抽水蓄能電站防誤閉鎖裝置配置研究

蔣春鋼，梁睿光

（遼寧蒲石河抽水蓄能有限公司，遼寧 丹東118216）

0 引言

電氣誤操作是電力生產(chǎn)的一大危害。它的發(fā)生，直接威脅人身安全、設(shè)備安全，威脅電力系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。防誤閉鎖裝置是避免各類誤操作事故發(fā)生的重要技術(shù)措施。電力行業(yè)要求3 000 V 及以上電壓等級電氣設(shè)備應(yīng)有完善的防止電氣誤操作閉鎖裝置。

防誤閉鎖裝置一般分為3 類：第1 類是設(shè)備出廠時(shí)自帶的，如電磁閉鎖、機(jī)械聯(lián)鎖和帶電顯示裝置；第2 類是設(shè)計(jì)階段實(shí)現(xiàn)的電氣閉鎖功能，能夠?qū)Σ煌O(shè)備之間的操作順序進(jìn)行控制；第3 類是設(shè)備投產(chǎn)時(shí)額外安裝的，如微機(jī)防誤閉鎖和機(jī)械程序鎖，主要是為規(guī)范操作人員按正確的順序操作，以及補(bǔ)充完善設(shè)備防誤閉鎖功能。

1 一次電氣設(shè)備防誤閉鎖裝置配置分析

1.1 主變壓器及GIS 設(shè)備

抽水蓄能電站一次主接線形式主要有三角形、四角形、內(nèi)橋等。GIS 設(shè)備主要有線路開關(guān)、線路開關(guān)兩側(cè)刀閘、線路側(cè)快速接地刀閘、線路開關(guān)兩側(cè)接地刀閘、聯(lián)絡(luò)開關(guān)、聯(lián)絡(luò)開關(guān)兩側(cè)刀閘、聯(lián)絡(luò)開關(guān)兩側(cè)接地刀閘、高壓電纜兩側(cè)刀閘、主變高壓側(cè)刀閘、主變高壓側(cè)接地刀閘等。

需具備的防誤功能：要防止帶負(fù)荷拉、合隔離開關(guān)（刀閘），要防止帶電合接地刀閘，要防止帶接地刀閘合斷路器（開關(guān)）、隔離開關(guān)（刀閘）

配置來源：廠家在控制回路中設(shè)計(jì)電氣閉鎖。監(jiān)控系統(tǒng)操作流程設(shè)計(jì)電氣閉鎖邏輯。

1.2 發(fā)電機(jī)出口母線及啟動(dòng)母線設(shè)備

（1）發(fā)電機(jī)出口開關(guān)、發(fā)電機(jī)出口開關(guān)兩側(cè)接地刀閘、換相刀閘、拖動(dòng)刀閘、被拖動(dòng)刀閘、主變低壓側(cè)接地刀閘等

需具備的防誤功能：要防止帶負(fù)荷拉、合隔離開關(guān)（刀閘），要防止帶電合接地刀閘，要防止帶接地刀閘合斷路器（開關(guān)）、隔離開關(guān)（刀閘）。

配置來源：廠家在控制回路中設(shè)計(jì)電氣閉鎖。監(jiān)控系統(tǒng)操作流程設(shè)計(jì)電氣閉鎖邏輯。

（2）機(jī)組出口PT 柜門、機(jī)組電氣制動(dòng)開關(guān)柜門、機(jī)組中性點(diǎn)變壓器柜門

需具備的防誤功能：要防止誤入帶電間隔。

配置來源：額外安裝機(jī)械程序鎖或微機(jī)程序鎖，見表1。

以ABB 發(fā)電機(jī)出口母線設(shè)備為例，機(jī)械程序鎖可利用ABB 刀閘操作機(jī)構(gòu)閉鎖鑰匙，實(shí)現(xiàn)閉鎖功能。ABB 刀閘操作機(jī)構(gòu)有3 把閉鎖鑰匙，分別為電動(dòng)操作□鑰匙、分閘位置閉鎖△鑰匙、合閘位置閉鎖○鑰匙。3 把鑰匙只可取出其中1 把，以分別實(shí)現(xiàn)不同閉鎖功能，見表2。

