變電站防誤閉鎖裝置的功能及應用

趙旭峰，朱學勇

（鎮江供電公司，江蘇 鎮江 212001）

變電所的誤操作事故是危害極大的責任事故，國家電網公司、省公司以及基層供電公司一直把此類事故列為必須杜絕的事故。在分析每年電力系統發生的幾起電力生產重大設備事故和造成人員重傷的情況后，可以發現設備的防誤功能存在缺陷，不能起到防誤作用是導致發生事故的主要原因之一。按照圍家電網公司《防止電氣誤操作裝置管理規定》，凡有可能引起事故的一次電氣設備，均應裝設防誤裝置。如何有效應用電氣設備的防誤閉鎖裝置，以防此類事故不再重演的課題亟待探討。

1 防誤閉鎖裝置的功能及使用技術

1.1 五防功能的實現方法和特點

目前變電站里對于手動操作的低電壓開關設備，一般采用機械方式達到機械聯鎖；電動操作的開關設備通過斷路器輔助轉換開關中的輔助接點按照一定的邏輯關系接入控制回路，以實現操作互鎖。閉鎖裝置主要有以下5類。

（1）機械閉鎖。機械閉鎖是靠隔離開關、接地閘刀操作機構的機械結構相互制約，從而達到相互聯鎖的閉鎖方式。其特點是閉鎖可靠，不易發生誤操作；這種閉鎖實現的前提是隔離開關和對應的接地閘刀為一體化設備，如果要實現隔離開關和其他設備的隔離開關或接地閘刀的閉鎖就非常困難。若要實現，一般采用電氣閉鎖或其他跨間隔的閉鎖。

（2）電磁閉鎖。電磁閉鎖是利用斷路器、隔離開關、斷路器柜門等的輔助接點，接通或斷開需閉鎖的隔離開關、斷路器柜門等電磁鎖電源，使其操作機構無法動作，從而實現開關設備之間的相互閉鎖。這種閉鎖裝置原理簡單，實現便捷，非同一體的開關設備之間就可實現閉鎖；它在干燥的環境下運行比較可靠。但受我們的國情所限，大多安裝在35 kV及以下室內設備上。在使用中由于輔助切換開關種種原因不能正常切換，以及電磁鎖不能滿足密封要求而容易受潮銹蝕，使電磁閉鎖在實際操作常常碰到銹蝕、失靈等機械故障，影響其正常使用，造成操作上的隱患。因此對室外高壓開關設備要實現防誤閉鎖大多采用電氣邏輯閉鎖。

（3）電氣邏輯閉鎖。電氣回路邏輯閉鎖是利用斷路器、隔離開關等設備的位置輔助接點接入需閉鎖的隔離開關或接地閘刀等電動操作回路上，從而實現開關設備之間的相互閉鎖。特點是二次回路復雜，安裝、維護工作量大，經常需要檢修的同志協助或配合操作，以便及時消除閉鎖失靈。實現的基本條件是操作機構的電動操作回路串接相應隔離開關、接地閘刀及斷路器的位置輔助接點。目前110 kV及以上的室外隔離開關設備大多采用此類閉鎖裝置，但實際運行情況離理想目標差距太大，主要因素是設備位置輔助切換開關密封不好、銹蝕和切換不到位等。

（4）微機防誤閉鎖。微機五防系統通過軟件將現場大量的二次閉鎖回路變為電腦中的五防閉鎖規則庫，實現了防誤閉鎖的數字化。它主要由主計算機、電腦鑰匙、電氣編碼鎖、機械編碼鎖等功能元件組成。微機防誤閉鎖系統是將斷路器、隔離開關、接地閘刀（接地線）、斷路器柜門的輔助接點（或結合一次主接線模擬圖板），通過微機編碼鎖具來實現閉鎖。

與傳統電氣五防相比，微機五防具有以下優點。

（1）微機五防系統一般不直接采用現場設備的輔助接點，接線簡單，通過五防系統微機軟件規則庫和現場編碼鎖具實現防誤閉鎖。

（2）微機五防系統可根據現場實際情況，編寫相應的“五防”規則，可以實現較為完整的“五防”功能。缺點是在微機系統故障而解除閉鎖時，五防功能完全失去。另外，微機五防系統還存在“走空程”導致誤操作的問題。

