防止隔離開關(guān)誤操作技術(shù)的研究

李 蕊，劉洪兵，侯 斌，陳文海

（云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司昆明供電局，云南 昆明650000）

隔離開關(guān)是變電站最常見的一次設(shè)備之一，在分位置時(shí)，觸頭間有符合規(guī)定要求的絕緣距離和明顯的斷開標(biāo)志；在合位置時(shí)，能承載正?；芈窏l件下的電流及在規(guī)定時(shí)間內(nèi)異常條件下的電流。變電站一次設(shè)備開展檢修作業(yè)時(shí)，隔離開關(guān)可在需要檢修的設(shè)備與其他帶電設(shè)備之間形成明顯的斷開點(diǎn)，確保檢修人員的作業(yè)安全，但是與斷路器有所不同，隔離開關(guān)無滅弧裝置，不能用于分合帶負(fù)荷的電路，如若出現(xiàn)帶負(fù)荷分合隔離開關(guān)的誤操作，會(huì)在觸頭間產(chǎn)生電弧，對(duì)電網(wǎng)及人身安全造成威脅，因此運(yùn)行人員進(jìn)行操作時(shí)，嚴(yán)禁對(duì)隔離開關(guān)進(jìn)行誤操作。

1 隔離開關(guān)防誤操作閉鎖模式

為避免電氣誤操作事件的發(fā)生，電網(wǎng)公司制定了各類規(guī)章制度規(guī)范運(yùn)行人員的行為，電力企業(yè)落實(shí)安全工作規(guī)程要求，運(yùn)行人員進(jìn)行一次設(shè)備停復(fù)電操作時(shí)，嚴(yán)禁帶負(fù)荷拉（合）隔離開關(guān)，嚴(yán)禁帶接地刀閘（接地線）合斷路器（隔離開關(guān)），嚴(yán)禁帶電合（掛）接地刀閘（接地線），嚴(yán)禁誤分（合）斷路器，嚴(yán)禁誤入帶電間隔。各生產(chǎn)廠家從設(shè)備自身考慮，設(shè)計(jì)閉鎖機(jī)制，確保運(yùn)行人員操作有誤時(shí)一次設(shè)備也能拒動(dòng)，防止誤操作事件的發(fā)生。

隔離開關(guān)、接地開關(guān)、斷路器的防誤操作措施主要有機(jī)械閉鎖、電動(dòng)形式隔離開關(guān)的電氣閉鎖、五防計(jì)算機(jī)配合五防鎖三種模式，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，微機(jī)防誤閉鎖系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用到了電力系統(tǒng)中。其中機(jī)械閉鎖主要通過一次設(shè)備之間用相互制約和聯(lián)動(dòng)的物理連接來達(dá)到先后動(dòng)作的閉鎖要求，電氣閉鎖則依賴于設(shè)備之間的電纜連接，通過二次接線方式實(shí)現(xiàn)，然而微機(jī)防誤閉鎖系統(tǒng)可模擬變電站一次設(shè)備實(shí)際位置，開展模擬操作，解決了原機(jī)械閉鎖和電氣閉鎖難以實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜操作閉鎖。

2 隔離開關(guān)誤操作原因分析

目前，110 kV及以上電壓等級(jí)變電站內(nèi)隔離開關(guān)機(jī)械閉鎖、電氣閉鎖、微機(jī)防誤閉鎖系統(tǒng)功能完好，運(yùn)行人員按照操作制度及各有關(guān)規(guī)章制度進(jìn)行操作，但誤操作的事件仍有發(fā)生。引起隔離開關(guān)誤操作的原因主要表現(xiàn)在人及設(shè)備兩個(gè)方面，以下主要分析人和設(shè)備存在的問題。