表1 機(jī)組出口PT、電氣制動(dòng)開關(guān)、中性點(diǎn)變壓器柜門安裝防誤閉鎖比較

表2 ABB 刀閘操作機(jī)構(gòu)3 把閉鎖鑰匙實(shí)現(xiàn)的閉鎖功能表

（3）主變低壓側(cè)避雷器PT 柜門、勵(lì)磁變壓器柜門、電抗器柜門、勵(lì)磁變壓器固定接地樁、電抗器固定接地樁

需具備的防誤功能：柜門要防止誤入帶電間隔；固定接地樁要防止帶電掛接地線，要防止帶接地線合斷路器（開關(guān)）、隔離開關(guān)（刀閘）。

配置來源：額外安裝機(jī)械程序鎖或微機(jī)程序鎖，見表3。

表3 主變低壓側(cè)避雷器PT、勵(lì)磁變壓器、電抗器柜門和固定接地樁安裝防誤閉鎖比較

1.3 SFC 系統(tǒng)設(shè)備

1.3.1 SFC 輸入/輸出開關(guān)柜

需具備防誤功能：要防止帶負(fù)荷進(jìn)、出手車，要防止帶電合接地刀閘，要防止帶接地線（接地刀閘）合斷路器（開關(guān)）、進(jìn)手車。

配置來源：廠家出廠自帶。

1.3.2 SFC 輸入/輸出開關(guān)柜進(jìn)出線電纜柜門

需具備的防誤功能：要防止誤入帶電間隔。

配置來源：廠家出廠自帶。

1.3.3 直流電抗器網(wǎng)門、直流電抗器固定接地樁

需具備的防誤功能：網(wǎng)門要防止誤入帶電間隔；固定接地樁要防止帶電掛接地線，要防止帶接地線合斷路器（開關(guān)）、進(jìn)手車。

配置來源：額外安裝機(jī)械程序鎖或微機(jī)程序鎖，見表4。

表4 直流電抗器網(wǎng)門和固定接地樁安裝防誤閉鎖比較

1.3.4 輸出電抗器網(wǎng)門、輸出電抗器固定接地樁

需具備的防誤功能：網(wǎng)門要防止誤入帶電間隔；固定接地樁要防止帶電掛接地線，要防止帶接地線合斷路器（開關(guān)）、進(jìn)手車。

配置來源：額外安裝機(jī)械程序鎖或微機(jī)程序鎖，見表5。

表5 輸出電抗器網(wǎng)門和固定接地樁安裝防誤閉鎖比較

1.3.5 功率柜柜門

需具備的防誤功能：要防止誤入帶電間隔。配置來源：廠家出廠自帶。

1.4 廠用電系統(tǒng)設(shè)備

1.4.1 廠用10 kV 開關(guān)柜

需具備防誤功能：要防止帶負(fù)荷進(jìn)、出手車，要防止帶電合接地刀閘，要防止帶接地刀閘合斷路器（開關(guān)）、進(jìn)手車。

配置來源：防止帶負(fù)荷進(jìn)、出手車，防止帶接地刀閘合斷路器（開關(guān)）、進(jìn)手車功能廠家出廠自帶；防止帶電合接地刀閘功能廠家出廠自帶+額外安裝機(jī)械程序鎖或微機(jī)程序鎖，見表6。

1.4.2 廠用10 kV 開關(guān)柜電纜室門

需具備的防誤功能：要防止誤入帶電間隔。

配置來源：廠家出廠自帶。

表6 廠用10 kV 開關(guān)柜安裝防誤閉鎖比較

1.4.3 廠用變壓器柜門、廠用變壓器固定接地樁

需具備的防誤功能：柜門要防止誤入帶電間隔；固定接地樁要防止帶電掛接地線，要防止帶接地線合斷路器（開關(guān)）、進(jìn)手車。

配置來源：額外安裝機(jī)械程序鎖或微機(jī)程序鎖，見表7。

表7 廠用變壓器柜門和固定接地樁安裝防誤閉鎖比較

2 額外安裝機(jī)械程序鎖與微機(jī)防誤閉鎖的比較

2.1 機(jī)械程序鎖優(yōu)缺點(diǎn)分析

優(yōu)點(diǎn)：①閉鎖邏輯清晰，結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，不易故障，維護(hù)工作量小。②柜門、網(wǎng)門、固定接地樁具備反向閉鎖功能，即柜門、網(wǎng)門不關(guān)閉，接地線不拆除，無法取出相應(yīng)鑰匙去交換，閉鎖刀閘合閘及小車推入工作位置。③不與監(jiān)控系統(tǒng)通信，完全滿足電力監(jiān)控系統(tǒng)安全防護(hù)要求。

缺點(diǎn)：不能進(jìn)行模擬操作。

2.2 微機(jī)防誤閉鎖優(yōu)缺點(diǎn)分析

優(yōu)點(diǎn)：①可進(jìn)行模擬操作。②具備防誤邏輯實(shí)時(shí)判斷功能。電腦鑰匙每操作完一步，操作信息通過無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)上傳至防誤主機(jī)，保證防誤主機(jī)的設(shè)備狀態(tài)與現(xiàn)場實(shí)際情況保持一致。防誤主機(jī)對操作票的每一次操作會(huì)根據(jù)實(shí)時(shí)更新的設(shè)備狀態(tài)，結(jié)合監(jiān)控后臺系統(tǒng)的實(shí)時(shí)遙信、遙測，對其進(jìn)行實(shí)時(shí)的邏輯判斷。當(dāng)發(fā)現(xiàn)不滿足防誤邏輯條件時(shí)，防誤主機(jī)下發(fā)禁止指令，中止電腦鑰匙操作，避免操作過程中，因設(shè)備誤動(dòng)或操作不到位等因素引起的誤操作事故。

