110 kV變電站防誤設計探討

朱英杰，潘朝文

（南京電力工程設計有限公司，江蘇南京210013）

近年來，隨著自動化技術的發展和應用，新建110 kV變電站基本采用綜合自動化控制，程序化操作、數字化變電站也開始涌現，老變電站基本上都已完成無人值班改造，隨之而來的對傳統運行值班方式的變革，對防誤裝置提出了更高的要求，因此，變電站防誤設計應充分考慮如何適應新的運行方式，提高防誤水平。

1 幾種五防裝置比較

常規防誤閉鎖方式有：機械程序鎖、電氣閉鎖、微機防誤閉鎖、“邏輯閉鎖＋電氣閉鎖”。這些閉鎖方式經過了多年的使用和運行考驗，優缺點均已充分顯示。

1.1 機械程序掛鎖

機械程序鎖操作邏輯由廠家和運行單位在鎖具安裝前共同制定，現場操作必須嚴格按照此邏輯進行操作，很不靈活，部分主接線不能適用；程序掛鎖是按間隔進行配置的，每個間隔的隔離開關、接地刀閘、網門掛鎖都是惟一的，按一個變電站20個間隔，每個間隔5把鎖，備用鑰匙箱內就要放100把鑰匙，非常不利于管理。機械程序鎖還有無法防止誤拉斷路器、維護工作量大等缺點。

1.2 電氣閉鎖

電氣閉鎖是指通過二次電纜將有關斷路器、隔離開關等設備的位置串入有關設備控制回路，來實現“五防”功能的一種技術。電氣閉鎖是電力系統發展過程中經過不斷完善和總結而發展起來的一套行之有效的防誤閉鎖方法，實現起來方便、可靠[3]。對于檢修人員的誤操作(無票操作、誤碰設備等)，其他形式的防誤閉鎖可能失去作用，電氣閉鎖就成了最后一道防線[3]。不管以后運行操作模式如何改變，遠方操作、就地操作最終都要通過設備的控制回路。

雖然有以上優點，但電氣閉鎖需要敷設大量的二次電纜，對于戶外非GIS變電站，要全部通過電氣閉鎖實現，投資較大；電氣閉鎖一般只能防止斷路器、隔離開關和接地刀閘的誤操作，對誤入帶電間隔、接地線的掛接(拆除)等則無能為力，對于雙母線、主變三側的防誤實現較為困難，不能實現完整的“五防”功能。另外，因一次設備質量較差，隔離開關輔助接點不到位而影響操作的故障時有發生[4]。

1.3 微機五防

微機五防系統主要由主機、電腦鑰匙、編碼鎖、模擬屏等功能元件組成。微機五防系統中預存一次接線圖和所有一次設備的操作規則，當運行人員在計算機上模擬預演時，計算機將對每一步操作進行判斷，符合“五防”原則則通過，違反“五防”原則則拒絕執行。預演結束后，計算機將正確的操作票內容通過五防主機傳送到電腦鑰匙中，運行人員持電腦鑰匙到現場操作[5]。

微機五防系統可根據現場實際情況，編寫相應的“五防”規則，有很強的靈活性；其最大的一個優點是可以給臨時接地點加裝編碼鎖，能控制臨時接地線。

獨立的微機防誤系統，對五防主機的依賴性較強，現場設備的“五防”規則全部裝在五防主機中，一旦主機出現故障，全站的五防功能全部失去。微機五防系統還存在“走空程”問題，現場用電腦鑰匙解鎖過程中經常會發生鎖沒有打開，而電腦鑰匙的程序卻已經走到了下一步的情況，此時只能靠強制解鎖，實質上“五防”已經形同虛設[3]。重要的是微機五防仍然是落后的離線式防誤系統，無法滿足變電站無人值班后的安全需求，與變電站綜合自動化技術的發展方向相悖。

1.4 邏輯閉鎖＋電氣閉鎖

“邏輯閉鎖＋電氣閉鎖”方式是指利用變電站綜合自動化系統所提供的強大硬件、軟件環境以及數據信息，斷路器、隔離開關位置及相應的模擬量信息等采集到監控系統中，通過軟件將現場大量的二次閉鎖回路和操作行為變為電腦中的“五防”閉鎖規則庫，間隔間的閉鎖由測控裝置的邏輯閉鎖條件實現，間隔內的閉鎖由電氣閉鎖實現。

這種閉鎖方式結合了微機五防和電氣閉鎖的優點，在解鎖操作時僅對本間隔設備解除操作閉鎖，大大簡化了二次回路接線，實現了防誤閉鎖的數字化，以及以往不能實現或者是很難實現的防誤功能，可以實現比較完整、可靠的防誤閉鎖[6]，應該說是防誤閉鎖技術的飛躍。

