一种基于多重物理隔离的防误锁具的研制与设计

李明哲 唐 鹤 傅文锋 郭小华 韦运杰

（广东电网有限责任公司佛山供电局，广东佛山528000）

0 引言

微机防误闭锁系统是计算机及网络通信技术应用于变电站自动化的结果，是目前电力系统“五防”领域的重要设备，广泛用于防止电气误操作事件发生。电气编码锁直接串联于开关、刀闸等变电一次设备的控制回路，是系统实现防误闭锁功能的执行元件[1]。

变电站内一次设备的安全稳定运行至关重要，相关的管理也尤为严格。正常所有电气操作都需经微机防误闭锁系统模拟确认无误后才能现场操作，但变电站现有的防误操作电气编码锁，两个极柱和背面端子均裸露在外，原理过于简单，通过导线或导电金属短接正负电极柱或者背面端子即可解锁，存在较大安全隐患。例如，操作人员用短接线短接电气编码锁解锁，极有可能构成恶性误操作事件。针对以上问题，本文在原有防误闭锁电气编码锁的基础上做了多重隔离设计，与现有锁具尺寸一致，便于安装，可全面防止人为短接电气编码锁解锁，有效避免在设备操作、施工过程中恶意解锁行为的发生，为变电装置防误操作增加一道更加坚固的防线。

1 当前防误操作电气编码锁安全性分析

以开关分闸控制回路为例，防误操作电气编码锁串接于控制回路中，等效为一个由电脑钥匙控制的接点。正常操作时，操作人员首先在五防机模拟操作步骤，正确无误后上传至电脑钥匙，操作过程中将钥匙带入现场插入防误操作电气编码锁，接点接通从而允许对开关分合闸操作[2]。然而，变电站现有安装的防误操作电气编码锁，正面两个金属极柱裸露在外，背面接线端子也未采用封闭设计。

锁具正面极柱与背面端子对应连通，背面端子经电缆引入端子排后串接于控制回路。在没有电脑操作钥匙情况下，通过金属导体短接正面锁孔或背面端子两端即可解锁，达不到全面防误操作目的，存在较大的安全隐患。

针对当前防误编码锁功能上的缺陷，需要从两个方面进行改进：一是防止人为短接正面极柱解锁，二是防止短接背面端子解锁。后者可通过在锁具背面加装塑料外壳密封加以实现，将接线端子藏在锁具内部，使操作人员无法短接解锁。本文重点讨论前者，即采取措施防止人为短接正面锁孔解锁。

2 可行性研究与方案设计

综合考虑成本、可行性、可推广性及操作习惯，我们设想不改变编码锁的尺寸大小，而是从锁的内部结构出发，将设计重点集中在防误操作电气编码锁上，重点解决如何将人为短接使得接点连通的可能性降至零，从而实现隔离功能。

防误操作电气编码锁串接于控制回路中，若锁具故障将直接导致控制回路不通，影响设备操作，因此改造设计首要考虑稳定性、可靠性。经过反复论证后，确定物理隔离功能实现思路如下：锁具正电极柱与正电端子间串接一个接点，接点的开断受电脑钥匙控制，只有将电脑钥匙带入操作现场，并满足操作条件，操作电脑钥匙接点才能接通，进而对变电设备操作，当人为短接正面锁孔恶意解锁时由于接点的存在而使解锁无效。运用将锁具与外部进行物理隔离的方式，起到保护和固定内部元件的作用，使得锁具的可靠性大为提高。

在接点元件的选择上，采用了已经封装好的位置开关来控制接点的通断。位置开关常态触点断开，为常开触点。当操作电脑钥匙校验电气编码锁正确后，推动钥匙的拨轮，带动极柱旋转，极柱上突出部分拨动位置开关，其常开接点就会接通。如果松开拨轮，位置接点的弹簧功能则会自动复归为常开接点。这种位置开关制作工艺已经非常成熟，而且测试可通断次数均达到万次以上，有很好的稳定性，鉴于电力设备的操作频数，可以说具有无限的使用寿命。另外，位置开关具有体积小、重量轻的特点，这使得它们易于安装且不显眼，很适合用于微型设备，因此可以保留锁具原有的尺寸大小。同时，位置开关是将机械信号转换为位置信号，且接点已经封装好，有很好的抗干扰性。目前，市面适用的位置开关很多且价格便宜，可靠性、经济性达到最大化。

物理隔离功能实现方案：当电脑钥匙插入防误操作电气编码锁时利用拨轮带动凸轮使得位置开关接点闭合，回路导通；操作完毕后，拔出电脑钥匙，位置开关接点由于弹簧力自动复归。最后对整个模块进行封装，加入多重物理隔离，可以起到以下作用：

（1）物理保护。防误锁与外界隔离，防止了空气中杂质腐蚀电路造成的电气性能下降，使锁免受外力损坏和外部环境的影响。

（2）标准规格化。封装的尺寸、形状、间距、长度等有标准规格，既便于日后技术上的改进和加工，又便于与锁具相配合，具有通用性。

3 元件构架分解及调试

锁具结构设计如图1所示，位置开关固定在ABS板上。正电极柱与负电极柱均为金属导体，一端与电脑钥匙连接；另一端有螺纹，用于固定锁具及连接正电、负电端子。正电极柱分为极柱与螺杆两段，由绝缘连接头隔离固定，在极柱与螺杆之间串接位置开关。

根据现有防误操作电气编码锁尺寸要求，本文选用Scheider生产的型号为SW5的位置开关，位置开关尺寸为20 mm×6 mm×10 mm，额定电压：250 V AC，额定电流：5 A，寿命：10万次。

图1 锁具结构示意图

本文选取某变电站10 kV备用开关柜安装调试，将原有开关的电气编码锁用经过全封闭改进后的防误操作电气编码锁替代，锁具背面按原有后座尺寸加装了塑料外壳，背面端子隐藏在锁具内部，工作人员无法接触。经过保护传动、现场分合、后台遥控等试验操作，改造后的控制回路正常，开关可投入运行。

4 结语

本文研制的基于多重物理隔离的电气编码锁结构简单可靠，接于变电设备控制回路可有效防止人为非法短接解锁行为的发生。项目源于生产实际，在原有电气编码锁基础上进行改进，改造成本低，可全行业推广。