發電廠6kV開關防誤操作系統改造技術分析

華電國際十里泉發電廠 高 浩 鄧榮立 高 飛

本項目結合目前已有的鷹眼防誤觸操作系統，通過在ECS 增設開關和接地刀閘二維碼的方式避免人員誤操作，同時充分利用ECS 電量采集功能將各動力電量采集由手動改為自動并結合PI 系統數據進行校驗，進一步提高數據準確性。針對開關電動操作方式強化管理規定和技術措施，多措并舉綜合運用。該項目在提高6kV 開關防誤操作水平和電量采集準確性、降低電氣誤操作風險，保證運行人員人身安全的同時，能夠為#6機廠用電安全、經濟運行提供重要保障，對電廠將產生明顯的經濟和社會效益。

1 概述

華電國際十里泉發電廠現有5臺機組運行，總裝機容量為2120MW。220kV 系統分為甲站和乙站兩部分，甲站220kV 系統采用雙母線單分段連接方式，#1母線單段運行、#2母線經分段斷路器22F 分#2A和#2B 兩段運行，分段斷路器22F 正常時在合閘狀態。乙站220kV 系統采用雙母線雙分段母線連接方式，#1母線經分段斷路器21G 分為#1D 和#1E 兩段運行，#2母線經分段斷路器22G 分為#2D 和#2E兩段運行，分段斷路器21G、22G 正常時在合閘狀態。

6號發電機為哈爾濱電機廠生產的水氫氫冷卻發電機，于2008年進行了增容改造，容量由300MW增至330MW，型號為QFSN-330-2。6號主變為保定變壓器廠生產的強油風冷變壓器，6號發變組保護為PCS-985型微機保護，#6機組勵磁調節器為ABB 公司生產的UNTROL6800型微機三機勵磁調節器。#6機組6kV 工作A 段、B 段中壓開關是西門子公司1996年生產、安裝投入使用的，現已運行近20多年。

6kV 工作段高壓開關柜是電廠重要的電氣設備。高壓開關柜的作用是在電力系統進行發電、輸電、配電和電能轉換的過程中，進行開合、控制和保護。高壓開關柜內的部件主要有高壓熔斷器、高壓隔離開關、高壓負荷開關、高壓操作機構等。

#6機組6kV 工作A 段、B 段中壓開關的型號F-C 上、下層開關廠家已不再批量生產，屬于淘汰類型產品。設備使用年限久遠、在日常使用過程中設備存在很多質量隱患，其常見問題主要如下：開關“五防”功能不全。五防功能不全給人員和設備帶來極大的安全隱患；多次出現開關拒分、拒合；機構卡澀。操作小車開關時，需要運行人員在就地進行操作。開關在搖進、搖出時，容易出現機構卡澀、操作困難等現象；真空泡試驗時出現真空度下降超標；運行過程中還多次出現開關觸頭發熱。開關設計不合理、環境溫度高、運行負荷嚴重不平衡等因素易導致開關觸頭發熱；開關使用的保護裝置為江蘇金智科技生產的WDZ-3型微機綜合保護裝置、現已停產，保護裝置經常出現黑屏、屏閃等現象。

鑒于實際生產狀況，我廠#6機6kV 工作段開關改造具有深切的必要性和緊迫性。該項目實施后，為#6機廠用電安全運行提供重要保障，對電廠將產生明顯的經濟、環境和社會效益。該項目實施后，可節省大量的操作工時、管理成本，保證操作人員人身安全的同時，有效地提高設備運行的穩定性和可靠性、提高工作效率。

2 設備安裝時存在的主要危險因素及應對措施

從事電氣作業人員應佩戴合格的個人防護用品和驗電器：高壓絕緣鞋（靴）、高壓絕緣手套等必須選用具有國家“勞動防護品安全生產許可證書”資質單位的產品且在檢驗有效期內。作業時必須穿好工作服、戴安全帽，穿絕緣鞋（靴）、戴絕緣手套。根據需要攜帶相應電壓等級的高壓驗電器，從事低壓設備檢修維護人員必須隨身攜帶低壓驗電筆。

電氣設備“五防”功能必須完備，嚴格按規定保管和使用萬能解鎖鑰匙；電氣設備、設施安全接地、接零應牢固可靠，不得將接地線接在金屬管道上或其他金屬構件上，并應定期測量接地阻值是否合格；配電盤前后標志清楚，嚴禁單人打開柜門進行拆裝接地線工作，設備帶電部位應設置明顯的帶電警示標識和安全色，定期檢查，確保完好[1]。