缺點是在微機系統故障而解除閉鎖時，五防功能完全失去。另外，微機五防系統還存在“走空程”導致誤操作的問題。

微機五防系統主要操作過程是先在微機模擬屏上模擬操作，并將操作過程用編碼保存至電腦鑰匙，然后按照操作票內容依次對電編碼鎖和機械編碼鎖進行解鎖操作，也即對運行人員進行的實際操作進行監控，在操作過程中，電腦鑰匙給出操作提示，運行人員應按照電腦鑰匙的提示逐步地進行正確的操作，若運行人員的實際操作與電腦鑰匙的提示不符，電腦鑰匙將發出報警并強制閉鎖，從而有效地避免了誤操作事故的發生（圖1）。

微機防誤閉鎖引入了數字化的概念，具有一定的防誤效果。但其在使用過程中易出現操作繁瑣、速度慢和編碼鎖在污穢嚴重的地區，亦會發生銹蝕、卡澀，影響正常操作等不足制約了它的使用與推廣。

圖1 微機五防系統操作流程

（5）邏輯閉鎖。邏輯閉鎖系統是通過設備I/O測控單元對斷路器、隔離開關、接地閘刀等設備的位置輔助接點進行采樣，并通過A/D變換轉換為數字量并進行邏輯判斷，實現對現場一次設備的防誤閉鎖（圖2）。它包括單元測控裝置的邏輯閉鎖以及站控監控系統的后臺機邏輯閉鎖，后者通過后臺監控軟件對前者上傳的設備位置的遙信量（數字量）進行再次邏輯判斷，得出“允許”或“禁止”兩個結論。兩者上下級串聯，從而實現在監控系統對現場一次設備遠控操作（即站內SCADA控制）的兩級邏輯防誤閉鎖（圖3）。

監控后臺機系統遠程控制現場設備的主要流程為I/O測控裝置采樣現場設備的位置狀態，進行邏輯判斷的同時上傳狀態信號至監控后臺機，當現場設備狀態滿足邏輯閉鎖條件，I/O測控裝置和監控后臺軟件的邏輯均判斷為允許時，監控系統滿足遠控現場設備的要求，此時，當監控系統發出操作指令后，經I/O測控裝置傳輸至現場設備的操作機構箱，完成對設備的遠控。反之，當現場設備狀態不滿足邏輯閉鎖條件時，監控系統閉鎖操作，達到防誤的目的（圖3紅色所示）。

在防非同期方面，I/O測控裝置將斷路器兩側電壓作為同期檢測點，其同期檢測部件檢測來自斷路器兩側的母線CVT及線路CVT輸入電壓的幅度、相角及頻率的瞬時值，實行自動同期捕捉合閘。同時裝置還設置有同期投退切換開關，在特殊運行方式下靈活切換，滿足各種運方要求。

圖3 邏輯防誤系統流程圖

可以看出邏輯閉鎖既有電氣閉鎖的位置接點采樣，又有微機防誤的數字化編程，是兩者在現代數字化技術下有機結合的產物，實現了真正意義上的數字化邏輯防誤閉鎖，其主要特點為信號傳輸容量大、判斷速度快、安全可靠。目前新投運220 kV及以上變電所普遍開始應用此類防誤閉鎖，常見的有RD800系統及南瑞中德的NSC-300UX監控系統。

1.2 防誤閉鎖裝置的應用

隨著計算機及網絡通信技術的發展，變電所自動化技術對電氣五防系統的要求進一步提高，傳統電氣防誤閉鎖方式已不能滿足要求，而作為變電所自動化運用發展方向的邏輯防誤系統則擁有更完善的防誤要求。為防止測控裝置邏輯判斷失誤等情況的發生，在大力推廣應用邏輯防誤系統的同時，保留設備間隔的電氣閉鎖回路或將五防系統接點引入到電動操作回路中，應該是比較有效的防誤閉鎖措施。新投運的鎮江上黨500 kV開關站的防誤閉鎖裝置就是主要采用邏輯閉鎖和電氣閉鎖相結合的方式。以操作一臺500 kV隔離開關為例，整個防誤閉鎖共有4層，依次為：監控后臺機邏輯閉鎖、測控單元邏輯閉鎖、電氣閉鎖、隔離開關和接地閘刀機械閉鎖（一體化設備）。

如圖4所示，電氣閉鎖和測控單元邏輯閉鎖在隔離開關的控制回路上前后串聯，達到雙重閉鎖的目的。正常操作情況下，遠控操作需要滿足這4層閉鎖條件才能完成，誤操作的概率大大降低。當然，如此多層次的閉鎖必然會牽涉到一個解鎖比較復雜的問題。在實際應用中，由于4層閉鎖的操作優先級依次為站控層遙控操作→I/0測控屏操作→就地電動操作→就地手搖操作，后一級操作閉鎖前一級。在其中一層閉鎖發生故障時，可以通過解鎖或者到下一