紫椴(Tilia amurensis Rupr.)是椴樹科(Tiliaceae)椴樹屬高大落闊葉喬木。紫椴分布于我國東北、華北地區，是長白山區域重要的用材樹種，被《國家重點保護野生植物名錄(第一批)》定為國家二級重點保護植物[1-3]。紫椴樹冠大而優美，樹齡長，抗煙、抗毒性強，秋季葉黃，是世界四大闊葉行道樹之一。紫椴木材紋理致密，色白質輕富有彈性，不翹裂容易加工，是建筑、家具、雕刻等行業的重要用材。關于紫椴的研究，多集中在紫椴形態及分類學、生態及地理學以及育種造林學等方面[4-8]。

其缺點是對相關一次設備提出了更高的要求，“邏輯閉鎖+電氣閉鎖”方式非常依賴于對一次設備狀態的正確識別，如果狀態不正確，就不能正確操作。一旦采用“邏輯閉鎖+電氣閉鎖”的變電站出現不能遠方操作，運行人員要聯系一次設備的檢修人員進行處理，如果故障不在一次設備上，還要聯系調度自動化班來處理，處理流程過于繁雜，直接延誤了有效工作時間，影響了供電可靠性。據了解，采用該種設計思想的變電站的類似故障時有發生，由于調度要立即操作，實際上不得已現場大多采用解鎖操作，客觀上增加了不安全的幾率。

2 110 kV變電站五防設計

從以上的分析和比較可知，每一種閉鎖方式都有其優點和局限性，變電站防誤設計應根據變電站的具體情況，合理配置，以適應變電站運行管理方式為準則，并遵循“技術先進、運行安全可靠、操作簡單、維護方便、價格合理”的原則實施。

2.1 新建變電站

根據江蘇省電力公司 《變電站防誤操作技術規定.蘇電生〔2008〕631 號》規定，新建的 110 kV 變電站采用 “邏輯閉鎖+電氣閉鎖”來實現防誤操作功能，不再設置獨立的微機防誤系統。新建的110 kV變電站，采用綜自模式設計，所有斷路器、隔離開關的狀態量全部以實遙信量上送到計算機監控系統內，為計算機監控系統進行分析、判斷設備是否具備操作條件提供了可能；設備的性能較好，輔助接點在多粉塵、潮濕及腐蝕性環境中也能保證良好的通斷性能，采用“邏輯閉鎖＋電氣閉鎖”是比較適用的。以隔離開關為例，其典型操作原理如圖1所示，圖中LD為遠近控切換開關，PC和PO為近控操作按鈕，L為手搖操作電磁鎖（隔離開關自帶，廠家配套的手搖孔閉鎖）。

圖1 隔離開關閉鎖回路示意圖

應用“邏輯閉鎖+電氣閉鎖”需注意以下幾點：

（1）計算機監控系統應具有完善的全站性邏輯閉鎖功能。除判別本間隔電氣回路的閉鎖條件外，還必須對其他跨間隔的相關閉鎖條件進行判別。接入計算機監控系統進行防誤判別的斷路器、隔離開關及接地刀閘等一次設備位置信號應采用常開、常閉雙位置接入校驗。

（2）應將臨時接地點納入防誤系統。目前很多綜合自動化系統的防誤沒有考慮臨時接地裝置，許多人也是基于這一點強調要用獨立的微機防誤系統。例如，目前大部分新上的10 kV開關柜中主變開關柜沒有主變側接地刀閘，現場一般在主變本體和10 kV穿墻套管間臨時設置了一個接地點，由于臨時設置的接地點無法閉鎖高、中壓側主變隔離開關，臨時地線的裝設同樣也無法受高、中壓側主變隔離開關位置閉鎖。因此，應用“邏輯閉鎖+電氣閉鎖”需將臨時接地點實時狀態上傳監控系統，并列入防誤閉鎖邏輯判別。

（3）應將模擬量判別納入防誤閉鎖條件。加入模擬量判別使監控系統判斷更可靠，操作更安全。主要有下列方面：①操作隔離開關時除判斷相應的斷路器、接地閘刀拉開外，還必須判斷本回路電流互感器（TA）二次無電流，其判斷電流的整定值超過采樣零漂即可。如果操作隔離開關時，斷路器絕緣拉桿已拉斷，盡管機械指示分開、輔助接點到位，但實際上斷開未分開。若不加模擬量判別，已經能繼續操作下去了，就會發生帶負荷拉隔離開關，若加了電流判別，就可以禁止操作；②雙母線停役一條母線前拉母聯斷路器時應判斷其TA無電流，防止還有元件遺漏在停役母線上沒有倒過來；③母線接地刀閘的操作應判別電壓互感器（TV）二次無電；④出線接地刀閘的閉鎖條件中加入本線路無電判據。出線側有TV的線路，出線接地刀閘操作應有TV次級無電的閉鎖，不需再裝設帶電顯示器；出線側無TV時，宜裝設帶電顯示器，出線有電時帶電顯示器應有接點動作閉鎖接地刀閘操作。

