基于安風思想的高壓室綜合應急處置方法研究及應用

云南電網有限責任公司玉溪供電局 楊永旭 鄭果 皇劍 張琦 顏紅得

1 技術背景

35kV、10kV 不接地系統發生單相接地時允許運行2h，若接地點在開關柜內，人員易受跨步電壓觸電，同時接地相電壓降低，非接地相電壓升高，極易造成電纜頭等部位絕緣擊穿而發展為兩相接地，嚴重的甚至發生開關柜爆炸，對人身安全威脅極大。現行處置方式存在以下問題。

第一，中低壓不接地系統發生單相接地概率高。按照《南網安規》要求，高壓設備接地故障時，室內不得接近故障點4m 以內，室外不得接近故障點8m以內。進入上述范圍的人員應穿絕緣靴，接觸設備的外殼和構架應戴絕緣手套。云南地處高原，線路通道復雜，跨越森林較多，接地發生概率較高，現場處置雖有相關規定，但尚無能夠指導監測現場工作人員的具體措施。

第二，單相接地現場處置流程系統性不足。發生接地后，監控中心通過電壓變化判斷發生接地，根據負荷情況和線路布置情況依次進行拉路，如果小電流接地選線裝置有相應報文的則優先拉開選出的線路。值班人員查看變電站出入站記錄，電話通知現場，現行的處置流程對于現場作業人員的關注度不夠。

第三，不接地系統保護有一定空檔期。加裝不接地系統保護裝置，能夠在單相接地時選擇性地切除故障，主要分為小電流接地裝置和消弧線圈控制裝置兩個方向[1]。其中，小電流接地選線裝置選線和出口正確率不高，并且按照定值整定原則，選線跳閘后接地不消除到輪切母線，需要延時。消弧線圈控制裝置通過在單相接地時將小電阻投入運行，使不接地系統變成臨時接地系統，產生零序故障電流，通過線路保護動作切除故障，但這一過程也需要一定的延時。總之，目前不接地系統保護加裝縮短了接地時間，但仍有一定空檔期。

第四，接地運行期間開關柜爆炸風險高。一是絕緣薄弱點擊穿風險高，接地持續期間接地相電壓降低，非接地相電壓升高，極易造成電纜頭等部位絕緣擊穿而發展為兩相接地，嚴重的甚至發生開關柜爆炸，對人身安全威脅極大。二是電壓互感器易爆炸，不接地系統電壓互感器常采用星形接線方式，電壓互感器的一次繞組是電網對地唯一的金屬性通道。發生故障時，電網對地電容通過電壓互感器一次繞組充放電，這一瞬間容易造成電壓互感器炸裂甚至爆炸，使周圍工作的人員暴露在危險的環境中。

第五，目前的接地信號上送方式不利于現場作業人員快速撤離。如今的變電站基本實現了“無人值班＋集中監控”模式，現場發生接地后，接地信號通過綜合自動化系統發送至監控中心，反而正在接地點周圍工作的人員并不能第一時間得知接地信息，存在信息傳遞的時間差。容易受跨步電壓觸電或暴露在開關柜爆炸風險中。

第六，安風體系思想在現場執行不足。安全生產風險管理體系明確要求，由于設備缺陷或者故障造成作業環境中不安全因素“弧光、火災、SF6氣體泄漏、跨步電壓”，會對作業人員造成人身傷害風險[2]。安風體系第九單元中要求對場所通風、照明與能見度、消防管理等作業現場危害因素的風險進行識別和控制，確保生產、工作等環境場所的整潔、規范、安全健康和有序，防止人員傷害和財產損失。

2 研究情況

從事故發展過程來看，接地發生到絕緣擊穿有一定的時間差，若能第一時間獲知接地信息并響應，現場作業人員完全有時間撤離。為了規范不接地系統的單相接地現場處置方式、保障現場作業人員人身安全，開展基于安風思想的高壓室綜合應急處置方法研究及應用勢在必行。

安全綜合預警系統結構如圖1所示。系統包括判斷模塊、信息處理模塊、告警模塊和處置模塊。其中，判斷模塊主要用于檢測電力生產場所發生母線接地、SF6氣體泄漏、火災等預警動作，信息處理模塊負責分析和處理信號，并將信號發送至告警模塊和處置模塊。告警模塊收到告警信號后，啟動聲光及發出遙信報警；處置模塊收到告警信號后，啟動門禁系統檢測和應急系統。各個模塊相互聯動，組成一套從異常信息采集、處理、告警到處置的綜合系統，能通過現代技術手段指導現場接地處置，確保人身安全。