缺點(diǎn)：①柜門、網(wǎng)門、固定接地樁使用編碼掛鎖，不具備反向閉鎖功能。若要將電氣設(shè)備柜門、網(wǎng)門、接地線懸掛位置等信號通過硬線接入防誤主機(jī)以實(shí)現(xiàn)反向閉鎖功能，施工難，投資大。②防誤主機(jī)、電腦鑰匙為電子產(chǎn)品，使用年限短，故障幾率大，維護(hù)工作量大。

3 存在問題

微機(jī)防誤閉鎖具備防誤邏輯實(shí)時(shí)判斷功能需要滿足兩個(gè)條件：①防誤裝置主機(jī)應(yīng)具有實(shí)時(shí)對位功能，通過對受控站電氣設(shè)備位置信號采集，實(shí)現(xiàn)防誤裝置主機(jī)與現(xiàn)場設(shè)備狀態(tài)的一致性。根據(jù)國家或行業(yè)關(guān)于電力監(jiān)控系統(tǒng)安全防護(hù)規(guī)定的要求，需要加裝微機(jī)防誤系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)安全隔離裝置。②防誤裝置主機(jī)應(yīng)與電腦鑰匙有通信功能。根據(jù)《國家電網(wǎng)公司十八項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施（2018 修訂版）》規(guī)定：防誤裝置（系統(tǒng)）嚴(yán)禁與外部網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。因?yàn)榉勒`裝置主機(jī)與監(jiān)控系統(tǒng)已有通信，就不能再用4G 公網(wǎng)與電腦鑰匙通信，只能在電腦鑰匙每個(gè)使用地點(diǎn)布置硬線與防誤主機(jī)通信。設(shè)備多、施工工作量大。

若不能同時(shí)不滿足以上兩個(gè)條件，微機(jī)防誤鎖具的操作存在走空程的可能。操作人員如使用電腦鑰匙打開編碼掛鎖而不操作電氣設(shè)備，防誤主機(jī)不能監(jiān)視到電氣設(shè)備狀態(tài)有無變化，不能按照上傳的操作步驟經(jīng)過判斷后向電腦鑰匙逐步下達(dá)操作任務(wù)，通過電腦鑰匙接著進(jìn)行下步操作會(huì)發(fā)生誤操作事故。

4 結(jié)論

機(jī)械程序鎖相比于微機(jī)防誤閉鎖有著諸多優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合設(shè)備出廠時(shí)自帶的閉鎖功能和廠家設(shè)計(jì)的電氣閉鎖，基本可以滿足抽水蓄能電站防誤閉鎖功能要求。抽水蓄能電站一次電氣設(shè)備防誤閉鎖可進(jìn)行如下配置：

（1）10 kV 及以上電壓等級手車式開關(guān)柜，出廠時(shí)應(yīng)滿足國家規(guī)范要求，具備功能齊全的防誤閉鎖功能。

（2）GIS 設(shè)備及發(fā)電機(jī)出口母線設(shè)備，廠家應(yīng)在控制回路中設(shè)計(jì)電氣閉鎖，監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)在操作流程設(shè)計(jì)電氣閉鎖邏輯。

（3）機(jī)組出口PT 柜門、機(jī)組電氣制動(dòng)開關(guān)柜門、機(jī)組中性點(diǎn)變壓器柜門、主變低壓側(cè)避雷器PT 柜門、勵(lì)磁變壓器柜門、電抗器柜門、勵(lì)磁變壓器固定接地樁、電抗器固定接地樁、SFC 直流電抗器網(wǎng)門、SFC 直流電抗器固定接地樁、SFC 輸出電抗器網(wǎng)門、SFC 輸出電抗器固定接地樁、廠用10 kV 開關(guān)柜、廠用變壓器柜門、廠用變壓器固定接地樁等，投產(chǎn)前應(yīng)安裝各自的機(jī)械程序鎖。

（4）在運(yùn)行值班室配置1 臺外網(wǎng)工作電腦，設(shè)計(jì)安裝1 套包括電站全部一次電氣設(shè)備、具有防誤規(guī)則、可進(jìn)行倒閘模擬操作的軟件。同時(shí)該軟件具備地線管理功能。在接地樁上安裝條碼，接地線的接地頭上安裝無線采集裝置，采集裝置能夠識別條碼，用來反映接地線懸掛的具體位置，同時(shí)通過4 G 公網(wǎng)將信息上傳至電腦，實(shí)現(xiàn)接地線掛、拆狀態(tài)實(shí)時(shí)采集監(jiān)控。