電氣設備停電檢修、測量絕緣、裝設接地線等工作前必須驗電，檢查確認已布置的安全措施正確可靠后，方可開始工作；工作前必須進行危險點分析和安全交底、熟悉了解工作任務、作業范圍、已布置的安全措施、帶電部位和安全注意事項，嚴禁擴大工作范圍和越權操作。

在電氣設備附近工作時，必須與帶電部位保持足夠的安全距離，高壓電氣設備帶電部位對地距離不滿足設計標準時周邊必須裝設防護圍欄，門應加鎖，并掛好安全警示牌；在做高壓試驗時，必須裝設圍欄和警示標識并設監護人，非工作人員禁止入內，操作人員應站在絕緣物上。試驗電源應裝設有明顯斷開點的刀閘，試驗中改接線時應先斷開電源，確認有明顯的斷開點，進行驗電、掛臨時接地線后方可進行改接線。

電氣設備著火時，應立即切斷有關設備的電源，然后進行救火，應使用干式滅火器、二氧化碳滅火器滅火。在不能判明是否帶電的情況下，必須使用消防水滅火時必須采取使用噴霧水槍，加裝接地線，戴絕緣手套，穿絕緣靴、均壓服等安全措施，站在絕緣板上，以點射的方法使水滴落在火源上，其他人員不得接近正在滅火的消防員、燃燒區和積水區。

3 智能中壓開關柜方案

3.1 負載變化的實時診斷技術

采用安全可靠的無線射頻技術實時采集并監測高壓開關設備的溫升及斷路器特性數據，及時識別設備的潛在故障，并在缺陷初期發出預警，有效地防止潛在故障的進一步發展，大大地降低非預期停電發生的概率。同時在線監測及診斷系統可為后續進行開關設備的失效預測分析及壽命預測分析提供真實可追溯的運行記錄，為設備健康狀況評估提供有效的依據。

3.2 開關設備溫度在線監測

智能中壓開關柜的“開關設備溫度在線監測及診斷功能”涵蓋了柜體及斷路器兩大部分：實現對柜體電纜部位及母線部位，斷路器上下觸臂的實時溫度監測。所測溫度能夠獨立測溫且在現場安裝的操作面板上可顯示實際測量溫度，并上傳在集中監控主機上，顯示所有被測點的實時溫度。同時，通過智能分析監測點的溫度，診斷設備的健康狀態；通過對比實際測量溫度值和理論計算溫度值，分析開關設備在負荷變化時，運行溫度是否在合理的范圍內。若實際運行溫度超過理論計算溫度，將預警告知用戶，從而診斷出潛在的故障點[2]。

3.3 視頻遠程監測

本項目改造的開關柜搭載視頻監視系統，可遠程觀察設備運行狀態。通過遠程智能監控技術，實現開關設備的無人值守。搭載了視頻監視功能的開關柜，可以使用戶在遠方控制室實時觀察設備的運行情況，從而確保設備穩定的運行。

3.4 開關柜防誤功能

高壓開關柜應具備防止誤分、誤合斷路器，防止帶負荷分、合隔離插頭，防止接地開關合上時（或帶接地線）送電，防止帶電合接地開關（或掛接地線），防止誤入帶電隔室等五防功能。開關柜饋線側（電纜側）應有帶電顯示。電纜測絕緣可以通過外購或第三方的廠家現場安裝相關的試驗測試設備實現安全防護。

無論接觸器還是斷路器，在合閘狀態下會通過機械閉鎖住手車，無論電動還是手動都將禁止操作。開關在工作位置時，防止接地刀閘操作把手插入操作孔的閉鎖采用純機械閉鎖方式。接地刀閘分閘后防止誤入后下側帶電隔離室功能采用柜外橢圓形閉鎖后下柜門方式。

3.5 全電機驅動開關

配備專業的電動機驅動保護裝置，當遇到卡滯等非正常工作情況時，電機輸出電流增加，保護程序啟動，切斷電機電源并閉鎖電動操作，同時保護指示燈亮并發故障信號（紅色）防止發生不可逆的機械損傷；斷路器或接觸器等手車電動操作功能是在手車底盤上增加了一個驅動電機，由該電機牽引手車本體完成在工作位置和試驗位置的切換。必須配置防堵轉功能的智能監控單元，防止手車機械故障誤判，同時在發生電機故障時自動保護電機及驅動機構，故障指示燈點亮并發報警信號。

