黄 晨，肖士一(国网湖南省电力公司检修公司，湖南 长沙 410007)



直流换流站“五防”技术探讨

黄 晨，肖士一
(国网湖南省电力公司检修公司，湖南 长沙 410007)

〔摘 要〕介绍了直流换流站“五防”的概念以及直流换流站的“五防”措施；通过与交流变电站“五防”措施的对比，分析了直流换流站的 “五防”技术的现状，并对发现的问题提出了改进建议。

〔关键词〕直流换流站；交流变电站；“五防”；直流闭锁

0 引言

在电力系统生产过程中，倒闸操作直接关系到电力系统的安全稳定运行，因此防止电气误操作是运行管理最重要的工作。为防止电气误操作引发的人身、电网和设备事故，在操作回路设置电气闭锁或装设微机“五防”系统，已成为防止误操作的必要技术手段。

目前，交流变电站的防误闭锁已从常规的机械闭锁和电气闭锁向微机防误闭锁发展，并取得了很好的效果，特别在新建变电站内的应用更为广泛，技术更为成熟。然而，直流换流站的防误闭锁与交流变电站的防误闭锁存在一定差异，对直流“五防”的理解也一直比较模糊。下文通过分析直流换流站防误闭锁设置，结合交流“五防”技术，对直流换流站“五防”系统提出一些建议，为直流“五防”的完善提供借鉴。

1 “五防”概述

“五防”是指防止带负荷分合刀闸、防止误入带电隔离区间、防止误分合断路器、防止带电挂接地线或合接地刀闸、防止带地线或接地刀闸送电5项电气误操作。

目前交流变电站中广泛使用微机防误闭锁装置闭锁的设备有断路器、隔离开关、接地刀闸(接地线)、遮栏网门等，这些设备通过微机锁具(电编码锁和机械编码锁)实现闭锁，并由控制保护软件编写操作闭锁规则。

2 直流换流站“五防”措施

相对于交流变电站，直流换流站无专门的微机“五防”装置，主要通过以下几种措施进行防误。

2.1 控制保护软件联锁

通过控制保护软件编写操作规则，负责开关、刀闸、地刀、直流控制模式、直流场设备之间的联锁。控制保护系统实时采集现场各设备的状态和参数，实现防止带负荷分合隔离开关、带电合接地开关、带接地开关合断路器(隔离开关)，防止误入带电的阀厅和直流滤波器围栏内等。

2.2 电气联锁

在直流换流站开关、刀闸、地刀就地操作的控制回路中，串连接入了软件联锁的硬件接点。只有当软件联锁条件满足后，该接点才闭合，控制回路正电源才能够接通，有效防止就地误操作。

2.3 电磁联锁

阀厅大门、直流滤波器围栏门带有电磁闭锁装置，当阀厅与直流滤波器未转检修时，阀厅大门和直流滤波器围栏门被电磁闭锁，无法打开。

2.4 机械联锁

相邻的刀闸和地刀之间有机械联锁，通过电气设备的机械联动部件对相应设备操作构成闭锁。刀闸合上后地刀将无法合上，地刀合上后刀闸将无法合上。

2.5 安全管理

以上防误闭锁手段为强制性闭锁，但还无法完全实现“五防”，需依靠现场安全管理来进行弥补，如增加间接验电、设置安全警示牌、“两票三制”、操作票预控、安全工器具管理等。

3 直流换流站“五防”技术分析

3.1 防止误分合断路器

目前，直流换流站防止误分合断路器还没有完善的强制性手段。但是，在控制保护软件中，对特殊工况下能够引起直流闭锁的操作已进行了有效的防范，确保不会因为误分开关导致直流闭锁。

(1) 防止误分开关导致换流变不能连接至交流母线，引起单极闭锁。换流变所在串的3个开关之间有非常严密的联锁条件，当任一开关合闸时，将无法手动拉开其他开关。交流场开关示意如图1所示：若直流系统已闭锁，允许Q2开关分闸；若Q3开关已合闸，允许Q2开关分闸；若直流系统已解锁，且未通过Q3开关连接到Ⅱ母，则不允许Q2开关分闸。

图1　交流场开关示意

(2) 防止误分线路开关导致交流出线无法送出功率，引起双极闭锁。直流换流站交流出线的开关之间有严密的联锁条件，当仅剩1条线路且为单开关运行时，运行开关远方和就地均无法分闸，只能保护动作跳闸，可有效防止因误分线路开关而导致的双极闭锁。