2.2 改造變電站

原有采用微機五防的變電站，如果一次設備具備條件，則可以對全站進行綜合自動化系統改造，防誤按照“邏輯閉鎖＋電氣閉鎖”方式設計。一些變電站在進行綜合自動化系統改造時，為減少施工難度、工作量及安全性，沒有重新敷設電纜采集隔離開關位置，一般只采集了斷路器和母線隔離開關的位置遙信，無法使用“邏輯閉鎖+電氣閉鎖”方式，而且早期的綜合自動化系統，很多不具備防誤操作閉鎖邏輯功能。對于這2種情況，可暫時使用獨立的微機防誤系統。如微機防誤系統不健全，可進行升級改造，確保防誤功能的健全。升級改造時應注意以下幾點：

（1）本間隔的電氣閉鎖應予保留，防止微機防誤解鎖時沒有任何閉鎖，抬高操作風險。許多誤操作事故就是在獨立微機防誤系統實施解鎖時發生的。

（2）獨立微機防誤系統主機應與站端綜合自動化系統接口，實現微機防誤系統對一次設備位置狀態的監視，實現“實遙信”，使得防誤主機一次接線圖與現場狀態一致，防誤主機和實時監控系統有機結合。對綜合自動化系統沒有采集的設備位置信號，由電腦鑰匙回傳實現對位，確保模擬預演時設備位置顯示正確，有效防止誤操作。

（3）對電動設備，編碼鎖具備應對斷路器、隔離開關等設備電氣操作回路進行控制，在本間隔端子箱中集中安裝；電動設備手動操作無閉鎖時，則應在其機構箱門上用編碼鎖閉鎖，避免在電動操作失靈進行手動操作時跑錯間隔。

原有110 kV及以下仍采用機械程序鎖的變電站，基本上都已完成無人值班改造，現場的控制屏功能取消，原來裝在“KK”開關防誤盒內的程序鑰匙沒有地方裝設，實際上隔離開關操作就沒有了硬閉鎖措施，為解決此類問題，可考慮將隔離開關的鑰匙裝在開關防誤盒內，斷路器拉開后，才能拿到隔離開關操作的鑰匙；或者采用將操作鑰匙串入斷路器控制回路中，當斷路器處于合閘位置時，常閉接點打開，電控鎖無操作電源，操作鑰匙無法取出，當斷路器處于分閘位置時，輔助接點閉合，電控鎖有操作電源可以打開，可以進行隔離開關操作。

3 結束語

“五防”系統的發展，是適應運行管理模式變革的必然要求，新模式的最大難點是運行人員要擔任五防設備維護的職責，實際上是生產觀念能否轉變的問題。

置于測控裝置內部的“邏輯閉鎖+電氣閉鎖”是比較徹底的“五防”解決方案，它取消了傳統意義上的模擬屏、智能鑰匙、掛鎖等硬件設施，極大地減少了硬件維護量，符合變電站無人值班的現狀，適應變電運行生產模式發展方向，但在功能方面還有待進一步完善和提高。從目前的運行情況來看，為安全可靠起見，在大力推廣應用“邏輯閉鎖+電氣閉鎖”系統的同時，根據實際情況適度保留傳統閉鎖方式是有效的防誤閉鎖措施。

[1]裴曉利，任宏濤.變電站防誤閉鎖方案研究[J].中國新技術新產品，2008（12）：82.

[2]雷春明.220 kV系統綜合防誤閉鎖裝置工作原理及其方法[J].華中電力，2008（1）：61-66.

[3]顧擁軍，皮衛華，楊乘勝，等.變電站防誤閉鎖應用分析[J].繼電器，2005，33(2)：66-70，84.

[4]陳志軍，李劍剛，高宏偉.500 kV綜合自動化變電站的防誤閉鎖應用[J].繼電器，2008，34(18)：69.

[5]郭銘桂.淺談南寧區域控制中心的防誤閉鎖系統[J].廣西電力，2008（3）：44-45.

[6]陳軼瑋，沈一平.220 kV變電站防誤系統改造設計[J].電力系統保護與控制， 2009，37(17)：116-117.