變電站刀閘不拉開操作電源運行的安全性分析

陳錦祥，何惠東，劉 玲

(廣州供電局，廣東 廣州 510260)

變電站刀閘不拉開操作電源運行的安全性分析

陳錦祥，何惠東，劉 玲

(廣州供電局，廣東 廣州 510260)

闡述了變電站刀閘拉開操作電源運行的緣由和不拉開操作電源運行的需求。通過刀閘操作回路的電纜材料、端子材料與結(jié)構(gòu)、端子箱結(jié)構(gòu)、控制回路結(jié)構(gòu)和電機(jī)回路絕緣破壞誤動幾率等方面因素的比較分析，討論了操作回路結(jié)構(gòu)與設(shè)備改進(jìn)對刀閘不拉開操作電源運行安全性的影響，并結(jié)合一些應(yīng)用情況給出了刀閘操作電源運行的建議。

變電站; 刀閘; 操作電源; 運行安全

上世紀(jì)90年代，發(fā)生了幾起刀閘操作回路絕緣擊穿導(dǎo)致運行中刀閘自動拉開的事故。為避免類似事故的重復(fù)發(fā)生，國家電網(wǎng)公司所屬大部分企業(yè)在電氣倒閘操作過程中都采取了刀閘操作前合上操作電源，操作完成后立即拉開操作電源的措施。該措施有效防止了刀閘因操作回路絕緣擊穿而導(dǎo)致運行中刀閘自動分、合事故的發(fā)生。但是，該措施也增加了電氣倒閘操作的項次，延長了操作時間，同時增加了誤操作其他運行設(shè)備電源的幾率。

1 刀閘不拉開操作電源運行的需求

目前，用電需求已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超前電網(wǎng)的發(fā)展水平。在廣東地區(qū)，無論是主網(wǎng)或是配網(wǎng)，線路、主變的容量很多都不滿足N-1的要求，與此同時，供電部門對社會的供電承諾卻空前提高。為了兌現(xiàn)承諾，提高服務(wù)質(zhì)量，變電站運行操作人員必須嚴(yán)格執(zhí)行設(shè)備停、送電操作的時間規(guī)定。然而設(shè)備停、送電操作的時間規(guī)定，相對于現(xiàn)有變電站管理模式和運行人員數(shù)量的配置，則顯得有點不對稱。以往一個110kV變電站約有6～8人管理，但現(xiàn)在部分地區(qū)平均每站已不足1.5人。在這樣的形勢下，供電部門對社會供電的高承諾，與運行人員配置不足及電網(wǎng)發(fā)展水平相對滯后的現(xiàn)實便形成了矛盾。

提高變電站綜合自動化和智能技術(shù)水平是解決矛盾的有效途徑之一，后臺機(jī)遠(yuǎn)方操作和程序化操作為提高電氣操作效率和安全性帶來了契機(jī)。但是刀閘操作電源的投退需在現(xiàn)場由人工操作，大大降低了后臺機(jī)遠(yuǎn)方操作和程序化操作的價值。如果按措施要求執(zhí)行，操作一把刀閘需增加投、退刀閘控制和電機(jī)電源空開4個操作項目，完成一個操作項以15 s的時間計算，一把刀閘操作便增加了1 min的時間，如果計算變電路途和走位時間將更長。如果刀閘不拉開操作電源運行，便可節(jié)省不少操作時間，同時也便于后臺機(jī)遠(yuǎn)方操作和程序化操作的執(zhí)行，因此有必要深入分析刀閘不拉開操作電源運行的安全性。

2 刀閘操作回路安全性對比分析

2.1 電纜材料的對比

隨著我國科技的發(fā)展，在變電站刀閘的控制回路、電機(jī)電源回路中已基本淘汰了油紙和橡膠皮電纜，采用了帶鎧甲外皮保護(hù)的聚乙烯電纜、交聯(lián)聚乙烯電纜、ZC-KVVP或ZR-KVVP阻燃電纜。這些電纜與過去一般使用的聚氯乙烯、油紙或橡膠皮電纜相比，絕緣擊穿強(qiáng)度提高了60%，介質(zhì)損耗降低為過去的1/200，可持續(xù)工作溫度達(dá)80～90℃。回路絕緣自然擊穿或受外力破壞，特別是鼠害破壞的幾率很低。