2.1 隔離開關(guān)電動(dòng)操作回路電路閉鎖

隔離開關(guān)電動(dòng)操作回路電路閉鎖原理是利用電纜二次接線采集隔離開關(guān)、接地開關(guān)、斷路器、線路電壓監(jiān)視繼電器輔助接點(diǎn)，把這些采集到的輔助接地以串聯(lián)的形式連接成一個(gè)閉鎖條件，將串聯(lián)好的電路設(shè)置在隔離開關(guān)的電動(dòng)控制回路中，采集各隔離開關(guān)、接地開關(guān)、斷路器、繼電器的輔助接點(diǎn)反應(yīng)的位置情況都滿足條件時(shí)閉鎖電路導(dǎo)通，相當(dāng)于隔離開關(guān)的控制電路導(dǎo)通，解鎖隔離開關(guān)操作電路閉鎖，當(dāng)采集各隔離開關(guān)、接地開關(guān)、斷路器、繼電器的輔助接點(diǎn)反應(yīng)的位置情況有一個(gè)不滿足條件時(shí)，其觸點(diǎn)打開斷開閉鎖回路，最終讓隔離開關(guān)的控制回路斷開，相當(dāng)于隔離開關(guān)的電動(dòng)操作回路被閉鎖，通過這種電路串聯(lián)的方式最終實(shí)現(xiàn)隔離開關(guān)電氣操作閉鎖。

顯而易見，這種方式存在著以下問題：當(dāng)接線松動(dòng)或接線錯(cuò)誤時(shí)，閉鎖功能會(huì)失效；修改閉鎖邏輯需更改二次接線，施工困難；一個(gè)元件受多元件閉鎖時(shí)需要敷設(shè)大量的控制電纜來實(shí)現(xiàn)閉鎖功能，二次回路將變得較為繁雜，不利于運(yùn)行維護(hù)，同時(shí)也埋下閉鎖功能失效的隱患。

2.2 五防計(jì)算機(jī)配合解碼鎖閉鎖方式

該方式原理為綜合自動(dòng)化五防計(jì)算機(jī)和后臺(tái)監(jiān)控計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信，由后臺(tái)監(jiān)控計(jì)算機(jī)將采集到的隔離開關(guān)位置、接地開關(guān)位置、斷路器位置信息發(fā)送給五防計(jì)算機(jī)編輯閉鎖邏輯，在五防計(jì)算器上實(shí)現(xiàn)一個(gè)電氣間隔的操作流程閉鎖，由運(yùn)行人員在五防計(jì)算機(jī)上進(jìn)行操作演練，其操作流程滿足五防計(jì)算機(jī)的操作流程邏輯時(shí)五防計(jì)算機(jī)將對(duì)應(yīng)的五防鎖碼傳遞到點(diǎn)解碼鑰匙上，最后由運(yùn)行人員使用解鎖鑰匙，可一定程度防止設(shè)備誤操作，但當(dāng)人為跳過五防裝置或接線錯(cuò)誤跳過閉鎖時(shí)，閉鎖功能失效。

2.3 機(jī)械閉鎖方式

該方式主要是在隔離開關(guān)接地開關(guān)機(jī)構(gòu)供體的情況下，當(dāng)隔離開關(guān)在合閘位置時(shí)，由隔離開關(guān)的機(jī)械限位裝置限制接地開關(guān)的機(jī)械傳動(dòng)桿，隔離開關(guān)在合閘位置時(shí)不能合接地開關(guān)的閉鎖，或者當(dāng)接地開關(guān)在合閘位置時(shí)，由接地開關(guān)的機(jī)械限位裝置限制隔離開關(guān)的機(jī)械傳動(dòng)桿，來實(shí)現(xiàn)接地開關(guān)合閘位置時(shí)不能合隔離開關(guān)的邏輯，這種閉鎖方式是以隔離開關(guān)及接地開關(guān)隔離開關(guān)機(jī)械閉鎖裝置起作用時(shí)由機(jī)械限位完成防止誤操作的邏輯，從原理上看，當(dāng)機(jī)械閉鎖起作用時(shí)，誤操已發(fā)生，防止誤操的行為由機(jī)械元件強(qiáng)行限位，此時(shí)機(jī)械防誤操裝置往往會(huì)損傷隔離開關(guān)或接地開關(guān)分合閘的傳動(dòng)軸，這種閉鎖方式其實(shí)伴隨著設(shè)備損壞的情況發(fā)生。

