黃 晨，肖士一(國網(wǎng)湖南省電力公司檢修公司，湖南 長沙 410007)

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直流換流站“五防”技術(shù)探討

黃 晨，肖士一
(國網(wǎng)湖南省電力公司檢修公司，湖南 長沙 410007)

〔摘 要〕介紹了直流換流站“五防”的概念以及直流換流站的“五防”措施；通過與交流變電站“五防”措施的對比，分析了直流換流站的 “五防”技術(shù)的現(xiàn)狀，并對發(fā)現(xiàn)的問題提出了改進(jìn)建議。

〔關(guān)鍵詞〕直流換流站；交流變電站；“五防”；直流閉鎖

0 引言

在電力系統(tǒng)生產(chǎn)過程中，倒閘操作直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，因此防止電氣誤操作是運(yùn)行管理最重要的工作。為防止電氣誤操作引發(fā)的人身、電網(wǎng)和設(shè)備事故，在操作回路設(shè)置電氣閉鎖或裝設(shè)微機(jī)“五防”系統(tǒng)，已成為防止誤操作的必要技術(shù)手段。

目前，交流變電站的防誤閉鎖已從常規(guī)的機(jī)械閉鎖和電氣閉鎖向微機(jī)防誤閉鎖發(fā)展，并取得了很好的效果，特別在新建變電站內(nèi)的應(yīng)用更為廣泛，技術(shù)更為成熟。然而，直流換流站的防誤閉鎖與交流變電站的防誤閉鎖存在一定差異，對直流“五防”的理解也一直比較模糊。下文通過分析直流換流站防誤閉鎖設(shè)置，結(jié)合交流“五防”技術(shù)，對直流換流站“五防”系統(tǒng)提出一些建議，為直流“五防”的完善提供借鑒。

1 “五防”概述

“五防”是指防止帶負(fù)荷分合刀閘、防止誤入帶電隔離區(qū)間、防止誤分合斷路器、防止帶電掛接地線或合接地刀閘、防止帶地線或接地刀閘送電5項(xiàng)電氣誤操作。

目前交流變電站中廣泛使用微機(jī)防誤閉鎖裝置閉鎖的設(shè)備有斷路器、隔離開關(guān)、接地刀閘(接地線)、遮欄網(wǎng)門等，這些設(shè)備通過微機(jī)鎖具(電編碼鎖和機(jī)械編碼鎖)實(shí)現(xiàn)閉鎖，并由控制保護(hù)軟件編寫操作閉鎖規(guī)則。

2 直流換流站“五防”措施

相對于交流變電站，直流換流站無專門的微機(jī)“五防”裝置，主要通過以下幾種措施進(jìn)行防誤。

2.1 控制保護(hù)軟件聯(lián)鎖

通過控制保護(hù)軟件編寫操作規(guī)則，負(fù)責(zé)開關(guān)、刀閘、地刀、直流控制模式、直流場設(shè)備之間的聯(lián)鎖。控制保護(hù)系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場各設(shè)備的狀態(tài)和參數(shù)，實(shí)現(xiàn)防止帶負(fù)荷分合隔離開關(guān)、帶電合接地開關(guān)、帶接地開關(guān)合斷路器(隔離開關(guān))，防止誤入帶電的閥廳和直流濾波器圍欄內(nèi)等。

2.2 電氣聯(lián)鎖

在直流換流站開關(guān)、刀閘、地刀就地操作的控制回路中，串連接入了軟件聯(lián)鎖的硬件接點(diǎn)。只有當(dāng)軟件聯(lián)鎖條件滿足后，該接點(diǎn)才閉合，控制回路正電源才能夠接通，有效防止就地誤操作。

2.3 電磁聯(lián)鎖

閥廳大門、直流濾波器圍欄門帶有電磁閉鎖裝置，當(dāng)閥廳與直流濾波器未轉(zhuǎn)檢修時(shí)，閥廳大門和直流濾波器圍欄門被電磁閉鎖，無法打開。

2.4 機(jī)械聯(lián)鎖

相鄰的刀閘和地刀之間有機(jī)械聯(lián)鎖，通過電氣設(shè)備的機(jī)械聯(lián)動部件對相應(yīng)設(shè)備操作構(gòu)成閉鎖。刀閘合上后地刀將無法合上，地刀合上后刀閘將無法合上。