2.2 端子材料及端子結(jié)構(gòu)的對比

過去的刀閘控制回路基本上都采用敞開式結(jié)構(gòu)，以“電木”材料做端子。這種端子容易積污，且在污垢受潮后絕緣下降明顯。另外，“電木”材料較脆，容易破損，破損后端子間短路的機(jī)會很大。現(xiàn)在的刀閘控制回路基本上都采用封閉式結(jié)構(gòu)的端子，以高絕緣強(qiáng)度塑料制成。這種端子不易破損、結(jié)構(gòu)科學(xué)，且沒有報道過因端子積污導(dǎo)致絕緣擊穿的案例。

2.3 端子箱的結(jié)構(gòu)對比

端子箱作為二次元件及回路端子的封閉器件，其結(jié)構(gòu)是否合理，對二次回路絕緣影響很大，特別是戶外端子箱的二次回路。

早期端子箱的結(jié)構(gòu)粗糙、密封差，僅依靠安裝燈泡作為驅(qū)潮裝置。由于端子箱沒有溫濕控制器，安裝的燈泡距二次線較近，為避免燈泡長期投入致使局部溫度過高，往往只在梅雨天氣或發(fā)現(xiàn)端子箱內(nèi)有凝露時才把燈泡打開。另外，箱體上部沒有散氣孔，潮氣有入無出，僅依靠人工清抹或在天氣轉(zhuǎn)晴后打開箱門讓潮氣自然散走，因此戶外端子箱凝露現(xiàn)象普遍。

現(xiàn)在的戶外端子箱，基本上配有帶溫濕控制裝置的驅(qū)潮器，箱體上部設(shè)有帶塵埃過濾網(wǎng)的氣孔，箱底部與電纜溝銜接的位置加裝了底座，有利于電纜溝內(nèi)的潮氣上升散發(fā)，從而使端子箱的防塵、防潮效果大大改善，凝露的幾率大大下降。

2.4 刀閘、地刀控制回路結(jié)構(gòu)的對比

早期接地刀閘的機(jī)構(gòu)完全是手動操作的，刀閘的控制回路基本沒有“電氣五防”閉鎖功能，回路結(jié)構(gòu)處于初始階段，如圖1所示。

由圖1可知，刀閘在合閘狀態(tài)，如果控制電源kk不拉開，當(dāng)FA按鈕接點或2C1自保持接點發(fā)生絕緣擊穿，運行中的刀閘就會自動分閘；同理，刀閘在分閘狀態(tài)，如果HA按鈕接點或1C1自保持接點發(fā)生絕緣擊穿，刀閘會自動合上。這樣的回路結(jié)構(gòu)，即使運行中刀閘操作電源不拉開，誤分、誤合刀閘的危險性也極高。

隨著各種設(shè)計規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)化，隔離刀閘及接地刀閘的控制回路結(jié)構(gòu)已得到很大的優(yōu)化。為防止刀閘、接地刀閘的誤分、誤合，在刀閘、接地刀閘控制回路中加入了“電氣五防”電氣閉鎖、后臺機(jī)遠(yuǎn)方操作邏輯判斷。這樣的回路結(jié)構(gòu)不但能防止人為誤操作，也能有效地防止刀閘、接地刀閘因控制回路絕緣擊穿而發(fā)生的誤分、誤合事故。圖2是現(xiàn)行雙母線接線隔離刀閘控制回路圖，分析如下：1M母線側(cè)隔離刀閘的合閘、分閘接觸器線圈1C、2C的電源由“五防”電氣鎖WFS和后臺機(jī)的邏輯閉鎖斷開，接觸器零線側(cè)回路由2G刀閘、BO和CO接地刀閘及斷路器的輔助接點斷開。同理，接地刀閘由隔離刀閘輔助接點斷開。由此可見，現(xiàn)有的刀閘、接地刀閘的控制回路結(jié)構(gòu)，即使電源開關(guān)kk合上，接觸器線圈任一側(cè)回路絕緣擊穿，也不會引發(fā)隔離刀閘和接地刀閘的誤分、誤合。