(3) 防止误分直流开关导致直流单极闭锁。直流开关允许分合的条件有可靠的软件联锁；在直流系统解锁状态下，禁止手动分闸操作，可有效防止因误分直流开关而导致的直流单极闭锁。

(4) 直流换流站对与直流系统运行联系密切的开关进行全面的联锁，可有效防止因误分直流开关而导致的直流单极闭锁。但对于单一开关的分合闸而言，无法有效避免误操作，例如在监控系统上操作5011开关，若误点击5021开关，将造成误操作。而在交流变电站，操作人员首先根据操作票在“五防”机上进行操作；操作正确后，将操作编码发送至操作机；操作机再根据从“五防”机接收的编码进行完全一致的操作。若在操作机上将开关选错，将无法完成整个操作。

直流换流站对于防止误分合开关方面的手段集中在几个关键开关和其功能上，而对于大部分开关均无强制性防范手段。因此，直流换流站防止误分合开关能力比交流变电站薄弱。除正常的软件联锁外，交流变电站还增加了操作机和“五防”机之间的校验解锁环节，比直流换流站更为严谨，做法也更加有效。建议在新建直流工程中，借鉴交流变电站的思路，增加操作校验环节，切实防止误分合开关。

3.2 防止带负荷分合隔离开关

对直流换流站而言，由于直流滤波器的特殊性，直流滤波器刀闸可带负荷分合，故不存在防止带负荷分合隔离开关的问题。但交直流场其他刀闸和交流滤波器场刀闸则禁止带负荷分合。

(1) 交直流场隔离开关。在控制保护软件中，隔离开关的分合闸条件有软件联锁，即无论远方还是就地操作，只有当断路器在分闸位置时，才允许进行分合闸操作，这样才可有效防止带负荷分合隔离开关。

(2) 直流滤波器刀闸。由于运行时谐波电流并不大，即使电容器有故障，直流滤波器也可直接带负荷拉开刀闸进行检修，检修后带负荷直接合闸投入运行。其联锁逻辑为：

① 分闸联锁：高压侧刀闸一直允许分闸，低压侧刀闸必须在高压侧刀闸拉开后才允许分闸；

② 合闸联锁：低压侧刀闸在地刀全部拉开后才允许合闸，高压侧刀闸必须在低压侧刀闸合上后才允许合闸。

虽然直流滤波器允许带电分合，但如果换流站内2组直流滤波器均断开，将导致直流单极闭锁。所以直流滤波器刀闸的软件联锁条件并不完善，存在误操作风险。建议对这种特殊工况加强联锁，防止直流单极闭锁。

(3) 直流换流站在防止带负荷分合隔离开关方面，远方操作通过软件联锁实现，就地操作通过电气闭锁实现，闭锁接点通过软件联锁条件控制。而在交流变电站内，“五防”机中包含了防止带负荷分合隔离开关的软件联锁，就地有电气联锁，接点靠机械编码锁控制，而机械编码锁则依靠电脑钥匙进行解锁。

综上所述，交直流场中均能够实现强制性防止带负荷分合隔离开关，但由于直流场的特殊性，2组直流滤波器之间的联锁功能还有待完善。建议增加相互监视的逻辑，防止误拉2组直流滤波器刀闸而导致直流单极闭锁。

3.3 防止带电挂(合)接地线(接地开关)

(1) 防止带电合接地刀闸。在直流控制保护软件中，只有当刀闸拉开时，才允许合接地刀闸，因此可强制性防范带电合接地刀闸。

(2) 防止带电挂接地线。目前直流换流站主要通过机械位置指示、带电显示、模拟量测量、监控系统指示等方法确认无电后挂接地线，无强制性防范措施，仅靠“两票三制”和安全工器具管理弥补控制保护软件的漏洞。因此，如果工作人员走错间隔，将会导致带电挂接地线。

(3) 防止带电挂接地线的改进措施。目前交流变电站“五防”机中的软件完全可以实现强制性防范带电挂接地线，其措施值得直流换流站参考。

① 根据需要设置临时接地点，配置接地桩并加装机械编码锁。在站内设置临时接地点，临时接地线必须挂在临时接地点上，临时接地点的闭锁由地线头、地线桩和机械编码锁共同完成。地线头、地线桩外形如图2所示。不挂地线时将机械编码锁锁在地线桩上，如图3所示 ；需挂地线时，先用电脑钥匙打开机械编码锁，再装上地线。