2.5 安全管理

以上防誤閉鎖手段為強(qiáng)制性閉鎖，但還無法完全實(shí)現(xiàn)“五防”，需依靠現(xiàn)場安全管理來進(jìn)行彌補(bǔ)，如增加間接驗(yàn)電、設(shè)置安全警示牌、“兩票三制”、操作票預(yù)控、安全工器具管理等。

3 直流換流站“五防”技術(shù)分析

3.1 防止誤分合斷路器

目前，直流換流站防止誤分合斷路器還沒有完善的強(qiáng)制性手段。但是，在控制保護(hù)軟件中，對特殊工況下能夠引起直流閉鎖的操作已進(jìn)行了有效的防范，確保不會因?yàn)檎`分開關(guān)導(dǎo)致直流閉鎖。

(1) 防止誤分開關(guān)導(dǎo)致?lián)Q流變不能連接至交流母線，引起單極閉鎖。換流變所在串的3個(gè)開關(guān)之間有非常嚴(yán)密的聯(lián)鎖條件，當(dāng)任一開關(guān)合閘時(shí)，將無法手動拉開其他開關(guān)。交流場開關(guān)示意如圖1所示：若直流系統(tǒng)已閉鎖，允許Q2開關(guān)分閘；若Q3開關(guān)已合閘，允許Q2開關(guān)分閘；若直流系統(tǒng)已解鎖，且未通過Q3開關(guān)連接到Ⅱ母，則不允許Q2開關(guān)分閘。

圖1　交流場開關(guān)示意

(2) 防止誤分線路開關(guān)導(dǎo)致交流出線無法送出功率，引起雙極閉鎖。直流換流站交流出線的開關(guān)之間有嚴(yán)密的聯(lián)鎖條件，當(dāng)僅剩1條線路且為單開關(guān)運(yùn)行時(shí)，運(yùn)行開關(guān)遠(yuǎn)方和就地均無法分閘，只能保護(hù)動作跳閘，可有效防止因誤分線路開關(guān)而導(dǎo)致的雙極閉鎖。

(3) 防止誤分直流開關(guān)導(dǎo)致直流單極閉鎖。直流開關(guān)允許分合的條件有可靠的軟件聯(lián)鎖；在直流系統(tǒng)解鎖狀態(tài)下，禁止手動分閘操作，可有效防止因誤分直流開關(guān)而導(dǎo)致的直流單極閉鎖。

(4) 直流換流站對與直流系統(tǒng)運(yùn)行聯(lián)系密切的開關(guān)進(jìn)行全面的聯(lián)鎖，可有效防止因誤分直流開關(guān)而導(dǎo)致的直流單極閉鎖。但對于單一開關(guān)的分合閘而言，無法有效避免誤操作，例如在監(jiān)控系統(tǒng)上操作5011開關(guān)，若誤點(diǎn)擊5021開關(guān)，將造成誤操作。而在交流變電站，操作人員首先根據(jù)操作票在“五防”機(jī)上進(jìn)行操作；操作正確后，將操作編碼發(fā)送至操作機(jī)；操作機(jī)再根據(jù)從“五防”機(jī)接收的編碼進(jìn)行完全一致的操作。若在操作機(jī)上將開關(guān)選錯(cuò)，將無法完成整個(gè)操作。

直流換流站對于防止誤分合開關(guān)方面的手段集中在幾個(gè)關(guān)鍵開關(guān)和其功能上，而對于大部分開關(guān)均無強(qiáng)制性防范手段。因此，直流換流站防止誤分合開關(guān)能力比交流變電站薄弱。除正常的軟件聯(lián)鎖外，交流變電站還增加了操作機(jī)和“五防”機(jī)之間的校驗(yàn)解鎖環(huán)節(jié)，比直流換流站更為嚴(yán)謹(jǐn)，做法也更加有效。建議在新建直流工程中，借鑒交流變電站的思路，增加操作校驗(yàn)環(huán)節(jié)，切實(shí)防止誤分合開關(guān)。

3.2 防止帶負(fù)荷分合隔離開關(guān)

對直流換流站而言，由于直流濾波器的特殊性，直流濾波器刀閘可帶負(fù)荷分合，故不存在防止帶負(fù)荷分合隔離開關(guān)的問題。但交直流場其他刀閘和交流濾波器場刀閘則禁止帶負(fù)荷分合。