圖2 雙母接線1M母線側(cè)隔離刀閘控制回路

2.5 電機(jī)回路絕緣破壞誤動幾率分析

刀閘、接地刀閘的傳動，一般采用三相交流電機(jī)，電源回路如圖3(a)所示；小部分采用直流電機(jī)傳動，電源回路如圖3(b)所示。

由圖3(a)可知，三相電機(jī)電源開關(guān)K合上，即使接觸器1C或2C的接點一相或者二相擊穿，電機(jī)是不會轉(zhuǎn)動的，而電機(jī)電源回路接觸器C接點三相均擊穿的幾率則低之又低。因此，交流電機(jī)傳動的刀閘、接地刀閘運行中合上電機(jī)電源，主回路絕緣擊穿而導(dǎo)致誤分、誤合的可能性極微。

圖3(b)是直流電機(jī)刀閘電源回路，理論上存在接觸器一極接點粘死，另一極接點絕緣擊穿的可能。但現(xiàn)實中直流電機(jī)接觸器接點到電機(jī)之間的線路一般很短，基本安裝在箱內(nèi)，線路單極絕緣受損的機(jī)會很少，雙極擊穿的機(jī)會更少。為避免因接觸器接點粘死或擊穿而造成刀閘誤動的情況，直流電機(jī)電源回路可按照圖3(c)設(shè)計，在電源回路串入接觸器雙接點，這樣，由于絕緣受損而造成誤分、誤合的可能性也就基本可以排除。

3 討論與建議

廣東部分變電站GIS設(shè)備拉開操作電源后會造成“刀閘控制回路斷線”信號長發(fā)，為避免信號長發(fā)而影響監(jiān)控中心對設(shè)備的監(jiān)視，變電站采用GIS設(shè)備刀閘不拉開操作電源的運行方式，運行多年并未發(fā)生過因控制回路或電機(jī)回路絕緣擊穿而出現(xiàn)刀閘誤分、誤合的情況。

由此可見，隨著刀閘控制回路結(jié)構(gòu)和設(shè)備條件的改進(jìn)，部分二次回路可靠性高、運行環(huán)境良好的刀閘不拉開操作電源運行是具有較高可行性的。結(jié)合變電站電氣操作的需要、設(shè)備條件和運行環(huán)境，對刀閘操作電源的運行建議如下。

(1) 對于GIS、HGIS等可靠性較高的組合電器設(shè)備，如果安裝在室內(nèi)或者在室外的運行環(huán)境良好的情況下，刀閘可以不拉開操作電源運行。

(2) 對于敞開式設(shè)備，如果設(shè)備運行環(huán)境良好，且控制回路有完善的電氣“五防”閉鎖，電機(jī)回路為非單接觸器接點直流電機(jī)，可根據(jù)需要不拉開操作電源運行。

(3) 對于采用程序化操作的變電站設(shè)備，由于設(shè)備可靠性較高，為提高程序化操作的實用性，一般情況下刀閘可不拉開操作電源運行。

(4) 對于部分未經(jīng)改造的老舊變電站和刀閘控制回路還沒有完善的電氣“五防”閉鎖，電機(jī)回路采用單接觸器接點或二次回路運行環(huán)境惡劣，影響絕緣的變電站，刀閘的操作電源還是需要拉開運行。

4 結(jié)束語

隨著社會對電網(wǎng)供電要求的不斷提高，變電站已全面實現(xiàn)綜合自動化配置，同時程序化操作等智能技術(shù)也在發(fā)展，運行人員對變電站全面實行遠(yuǎn)程監(jiān)控的管理模式已勢在必行。當(dāng)今的設(shè)備條件，無論是元件質(zhì)量抑或是回路結(jié)構(gòu)都得到了很大的提高和改進(jìn)，因回路絕緣擊穿而導(dǎo)致刀閘、接地刀閘誤分、誤合的幾率甚微。如果刀閘操作過程中必須對刀閘電源空開進(jìn)行現(xiàn)場操作，將給變電站全面遠(yuǎn)程監(jiān)控管理帶來不便。如何有效解決刀閘操作便利性和安全性的問題，還需結(jié)合技術(shù)現(xiàn)狀進(jìn)行深入的實踐驗證分析，以求問題得到科學(xué)的解決。

1 趙輝程，孫玉文，陳韶偉. 變電站程序化操作若干問題探討[J]. 江蘇電機(jī)工程，2009，28(5):24-28.

2011-03-17)