層就地操作來完成。具體分為以下幾類情況。

（1）監控后臺機故障，即監控邏輯閉鎖判斷出現異常，此時在監控系統上已經無法完成遠控操作。一般采取在I/O測控單元就地操作來完成。此時，除了監控后臺機邏輯閉鎖外，其他閉鎖裝置正常介入。

（2）I/O測控裝置故障，由于監控后臺機邏輯閉鎖的采樣由I/O測控裝置上傳，其邏輯判斷同樣會出現異常。為安全起見，一般考慮將I/O裝置解鎖，強制將控制回路的測控單元接點閉合（圖3 I/O測控柜中的“閉鎖”接點），完成控制回路的通暢，并在現場操作箱內就地電動操作。

（3）電氣回路閉鎖故障，此時電氣閉鎖回路中的位置輔助接點異常，在檢查測控單元采樣無異常后，通過解鎖電氣閉鎖回路（圖3中的“解鎖”接點短接電氣閉鎖回路）。可以在監控系統遠控操作或I/O測控裝置上就地操作，具體方法參照變電所現場規程。

（4）在特殊操作條件下的解鎖，如斷路器分合閘被閉鎖，需要解鎖拉開兩側隔離開關來隔離故障斷路器等，由于電氣閉鎖和測控單元邏輯閉鎖的前后串聯，其閉鎖回路也是雙重性的，需要將電氣回路和測控單元邏輯閉鎖同時解鎖，而此時，監控邏輯閉鎖系統由軟件對設備位置的遙信量進行判斷仍處于閉鎖狀態，所以一般采用在I/O測控裝置上就地操作來完成此類特殊運方的操作。

從以上幾類情況可以看出，采用分層的立體式防誤閉鎖系統對保障設備的安全運行、減少誤操作的可能性是切實有效的。當然鑒于其雙重化的閉鎖回路具有一定的復雜性，也對運行人員熟悉相關閉鎖回路的程度提出了更高的要求。

2 防誤操作的管理措施

（1）認真貫徹執行《華東電網防止電氣誤操作安全管理規定》，結合實際制定本企業的實施細則，并嚴格執行。

（2）加大對一線員工的培訓力度，使他們熟練掌握職責范圍內的設備(包括防誤裝置)的現場布置、系統聯系、結構原理、性能作用、操作程序。

（3）運行人員在操作前應認真填寫、審核操作票，嚴格按照“六要八步”來執行操作；操作中出現異常時，嚴禁在未查明原因前進行強分、強合操作。在解鎖操作中，必須確認是閉鎖裝置故障并在得到站長或上級領導的許可后，方可解鎖操作，并做好解鎖記錄，記錄解鎖的原因、時間、申請人及同意人，履行解鎖使用手續。

（4）加強防誤裝置的管理。明確防誤專責人，建立防誤裝置臺帳，制定電氣防誤閉鎖裝置的運行規程和檢修制度。明確運行人員巡回檢查要把防誤裝置作為檢查項目，防誤裝置的檢修試驗應列入相應設備的檢修項目，對存在的問題要立即整改，保證防誤裝置安裝率、完好率、投入率100%。

（5）現場設備都應按國電公司的安全設施規范化要求，有明顯、清晰的名稱、編號及色標。電動刀閘操作箱亦應納入規范化管理，電動按鈕應使用雙重名稱，電動按鈕應有防誤碰措施，操作后應及時斷開操作電源，刀閘操作電源必須有獨立的控制開關。

（6）對于新建工程，五防閉鎖裝置要與主設備同時設計、同時施工、同時驗收、同時投入運行，功能上必需滿足五防要求。

3 結束語

隨著電力系統的容量增加，電壓等級的不斷提高，電站綜合自動化系統得到應用與推廣，電氣設備遠控操作逐步全面普及，數字式邏輯防誤閉鎖應運而生，通過與現有成熟的防誤閉鎖裝置的有效結合，將大大提高變電站運行設備操作的靈活性、可靠性。

[1]江蘇省電力公司.500 kV變電所通用運行規程[S].2006.

[2]陳玉順.電氣二次防誤閉鎖與微機防誤閉鎖共同運行的必要性[J].農村電氣化，2005(9)：23-25.

[3]江蘇省電力公司.防止電氣誤操作裝置管理規定[S].2003.