图2　地线头、地线桩外形

② 在监控系统中加入接地线相关监控并使其参与软件联锁，相当于在软件中增加了1组临时接地刀闸相关功能，其操作方法与实际地刀操作一致，但是接地线实际状态需要通过电脑钥匙上送。

3.4 防止带接地线(接地开关)合断路器(隔离

开关)

(1) 防止带接地线合断路器(隔离开关)。由于直流换流站控制保护系统无法采集到临时接地线状态，无法监视接地线，故无法进行有效防范，只能通过加强“两票三制”、安全工器具及接地线管理等来预防。

图3　不挂接地线时的情况

(2) 防止带接地开关合断路器(隔离开关)。在直流控制保护软件中，断路器及隔离开关合闸有严密的联锁条件，可强制性防止带接地开关合断路器和隔离开关；此外，在隔离开关与相邻接地开关之间还设有机械闭锁，可有效防止带接地开关合隔离开关。

相较于直流换流站，交流变电站的“五防”系统可以有效预防带接地线(接地开关)合断路器(隔离开关)。因此可考虑借鉴交流变电站“五防”系统，在直流换流站内增设带有机械编码锁的临时接地点，只有得到值班人员许可并使用相应的解锁钥匙时，方可装设临时接地线。

3.5 防止误入带电间隔

(1) 利用VI标识对区域进行明显标志。直流换流站设备区域的标识非常齐全，可有效引导工作人员，防止误入带电间隔。

(2) 利用安全警示牌对带电区域进行警示。设置安全警示牌也是一种安全管理手段，如在直流充电装置处设置安全警示牌对带电区域进行警示，对爬梯设置档板并加锁等。

(3) 进行间接验电。可通过机械位置指示、带电显示、模拟量测量等指示来判别工作区域是否带电，防止误入带电间隔。

(4) 软件联锁。直流换流站阀厅大门和直流滤波器围栏网门均有电磁锁闭锁功能，在控制保护软件中有严密的联锁条件：

① 阀厅大门须在换流阀闭锁且阀厅地刀合上后，才允许打开；阀厅大门未关闭时，不允许直流解锁；

② 直流滤波器围栏网门必须在对应的直流滤波器高低压侧地刀合上后，才允许打开。

(5) 使用机械锁。开关、刀闸、地刀的操作箱，水冷系统阀门，直流滤波器围栏网门，设备区域围栏门等均装有机械锁，不同区域使用不同钥匙，防止误入带电间隔。

(6) 直流换流站内的设备操作箱及直流滤波器围栏网门虽有机械锁，但如果走错间隔，仍可以打开柜门或网门，导致误入带电间隔。而交流变电站采用机械锁编码，打开相应的机械编码锁须在“五防”机中操作完成，可有效防止误开锁。

因此，可考虑在直流换流站中建立智能化锁钥匙管理系统，使任何操作箱、网门在开锁前均需在控制室后台单独授权，以有效防止误入带电间隔。

4 结束语

综上所述，直流换流站与交流变电站在“五防”系统设置上有较多不同之处，交流变电站有专门的“五防”闭锁装置；而直流换流站虽采用了一系列的“五防”手段来防止电气误操作，但无专用的“五防”闭锁装置，导致直流换流站“五防”不够严密，无法全面地强制性防范误操作；需要通过增加管理手段加以补充防范。因此，建议在新建直流换流站的设计中增加微机防误系统。而对于已投运的直流换流站，若全面装设“五防”系统则需要安装大量“五防”设备，会大大增加控制保护系统的复杂程度，不利于系统的稳定运行，建议结合实际设置微机防误系统。即在控制室装设微机“五防”主机；在所有网门、刀闸机构箱、接地线桩头处装设“五防”机械锁具；使所有断路器、刀闸、地刀的后台操作实现“五防”闭锁功能；使所有的刀闸、地刀、接地线的就地操作及网门开闭实现“五防”闭锁功能。

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黄 晨(1984-)，男，工程师，主要从事高压直流输电系统运行维护工作，email：huangchen311@hotmail．com。

肖士一(1988-)，男，技师，主要从事500 kV变电站运行维护工作。

作者简介：

收稿日期：2015-11-06。