接地開關電動操作功能具備與斷路器手車電動操作保護功能一樣的智能監控單元。該監測單元不僅具備電動操作和保護電機的功能，同時還能實現與斷路器/接觸器手車的閉鎖功能，如：斷路器在工作位置時自動閉鎖電動合接地開關；接地開關合閘時自動閉鎖電動操作斷路器手車。手車與接地開關全電動操作大大提高效率和保障操作人員安全，運行人員不必再親臨開關室操作開關設備，提高了人員的工作效率和設備的使用率，減少了負載切換的等待時間，同時避免操作故障對人身的損害[3]。充分利用ECS 電量采集功能將各動力電量采集由手動改為自動并結合PI 系統數據進行校驗，進一步提高數據準確性。

4 智能化方案的實施

4.1 智能化方案的實現方式及現狀

目前國產品牌智能化的元件或驅動機構都是使用第三方外購的產品，特點如下：

電動驅動使用外購的產品，性能及穩定可靠性低，容易發生斷路器與電動手車之前的卡滯；大部分都不配置專用的電動驅動電機保護模塊，在電機發生卡滯時無法快速保護電機及驅動機構，造成不可逆的機械損傷；無線測溫元件使用第三方產品，需要更換電池，并使用外掛或表帶式，減少了絕緣距離的同時還容易發生電池失電不易更換而增加大量的維護工作，不是免維護的產品；沒有專業的智能測量和診斷系統，只能監測部分在線數據，無法進行智能的判斷，需要人工二次干預方能解決溫升等數據的變化而引起的預警信息，但實施起來又非常困難；在線視頻技術不完善，通常也都是外購第三方的技術，非自主研發的產品，容易發生配合不穩定或通訊故障等問題。

綜上所述，本項目推薦使用智能化系統及元件全部為自主研發，技術成熟、業績較多的的合資產品。同時為了保證安全，斷路器無線測溫技術必須有第三方認證的型式試驗報告，斷路器無線測溫嚴禁使用外掛式測溫技術，推薦使用觸臂預埋式自供電技術。

4.2 整體聯調及實施效果對比

智能化控制功能程序應接入十里泉電廠原ECMS 系統，由ECMS 系統實現智能開關的順序控制和特性監測，在ECMS 上實現上述一鍵操作、監測及預警功能，在DCS 上應保留的合分閘操作功能、斷路器的分合閘監視、電流監視、保護動作監視，遠方就地監視、控制回路電源監視等相關信號。開關經過改造后，通過近幾個月的觀察，開關運行情況統計如下：開關發熱情況0次；開關機構卡澀情況0次；運行人員操作開關工時對比操作時間明顯縮短。

4.3 改造后存在的問題：

遠方電動操作存在的管理問題：變壓器類負荷合接地刀閘前的驗電問題也無法在遠方實現，雖然有帶電指示器，但目前在遠方無法觀察到；電動操作用的電動操作電源開關正常必須斷開，以保證安全防止誤動。電動操作電源開關的位置設置需要綜合考慮。

攝像頭的問題：攝像頭的燈常亮，若燈壞則無法監視。尤其是接地刀攝像頭，如果不停母線無法更換；目前采用攝像頭自帶的移動監測，自動彈出設備操作畫面。實際操作當中，由于操作設備振動較大，導致畫面經常跳轉到附近開關。建議視頻應與操作指令進行聯系，用操作指令調用攝像頭，而不是用移動監測，提高顯示的可靠性。

綜上，根據以上調查及存在的問題，由于6kV開關柜存在較大的安全隱患，嚴重制約著本廠#6機6kV 工作段設備安全穩定運行，急需對開關柜進行整體換型改造。通過對#6機組高壓開關柜進行智能化升級改造后，通過跟蹤運行效果發現，該系統在提高6kV 開關防誤操作水平和電量采集準確性、降低電氣誤操作風險，保證運行人員人身安全的同時，能夠為#6機廠用電安全、經濟運行提供重要保障，對電廠將產生明顯的經濟和社會效益。