超高层项目避难层配电系统安全联锁逻辑设计

问题背景

伴随中国经济的高速发展，超高层建筑在全国各大城市如雨后春笋般拔地而起。500 m以上的超高层建筑，笔者所在单位参与设计和提供咨询的有10多座，200 m以上的超高层建筑有160多座，其中400 m以上的30多座。超高层建筑中的避难层属于关键楼层，避难区设在这一层，各种竖向机电管道也往往需要在这个楼层转换，变电所面积异常紧张，所占用的建筑空间寸土寸金。但避难层变电所的服务对象负荷等级高，运营检修安全性又非常重要。在已经采用了小柜型设计方案的前提下，如何既确保变电所的检修维护安全，又能继续减少变电所面积成了电气工程师面临的难题。

根据GB 50053 - 2013《20 kV及以下变电所设计规范》3.2.13条第2款：电源以放射式供电时，变压器一次侧高压开关宜装设隔离开关或负荷开关；当变压器安装在本配电所内时，可不装设高压开关。如图1所示是一种较为常见的避难层变电所主接线示意，高压配电室设置在地下1层，避难层变电所设置在27层。

为了确保检修人员的安全，一般都会在避难层变电所变压器一次侧设置一台隔离开关或负荷开关，在对避难层变压器进行检修时，变压器就地的负荷开关提供了一个明显断开点，可以确保检修人员的安全。

本文将探究是否能设计一套机械联锁方案，可以利用地下1层10 kV配电室的断路器作为明显断开点，确保变压器检修时10 kV断路器始终处于断开状态，从而实现既确保检修人员安全又能不设置负荷开关柜。

机械程序锁的基本工作原理

关于机械程序锁有两个关键词，分别是“机械联锁”和“程序”。“机械联锁”是指一种利用机械原理来满足电气设备安全操作程序的联锁装置，为了防止人为操作失误而设置，一般由机械锁及与电气设备配合的部件组成。“机械联锁”区别于“电气联锁”，抗干扰能力及可靠性更高。“程序”是指为了实现特定的控制逻辑或操作流程。

一套机械程序锁一般至少由锁、钥匙、钥匙交换盒等组成。钥匙交换盒顾名思义是用于钥匙的置换，可以一对多或者多对多，以完成设备间逻辑控制，实现对设备隔离 / 准入。如图2所示是机械程序锁逻辑。

避难层变电所变压器检修安全联锁逻辑设计

如图3所示，在变压器高压侧配出柜、低压侧总开关柜、400 V母线联络柜、变压器柜前后门上设置了机械锁，同时在400 V总开关柜门、变压器柜门上设置了钥匙交换盒。

接下来对避难层变压器检修时机械联锁的步骤进行分析，按图4所示的步骤进行操作：

a. 步骤一：首先在市电A的400 V低压侧总开关柜内设置一把锁，这把锁可以取出的钥匙编号为1A1，功能是必须断开低压侧总开关并锁定在断开状态才可将钥匙1A1从锁中取出，一旦取出，开关就无法闭合；要闭合该开关，必须先将钥匙1A1插入，一旦开关闭合，钥匙1A1就无法取出。

b. 步骤二：在市电A的400 V低压侧总开关柜柜面上装设一编号为1 - XMC - A / B2的钥匙交换盒，该钥匙交换盒的主钥匙是1A1，辅钥匙是1B1及1C1。该钥匙交换盒的机械闭锁逻辑：只有当主钥匙1A1锁定在交换盒时才可取出辅钥匙1B1及1C1；只有当辅钥匙1B1及1C1都插入交换盒才能取出主钥匙1A1。将主钥匙1A1插入钥匙交换盒1 - XMC - A / B2，释放出辅钥匙1B1及1C1。

c. 步骤三：在市电A的10 kV侧配电柜内设置一把锁，这把锁可以取出的钥匙编号为10 A，功能是必须断开该柜的10 kV开关并将地刀锁定在接地状态方可取出钥匙10 A，钥匙一旦取出，地刀就无法断开，断路器就无法闭合；要闭合断路器，必须先将钥匙10 A插入，拉开地刀再进行合闸，地刀接地时钥匙10 A就无法取出，断路器无法合闸。在本步骤，通过断开断路器合上地刀，释放出钥匙10 A。

d. 步骤四：在27层变电所1#变压器柜上装设一编号为1 - XMD - B / B22的钥匙交换盒，该交换的主钥匙为1B1、10 A，辅钥匙为1TA、1TB。只有两把主钥匙都锁定在交换盒中方可取出辅钥匙；只有两把辅钥匙1TA、1TB都插入该交换盒方可释放主钥匙1B1和10 A。在此步骤，将1B1和10 A插入交换盒，释放出钥匙1TA和1TB。

e. 步骤五：在1#变压器的高低压侧的门上分别各设一把锁，锁的编号分别为1TA和1TB，辅钥匙1TA、1TB分别用于打开高压侧门锁1TA和低压侧门锁1TB。将步骤四释放出的辅钥匙1TA、1TB插入1#变压器前后门，这时方可打开变压器进行检修。

检修完毕必须关闭变压器前后门，取出辅助钥匙1TA、1TB，然后按上述步骤五至步骤一反向操作，就能实现复位。对于市电B，其机械程序锁系统配置和市电A类似，本文不再赘述。

两进线一母联的安全联锁逻辑设计

400 V低压侧两进线一母联的联锁逻辑设计如下（如图5所示，初始状态两路市电分列运行，母联开关处于断开状态，因缺少钥匙1C1，母联开关无法闭合）：

a. 步骤一：断开市电A的400 V低压侧总开关，释放出钥匙1A1。

b. 步骤二：将钥匙1A1插入钥匙交换盒1 - XMC - A / B2，释放出钥匙1C1。将钥匙1C1插入母联开关的锁中，母联断路器合闸，操作完成。