变电站防误闭锁装置的功能及应用

2010-06-07赵旭峰朱学勇

电力工程技术 2010年4期

赵旭峰，朱学勇

（镇江供电公司，江苏镇江 212001）

变电所的误操作事故是危害极大的责任事故，国家电网公司、省公司以及基层供电公司一直把此类事故列为必须杜绝的事故。在分析每年电力系统发生的几起电力生产重大设备事故和造成人员重伤的情况后，可以发现设备的防误功能存在缺陷，不能起到防误作用是导致发生事故的主要原因之一。按照围家电网公司《防止电气误操作装置管理规定》，凡有可能引起事故的一次电气设备，均应装设防误装置。如何有效应用电气设备的防误闭锁装置，以防此类事故不再重演的课题亟待探讨。

1 防误闭锁装置的功能及使用技术

1.1 五防功能的实现方法和特点

目前变电站里对于手动操作的低电压开关设备，一般采用机械方式达到机械联锁；电动操作的开关设备通过断路器辅助转换开关中的辅助接点按照一定的逻辑关系接入控制回路，以实现操作互锁。闭锁装置主要有以下5类。

（1）机械闭锁。机械闭锁是靠隔离开关、接地闸刀操作机构的机械结构相互制约，从而达到相互联锁的闭锁方式。其特点是闭锁可靠，不易发生误操作；这种闭锁实现的前提是隔离开关和对应的接地闸刀为一体化设备，如果要实现隔离开关和其他设备的隔离开关或接地闸刀的闭锁就非常困难。若要实现，一般采用电气闭锁或其他跨间隔的闭锁。

（2）电磁闭锁。电磁闭锁是利用断路器、隔离开关、断路器柜门等的辅助接点，接通或断开需闭锁的隔离开关、断路器柜门等电磁锁电源，使其操作机构无法动作，从而实现开关设备之间的相互闭锁。这种闭锁装置原理简单，实现便捷，非同一体的开关设备之间就可实现闭锁；它在干燥的环境下运行比较可靠。但受我们的国情所限，大多安装在35 kV及以下室内设备上。在使用中由于辅助切换开关种种原因不能正常切换，以及电磁锁不能满足密封要求而容易受潮锈蚀，使电磁闭锁在实际操作常常碰到锈蚀、失灵等机械故障，影响其正常使用，造成操作上的隐患。因此对室外高压开关设备要实现防误闭锁大多采用电气逻辑闭锁。

（3）电气逻辑闭锁。电气回路逻辑闭锁是利用断路器、隔离开关等设备的位置辅助接点接入需闭锁的隔离开关或接地闸刀等电动操作回路上，从而实现开关设备之间的相互闭锁。特点是二次回路复杂，安装、维护工作量大，经常需要检修的同志协助或配合操作，以便及时消除闭锁失灵。实现的基本条件是操作机构的电动操作回路串接相应隔离开关、接地闸刀及断路器的位置辅助接点。目前110 kV及以上的室外隔离开关设备大多采用此类闭锁装置，但实际运行情况离理想目标差距太大，主要因素是设备位置辅助切换开关密封不好、锈蚀和切换不到位等。

（4）微机防误闭锁。微机五防系统通过软件将现场大量的二次闭锁回路变为电脑中的五防闭锁规则库，实现了防误闭锁的数字化。它主要由主计算机、电脑钥匙、电气编码锁、机械编码锁等功能元件组成。微机防误闭锁系统是将断路器、隔离开关、接地闸刀（接地线）、断路器柜门的辅助接点（或结合一次主接线模拟图板），通过微机编码锁具来实现闭锁。

与传统电气五防相比，微机五防具有以下优点。

（1）微机五防系统一般不直接采用现场设备的辅助接点，接线简单，通过五防系统微机软件规则库和现场编码锁具实现防误闭锁。

（2）微机五防系统可根据现场实际情况，编写相应的“五防”规则，可以实现较为完整的“五防”功能。缺点是在微机系统故障而解除闭锁时，五防功能完全失去。另外，微机五防系统还存在“走空程”导致误操作的问题。

缺点是在微机系统故障而解除闭锁时，五防功能完全失去。另外，微机五防系统还存在“走空程”导致误操作的问题。

微机五防系统主要操作过程是先在微机模拟屏上模拟操作，并将操作过程用编码保存至电脑钥匙，然后按照操作票内容依次对电编码锁和机械编码锁进行解锁操作，也即对运行人员进行的实际操作进行监控，在操作过程中，电脑钥匙给出操作提示，运行人员应按照电脑钥匙的提示逐步地进行正确的操作，若运行人员的实际操作与电脑钥匙的提示不符，电脑钥匙将发出报警并强制闭锁，从而有效地避免了误操作事故的发生（图1）。

微机防误闭锁引入了数字化的概念，具有一定的防误效果。但其在使用过程中易出现操作繁琐、速度慢和编码锁在污秽严重的地区，亦会发生锈蚀、卡涩，影响正常操作等不足制约了它的使用与推广。

