1. 前言
铠装式金属封闭中压开关柜（简称中压开关）产品显著的可靠性和安全性技术特点被核电应用市场所看重，目前被广泛选用为国内外各核能发电企业的厂用电配电装置。因为前期厂用电系统设计因素的影响，中压开关柜在使用过程中出现了几种典型的问题案例，直接影响到核电站厂用电系统的供电可靠性及工艺系统设备运行的可靠性，对核电站安全稳定运行造成了一定的影响。本文从3个典型案例入手，根据中压开关电气基本控制原理，阐明案例发生背后的原因，并提出类似问题的预防和解决方法。
2. 案例及分析
2.1 案例表现
(1) 案例1：某核电站大修期间，主控操纵员在执行C段中压母线由工作电源转备用电源的过程中，C段备用电源进线开关未能按预期合闸，导致C段母线失电，其下游的可靠段母线和应急段母线也失去供电，应急柴油机发电机组根据失电信号自动启动。
(2) 案例2:某日主控操纵人员在启动一台中压开关供电的低加疏水泵时发现该泵触发启动超时报警，泵未能正常启动运转。该泵前一次的启停工作均正常，且前后2次启停期间，该泵及其供电柜无其他介入工作。
(3) 案例3：某核电站在执行安全通道应急给水泵定期试验时（中压开关供电），发现泵未能正常启动，此前该泵处于在线备用状态。
2.2 原因分析及处理
中压开关正常合闸的2个基本条件：电气逻辑条件满足要求、开关状态条件满足要求，两个基本条件缺一不可。
电气逻辑条件通常由参与开关控制的相关电气状态中间继电器按设计逻辑搭建实现，如图，开关合闸的电气逻辑条件是K5中继必须得电接通。
开关状态条件通常由“断路器分/合闸状态”、“断路器手车位置状态”、“开关储能状态”3个条件组成。这3个条件由断路器的辅助接点、限位开关等搭建实现。如图，开关合闸的状态条件是断路器手车工作位限位开关S9接通、断路器分闸状态辅助接点S3接通、开关储能限位开关S1接通。
中压开关控制回路示意图
只有在满足了开关的合闸电气逻辑条件和开关合闸的状态条件后，图中开关的合闸闭锁电磁铁Y1才能得电，为合闸指令做好准备。
为了确保关键重要设备电源开关动作的可靠性，通常在开关二次回路设计合/分闸监视及报警回路，如图中K1所在合闸监视回路、K2所在分闸监视回路、K3所在合/分闸回路故障报警回路，当合闸与分闸监视回路同时断电时，合/分闸回路故障报警信号触发。
在案例1中，事后检查发现工作位限位开关（S9）触点未导通，导致开关状态条件不满足要求，开关合闸回路无法导通，开关合闸拒动。分析判断为开关断路器手车在被移动到工作位置的过程中执行不到位，导致开关工作位限位开关（S9）触点未导通。将断路器手车经重新有效移位操作后，设备启动正常。
在案例2中，事后检查发现工作位限位开关（S9）触点未导通，导致开关状态条件不满足要求。分析判断为开关断路器手车在被移动到工作位置的过程中执行不到位，导致开关工作位限位开关（S9）触点未可靠接触，开关经有限次分/合闸动作的振动冲击作用，限位开关由部分接触转变为断开状态，导致开关失去再合闸能力。将断路器手车经重新有效移位操作后，设备启动正常。
在案例3中，事后检查发现开关合闸回路闭锁电磁铁（Y1）元器件故障，导致开关合闸回路无法导通，开关合闸拒动。经维修消缺后，设备启动正常。
分析上述案例可以发现，中压开关柜异常状态问题存在“隐蔽性”的共性特点。备用状态下上述设备电源开关本体和DCS系统监控界面上均没有明显的异常状态信息反馈，只有当设备被启用时才能发现设备电源开关状态异常，但已经直接影响到系统设备的设计功能，一定程度上体现了设计上的不足。
设计上，开关柜本体未设计开关手车工作位置指示信号或工作位置异常报警信号，当断路器手车工作位置异常时开关柜本体上不能有效反馈断路器手车的实际位置状态或异常位置状态信息，值班人员不能及时识别开关的异常状态。
设计上，DCS系统上未设计或未有效设计断路器手车工作位置异常时的报警信号，当断路器手车工作位置出现异常时DCS系统监控界面不能有效反馈开关的异常状态，值班人员不能及时识别开关的异常状态。
设计上，安全系统设备中压开关电气二次回路中未设计分闸-合理回路故障监视及报警，当开关合闸或分闸回路发生阻断异常时开关柜本体上或DCS系统监控界面上不能有效反馈开关控制回路的异常状态，值班人员不能及时识别开关的异常状态。
从人因失误角度来看案例1、2中也反应出部分人因方面的问题，若中压开关柜设计有完善的状态指示信号或异常报警信号，即便出现人因问题亦能在第一时间被发现并及时纠正。综合分析来看，完善设计是解决此类隐蔽性问题的根本办法。基于案例1、2中的客观情况并结合自身厂用电系统实际设计特点，案例核电站选择在DCS系统上对中压开关柜反馈信号进行变更改造。通过在DCS监控画面的6kV开关断路器操作模块附近创建断路器“工作位”信号模块，实现DCS监控画面上直接查看断路器 “工作位”信号且当断路器小车脱离“工作位”时发出报警的目的。经变更改造后运行至今使用效果良好，案例问题未再发生。
案例核电站所在的常规岛区域，中压开关电气二次回路设有分闸-合理回路故障监视及报警，实际运行使用效果反馈良好，能及时反馈被监视开关合/分闸回路的异常状态。基于这一实况点来解决案例3中的问题，案例核电站选择在核岛应急段中压开关柜电气二次回路增加分闸-合理回路故障监视报警回路并将报警信号接入DCS系统的变更改造思路，目前改造工作正在进行中，改造后的运行效果是预期可见的。
3. 结论
(1) 电厂运维人员应了解中压开关柜控制回路工作原理，以便对开关异常现象做初步判断，同时可借鉴上述案例及时发现设计上的薄弱点。
(2) 运行经验表明中压开关手车工作位置指示信号、位置异常报警信号、分闸-合理回路故障监视报警信号是监测开关异常状态的有效手段。
(3) 在开展核电站厂用电系统前期电气、电气仪控接口设计时，有必要考虑在中压开关本体或DCS系统上设计手车工作位置指示信号、位置异常报警信号、分闸-合理回路故障监视报警信号。
