候操作徹底完成（圖3）。防誤、防錯的操作過程（以拉開一把刀閘為例）第一步，閉鎖狀態(tài)：刀閘閉合，手柄向上。閉鎖閂卡住閉鎖盤，不能隨意操作（圖2-1);第二步，解鎖狀態(tài)，仍未操作（圖2-2)智能鑰匙插入鎖芯，程序正確，撥轉鎖芯，拐臂抬起閉鎖閂。防錯鉤立即扣住閉鎖閂，保持‘可操作狀態(tài)’。這時，如不操作，鎖芯不能復位，拉不出鑰匙去操作下一步（圖3);第三步，拉手柄操作至完成（圖2-3)閉鎖盤的連動梢在防錯盤的‘定位彎槽’內滑行。刀閘徹底分開，連動梢走到彎槽盡頭，撥動防錯盤轉一小角度，防錯盤上的回鎖凸推防錯鉤推開閉鎖閂；閉鎖閂又跌入另一個閉鎖缺，帶動拐臂使鎖芯自動復位。機構在新狀態(tài)（分開）被重新閉鎖。操作徹底完成，可抽出鑰匙作下一步操作。5.2.2智能嘴唇防錯機構第一步，刀閘處于合位，未操作（圖3-1)●刀閘的閉鎖盤被與鎖芯固連的閉鎖桿卡住，不能隨意操作；●刀閘‘合位’磁塊對準干簧管，使它的接點閉合；●鎖芯引出信號線接地；第二步，刀閘開鎖，處于拉開半途(圖3-2)●程序正確，鑰匙轉動鎖芯撥開閉鎖干?！窭直?，刀閘開始分開。合位磁塊離開干簧繼電器，它的接點分開?！矜i芯引出信號線暫時離開地電位。第三步，刀閘分開，分位置重新閉鎖(圖3-3)●鑰匙回撥，閉鎖干重新卡住閉鎖盤?！穹治淮艍K對準干簧繼電器，它的觸點重新閉合?！矜i芯引出線經歷了“接地-離地-再接地”過程，鑰匙得到此信號才將程序轉入下一步?！袢〕鲨€匙，鑰匙可作下一步操作。上述智能鑰匙防錯機構在操作未完成之前，都可以將鑰匙取出，但未經鎖芯回答接地的“合-分-合”信號，鑰匙不能做下一步的解鎖，無法進入下一程序操作。如果刀閘有可利用的位置接點(如圖虛線所示的H、F接點)，就不需用干簧繼電器和磁塊，防錯回路更簡單可靠。開關操作防錯機構（智能鑰匙型）：5.3.1.柄孔被雙排開關正常運行一切操作按鈕或機械儲能搖柄孔被擋板遮住，不允許隨意操作(圖4-1)。如果是機械儲能操作，圖4-1上被遮蔽的不是分合按鈕，而是械儲能搖柄孔。5.3.1.出瞳器，正常運行插入智能鑰匙，程序正確，可以撥轉，打開擋板。如果不操作取出鑰匙（不按按鈕或手動儲能后再按按鈕），不能進行下一步。如果操作，開關變位。干簧繼電器接點經歷“合-分-合”，將有效操作信號寫入鑰匙。才允許進行下一步(圖4-3、圖4-4)。6智能五防，保鮮小，安全強6.110kV開關柜是城市和農村電網(wǎng)使用最廣泛的設備。而操作者往往是用戶和廣大的農網(wǎng)電工，對安全管理制度的執(zhí)行，個人安全意識和主網(wǎng)還有差距。而10kV開關柜的五防至今比主網(wǎng)設備更不完善。亟需要可靠完善的五防措施。6.2無源鎖是本項目的核心技術。它獨特的優(yōu)點是高度智能加上高度的可靠?，F(xiàn)有的五防系統(tǒng)，智能也很高，但可靠性太低，不能保證安全操作。這就是引入無源鎖五防的根本原因。6.3然而，單憑無源鎖智能技術，還未能杜絕一切可能的失誤。必須加上“強制性”的防錯手段。上述的機械防錯技術，適用于新10kV開關柜的五防改造。而智能鑰