图1 微机五防系统操作流程

（5）逻辑闭锁。逻辑闭锁系统是通过设备I/O测控单元对断路器、隔离开关、接地闸刀等设备的位置辅助接点进行采样，并通过A/D变换转换为数字量并进行逻辑判断，实现对现场一次设备的防误闭锁（图2）。它包括单元测控装置的逻辑闭锁以及站控监控系统的后台机逻辑闭锁，后者通过后台监控软件对前者上传的设备位置的遥信量（数字量）进行再次逻辑判断，得出“允许”或“禁止”两个结论。两者上下级串联，从而实现在监控系统对现场一次设备远控操作（即站内SCADA控制）的两级逻辑防误闭锁（图3）。

监控后台机系统远程控制现场设备的主要流程为I/O测控装置采样现场设备的位置状态，进行逻辑判断的同时上传状态信号至监控后台机，当现场设备状态满足逻辑闭锁条件，I/O测控装置和监控后台软件的逻辑均判断为允许时，监控系统满足远控现场设备的要求，此时，当监控系统发出操作指令后，经I/O测控装置传输至现场设备的操作机构箱，完成对设备的远控。反之，当现场设备状态不满足逻辑闭锁条件时，监控系统闭锁操作，达到防误的目的（图3红色所示）。

在防非同期方面，I/O测控装置将断路器两侧电压作为同期检测点，其同期检测部件检测来自断路器两侧的母线CVT及线路CVT输入电压的幅度、相角及频率的瞬时值，实行自动同期捕捉合闸。同时装置还设置有同期投退切换开关，在特殊运行方式下灵活切换，满足各种运方要求。

图3 逻辑防误系统流程图

可以看出逻辑闭锁既有电气闭锁的位置接点采样，又有微机防误的数字化编程，是两者在现代数字化技术下有机结合的产物，实现了真正意义上的数字化逻辑防误闭锁，其主要特点为信号传输容量大、判断速度快、安全可靠。目前新投运220 kV及以上变电所普遍开始应用此类防误闭锁，常见的有RD800系统及南瑞中德的NSC-300UX监控系统。

1.2 防误闭锁装置的应用

随着计算机及网络通信技术的发展，变电所自动化技术对电气五防系统的要求进一步提高，传统电气防误闭锁方式已不能满足要求，而作为变电所自动化运用发展方向的逻辑防误系统则拥有更完善的防误要求。为防止测控装置逻辑判断失误等情况的发生，在大力推广应用逻辑防误系统的同时，保留设备间隔的电气闭锁回路或将五防系统接点引入到电动操作回路中，应该是比较有效的防误闭锁措施。新投运的镇江上党500 kV开关站的防误闭锁装置就是主要采用逻辑闭锁和电气闭锁相结合的方式。以操作一台500 kV隔离开关为例，整个防误闭锁共有4层，依次为：监控后台机逻辑闭锁、测控单元逻辑闭锁、电气闭锁、隔离开关和接地闸刀机械闭锁（一体化设备）。

如图4所示，电气闭锁和测控单元逻辑闭锁在隔离开关的控制回路上前后串联，达到双重闭锁的目的。正常操作情况下，远控操作需要满足这4层闭锁条件才能完成，误操作的概率大大降低。当然，如此多层次的闭锁必然会牵涉到一个解锁比较复杂的问题。在实际应用中，由于4层闭锁的操作优先级依次为站控层遥控操作→I/0测控屏操作→就地电动操作→就地手摇操作，后一级操作闭锁前一级。在其中一层闭锁发生故障时，可以通过解锁或者到下一

层就地操作来完成。具体分为以下几类情况。

（1）监控后台机故障，即监控逻辑闭锁判断出现异常，此时在监控系统上已经无法完成远控操作。一般采取在I/O测控单元就地操作来完成。此时，除了监控后台机逻辑闭锁外，其他闭锁装置正常介入。

（2）I/O测控装置故障，由于监控后台机逻辑闭锁的采样由I/O测控装置上传，其逻辑判断同样会出现异常。为安全起见，一般考虑将I/O装置解锁，强制将控制回路的测控单元接点闭合（图3 I/O测控柜中的“闭锁”接点），完成控制回路的通畅，并在现场操作箱内就地电动操作。

（3）电气回路闭锁故障，此时电气闭锁回路中的位置辅助接点异常，在检查测控单元采样无异常后，通过解锁电气闭锁回路（图3中的“解锁”接点短接电气闭锁回路）。可以在监控系统远控操作或I/O测控装置上就地操作，具体方法参照变电所现场规程。

（4）在特殊操作条件下的解锁，如断路器分合闸被闭锁，需要解锁拉开两侧隔离开关来隔离故障断路器等，由于电气闭锁和测控单元逻辑闭锁的前后串联，其闭锁回路也是双重性的，需要将电气回路和测控单元逻辑闭锁同时解锁，而此时，监控逻辑闭锁系统由软件对设备位置的遥信量进行判断仍处于闭锁状态，所以一般采用在I/O测控装置上就地操作来完成此类特殊运方的操作。

从以上几类情况可以看出，采用分层的立体式防误闭锁系统对保障设备的安全运行、减少误操作的可能性是切实有效的。当然鉴于其双重化的闭锁回路具有一定的复杂性，也对运行人员熟悉相关闭锁回路的程度提出了更高的要求。