此外，隨著變電站設(shè)備逐漸智能化、數(shù)字化，傳統(tǒng)變電站內(nèi)的隔離開關(guān)在運(yùn)行中的弊端也逐漸顯示出來：每個(gè)間隔的閉鎖狀態(tài)需專業(yè)人員檢查一兩次設(shè)備才能明確，閉鎖狀態(tài)顯示不直觀，人機(jī)交互功能較差；隔離開關(guān)閉鎖信息由二次回路“硬”連接實(shí)現(xiàn)傳遞，但無法實(shí)現(xiàn)信息共享，不適用于智能變電站，隨著數(shù)字型智能變電站技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)實(shí)現(xiàn)隔離開關(guān)防止電氣誤操作的技術(shù)提出了新的要求。

3 隔離開關(guān)誤操作防范措施

為了避免隔離、接地隔離開關(guān)電氣防誤操，需控制電纜接線問題；簡(jiǎn)化閉鎖電路繁雜度，簡(jiǎn)化隔離、接地開關(guān)的電氣控制電路，提高設(shè)備維護(hù)工作的效率；直觀顯示受控隔離開關(guān)的閉鎖、解鎖、裝置狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)隔離開關(guān)防電氣誤操作狀態(tài)的可視化目的，需要提出一種新型的數(shù)字化可電動(dòng)操作的隔離開關(guān)電氣防誤操作的技術(shù)，該技術(shù)主要由數(shù)字化的智能閉鎖裝置實(shí)現(xiàn)。

3.1 智能閉鎖裝置

智能閉鎖裝置由電源、LED信號(hào)燈、開關(guān)量采集裝置、隔離開關(guān)智能閉鎖裝置、通信接口、調(diào)試接口組成。

電源模塊輸入為直流220 V輸入，輸出3 V直流電壓，通過接口電路為邏輯模塊、通信接口提供工作電源，輸出12 V直流電壓，通過接口電路供給開關(guān)量采集。

開關(guān)量采模塊由光電隔離元件配置信號(hào)處理電路組成，由外部隔離開關(guān)位置輔助接點(diǎn)控制光電隔離元件的發(fā)光，采集隔離開關(guān)位置的數(shù)字狀態(tài)，并通過接口電路把采集到的信息傳遞給邏輯判斷模塊進(jìn)行邏輯判斷。

通信接口是實(shí)現(xiàn)本就地裝置、其他就地裝置、圖形顯示單元的數(shù)據(jù)交換的通信接口，由具備光纖通信功能的收、發(fā)端口及信號(hào)轉(zhuǎn)換電路實(shí)現(xiàn)，收到其他裝置發(fā)送來的閉鎖信息后，通過接口電路傳遞給邏輯判斷模塊，同時(shí)通過接口電路接收邏輯判斷模塊傳遞來的閉鎖信息，通過發(fā)送端口向其他閉鎖裝置發(fā)送信息。

智能閉鎖裝置安裝于隔離開關(guān)機(jī)構(gòu)箱內(nèi)，LED燈由綠色運(yùn)行燈、黃色異常燈、紅色閉鎖燈、綠色解鎖燈組成，就地裝置正常時(shí)運(yùn)行點(diǎn)亮、異常燈熄滅，自檢故障時(shí)異常燈點(diǎn)亮，同時(shí)運(yùn)行燈熄滅、閉鎖燈點(diǎn)亮；智能閉鎖裝置由通信口及自身開關(guān)量采集到的信息量判斷受控隔離開關(guān)在被閉鎖狀態(tài)時(shí)閉鎖燈點(diǎn)亮、解鎖燈熄滅；判斷受控隔離開關(guān)無閉鎖時(shí)，閉鎖燈點(diǎn)熄滅、解鎖燈點(diǎn)亮，智能閉鎖裝置設(shè)有通信接口，用于傳遞信息，調(diào)試接口用于調(diào)試計(jì)算機(jī)調(diào)取裝置狀態(tài)，將閉鎖邏輯導(dǎo)入裝置內(nèi)。

智能閉鎖裝置需解決現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行人員遇到的種種實(shí)際問題，同時(shí)能直觀顯示隔離開關(guān)的閉鎖狀態(tài)，以便運(yùn)行人員實(shí)時(shí)掌握操作過程中的各電氣設(shè)備狀態(tài)。隨著智能電網(wǎng)的日漸發(fā)展，人們?cè)絹碓疥P(guān)注各類電氣設(shè)備之間的信息共享，這就要求該裝置具有組網(wǎng)能力以適應(yīng)智能電網(wǎng)的發(fā)展需求。綜合上述情況，設(shè)計(jì)了一種新型的隔離開關(guān)智能閉鎖裝置，裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 隔離開關(guān)智能閉鎖裝置結(jié)構(gòu)圖