圖1 安全綜合預警系統結構

判斷模塊。采用“現有＋新增”方式，能夠綜合反映高壓室內的接地、弧光、火災、SF6氣體泄漏等危及人身安全的告警，包括保護裝置、環境和采樣判斷三種功能。保護裝置包括小電流接地選線裝置、消弧線圈控制裝置、弧光保護裝置，通過小電流接地選線裝置或消弧線圈控制裝置的接地告警信號接點，判斷母線發生接地。通過弧光保護的動作信號接點，判斷高壓柜內發生弧光短路。環境判斷包括火災報警檢測、SF6氣體泄漏、SF6氣體濃度高告警，通過布置煙霧探測器，判斷生產場所發生火災。通過斷路器SF6密度繼電器的氣體泄漏接點，判斷SF6氣體發生泄漏，通過SF6氣體濃度檢測傳感器，判斷SF6氣體濃度過高。采樣判斷模塊包括母線開口電壓檢測模塊和跨步電壓檢測模塊，通過外接母線開口電壓采樣數據，預先設置定值，通過開口電壓升高判斷母線發生接地。通過在高壓室布置跨步電壓感應器，當產生跨步電壓時判斷發生接地。

信息處理模塊包括綜合分析、聯動、人員檢測模塊。綜合分析模塊負責收集處理保護裝置、環境判斷和采樣判斷提供的報警信號，各個判斷模塊接點采樣按“或”邏輯處理。聯動模塊負責在報警信號發生時，啟動告警模塊和處置模塊。人員檢測模塊通過紅外感應，判斷生產場所是否有工作人員，可根據人員進出情況相應地響應。

告警模塊包括聲光報警和遙信報警模塊。聲光報警模塊收到信息處理模塊異常信息后立即啟動聲光報警，提醒工作人員立即離開現場。遙信報警模塊負責在收到異常信息后，提供硬接點，通過變電站綜合自動化系統向遠方發信。

處置模塊包括門禁系統、告警計時系統和應急安全工器具管理模塊。門禁系統具備人員進出管控、安全工器具檢測和開啟泄壓通道功能。發生異常時按“只出不進”原則閉鎖出入口，控制外部人員進入工作場所。確需進入的人員應該穿戴站內配置的絕緣靴和絕緣手套等安全工器具，并通過門禁系統的安全工器具檢測模塊，才能打開門禁系統進入工作場所。門禁系統泄壓通道功能是當發生報警后，將門窗預置的玻璃板打開，僅保留鐵紗絲網門窗，若生產場所室內發生短路，為柜內爆炸提供泄壓通道。告警計時系統安裝在室內墻上醒目位置，具備接地計時和語音通報功能，當發生接地燈告警時，開始計時，工作人員可直觀獲取接地時間信息，計時后每隔5min 語音播報1 次，計時超過2h，變化為更緊促聲音提示。應急安全工器具管理模塊以柜子的形式布置在門口和通道靠墻處，柜內配置兩套絕緣工器具和絕緣手套，柜門平時自動落鎖，發生告警時，自動打開柜門，方便現場人員取用。

安全綜合預警系統布置位置如圖2所示。

圖2 安全綜合預警系統布置位置

該系統是一個完整的現場風險管控系統，本著基于風險、預先控制和系統性的原則，將各個模塊功能組裝成一個集中裝置，信息處理模塊可安裝在保護屏柜內或打孔安裝在墻上，保護裝置告警采集判斷、環境判斷等通過連接點接入無線通信模塊，通過無線信號傳輸至信息處理模塊。處理完成后，聯動、告警、處置模塊同樣采用無線信號傳輸信息。

3 問題解決情況

本系統采用就地布置告警方式，信號發生方式與現有的綜自系統并行，互不干擾，一旦發生異常信號，立即告警提醒現場作業人員立即離開，縮短現場作業人員暴露在高風險中的時間，從根本上解決異常處置對現場作業人員關注不足以及信號上送方式不利于現場作業人員快速撤離的問題。

考慮到密閉空間和開闊空間爆炸的破壞力不同，率先設計接地報警立即開啟的泄壓門窗，將高壓室密閉空間臨時變為開闊空間，降低高壓柜爆炸的破壞力，在一定程度上解決高壓柜爆炸破壞力超大的問題。

4 實施效果

第一，縮短作業人員暴露在風險中的時間。按照原有處置方式，調度人員電話通知現場人員，至少需要花費3min。該項目能夠第一時間發出聲光報警，提醒工作人員撤離到安全區域，現場人員獲取接地信息并安全撤離耗時約20s，風險響應效率提升了9倍。

第二，改善高壓場所的安全管理模式。除了第一時間在現場告警提醒人員快速離開之外，成果具備的人員進出管控，門窗泄壓通道快速開啟，接地倒計時等功能，可以全方面管控作業人員的行為活動，保障人身安全，同時通過系統的布置和實施，改善現場的安全管控模式。

第三，整合關鍵信號的發生及處置方式。變電站生產場所可以發送的異常信號數以千計，但是會危及現場作業人員人身安全的信號不多，通過整合現場關鍵信號，抓住重點信號，針對確實有可能危及人身安全的信號及時反應。

5 結語

該成果解決了現行接地預警不及時等問題，彌補現場作業安全管控的不足，推進變電站風險管理系統化和實用化的發展，有助于南網安規在作業現場的實施，彌補安全生產的不足與短板。該系統具有安裝簡單、使用方便、投資少、回報高等特點，有極高推廣價值。