該裝置主要由6部分組成，分別為：①電源模塊，采用220 V直流電源供電；②信號(hào)模塊，由于裝置需長(zhǎng)期在戶外運(yùn)行，環(huán)境較為惡劣，未設(shè)計(jì)液晶顯示屏，避免因液晶顯示屏故障而增加檢修成本，而是直接點(diǎn)亮LED燈進(jìn)行正?；蚋婢甘?，當(dāng)收不到采集裝置的信息時(shí)應(yīng)告警輸出；③通信模塊，閉鎖裝置使用光纖網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)在各裝置之間進(jìn)行閉鎖信息的傳輸；④調(diào)試接口，就地裝置設(shè)置調(diào)試口，用于閉鎖程序的寫入、讀??；⑤功能模塊，就地裝置采集閉鎖信息進(jìn)行邏輯判斷后，輸出邏輯判斷結(jié)果于被閉鎖元件的電氣操作回路中，以實(shí)現(xiàn)閉鎖功能，基于設(shè)備安全運(yùn)行角度考慮當(dāng)就地裝置失效時(shí)應(yīng)告警、輸出閉鎖量防止隔離開關(guān)因閉鎖裝置誤動(dòng)；⑥開入模塊，就地裝置設(shè)置開關(guān)量采集功能，采集到的信息數(shù)字化后由網(wǎng)絡(luò)傳遞給需要數(shù)據(jù)的設(shè)備。

3.2 裝置功能實(shí)現(xiàn)

設(shè)計(jì)好隔離開關(guān)智能閉鎖裝置硬件后，研制上位管理機(jī)用于連接就地閉鎖裝置，實(shí)現(xiàn)在管理機(jī)上可讀取閉鎖裝置狀態(tài)，同時(shí)可制定就地裝置的閉鎖邏輯，并將邏輯下裝至就地閉鎖機(jī)中；當(dāng)閉鎖邏輯下裝至就地閉鎖機(jī)后，上位管理機(jī)可離線。

按照選定主接線方式選擇線路間隔進(jìn)行隔離刀閘防止誤操作的邏輯編寫，將閉鎖邏輯寫入就地裝置，進(jìn)行邏輯正確性驗(yàn)證，驗(yàn)證無誤后調(diào)試各閉鎖裝置、上位機(jī)組網(wǎng)，以滿足現(xiàn)場(chǎng)操作要求，這種方式解決了傳統(tǒng)閉鎖功能依賴二次接線程度高的缺點(diǎn)，閉鎖邏輯依據(jù)實(shí)際主接線方式實(shí)時(shí)制定，裝置簡(jiǎn)單可靠、安全性高。

此外，閉鎖信息通過數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)傳輸，為信息共享提供方便，解決了傳統(tǒng)二次接線閉鎖方式不適用于數(shù)字化智能變電站的問題，同時(shí)采用裝置失效后輸出閉鎖條件設(shè)計(jì)原理，保證裝置失效后防止隔離開關(guān)誤動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)，保證設(shè)備安全運(yùn)行，提高了電網(wǎng)設(shè)備的安全防控水平。

4 結(jié)語

變電站有電動(dòng)操作的隔離開關(guān)，均可使用本裝置實(shí)現(xiàn)閉鎖功能，同時(shí)可推廣至電動(dòng)操作的接地開關(guān)使用，新裝置簡(jiǎn)化了一次設(shè)備防止電氣誤操作閉鎖回路的繁雜度，維護(hù)工作簡(jiǎn)單，提高了設(shè)備維護(hù)工作的效率；此外，新裝置閉鎖功能由程序?qū)崿F(xiàn)，避免了因?yàn)槎谓泳€不牢固造成的閉鎖失效，提高了設(shè)備的安全性能。隨著智能變電站數(shù)量的增加，應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)實(shí)現(xiàn)電氣閉鎖功能，為變電站數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供了設(shè)備及技術(shù)支持。