(1) 交直流場隔離開關(guān)。在控制保護(hù)軟件中，隔離開關(guān)的分合閘條件有軟件聯(lián)鎖，即無論遠(yuǎn)方還是就地操作，只有當(dāng)斷路器在分閘位置時(shí)，才允許進(jìn)行分合閘操作，這樣才可有效防止帶負(fù)荷分合隔離開關(guān)。

(2) 直流濾波器刀閘。由于運(yùn)行時(shí)諧波電流并不大，即使電容器有故障，直流濾波器也可直接帶負(fù)荷拉開刀閘進(jìn)行檢修，檢修后帶負(fù)荷直接合閘投入運(yùn)行。其聯(lián)鎖邏輯為：

① 分閘聯(lián)鎖：高壓側(cè)刀閘一直允許分閘，低壓側(cè)刀閘必須在高壓側(cè)刀閘拉開后才允許分閘；

② 合閘聯(lián)鎖：低壓側(cè)刀閘在地刀全部拉開后才允許合閘，高壓側(cè)刀閘必須在低壓側(cè)刀閘合上后才允許合閘。

雖然直流濾波器允許帶電分合，但如果換流站內(nèi)2組直流濾波器均斷開，將導(dǎo)致直流單極閉鎖。所以直流濾波器刀閘的軟件聯(lián)鎖條件并不完善，存在誤操作風(fēng)險(xiǎn)。建議對這種特殊工況加強(qiáng)聯(lián)鎖，防止直流單極閉鎖。

(3) 直流換流站在防止帶負(fù)荷分合隔離開關(guān)方面，遠(yuǎn)方操作通過軟件聯(lián)鎖實(shí)現(xiàn)，就地操作通過電氣閉鎖實(shí)現(xiàn)，閉鎖接點(diǎn)通過軟件聯(lián)鎖條件控制。而在交流變電站內(nèi)，“五防”機(jī)中包含了防止帶負(fù)荷分合隔離開關(guān)的軟件聯(lián)鎖，就地有電氣聯(lián)鎖，接點(diǎn)靠機(jī)械編碼鎖控制，而機(jī)械編碼鎖則依靠電腦鑰匙進(jìn)行解鎖。

綜上所述，交直流場中均能夠?qū)崿F(xiàn)強(qiáng)制性防止帶負(fù)荷分合隔離開關(guān)，但由于直流場的特殊性，2組直流濾波器之間的聯(lián)鎖功能還有待完善。建議增加相互監(jiān)視的邏輯，防止誤拉2組直流濾波器刀閘而導(dǎo)致直流單極閉鎖。

3.3 防止帶電掛(合)接地線(接地開關(guān))

(1) 防止帶電合接地刀閘。在直流控制保護(hù)軟件中，只有當(dāng)?shù)堕l拉開時(shí)，才允許合接地刀閘，因此可強(qiáng)制性防范帶電合接地刀閘。

(2) 防止帶電掛接地線。目前直流換流站主要通過機(jī)械位置指示、帶電顯示、模擬量測量、監(jiān)控系統(tǒng)指示等方法確認(rèn)無電后掛接地線，無強(qiáng)制性防范措施，僅靠“兩票三制”和安全工器具管理彌補(bǔ)控制保護(hù)軟件的漏洞。因此，如果工作人員走錯(cuò)間隔，將會導(dǎo)致帶電掛接地線。

(3) 防止帶電掛接地線的改進(jìn)措施。目前交流變電站“五防”機(jī)中的軟件完全可以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制性防范帶電掛接地線，其措施值得直流換流站參考。

① 根據(jù)需要設(shè)置臨時(shí)接地點(diǎn)，配置接地樁并加裝機(jī)械編碼鎖。在站內(nèi)設(shè)置臨時(shí)接地點(diǎn)，臨時(shí)接地線必須掛在臨時(shí)接地點(diǎn)上，臨時(shí)接地點(diǎn)的閉鎖由地線頭、地線樁和機(jī)械編碼鎖共同完成。地線頭、地線樁外形如圖2所示。不掛地線時(shí)將機(jī)械編碼鎖鎖在地線樁上，如圖3所示 ；需掛地線時(shí)，先用電腦鑰匙打開機(jī)械編碼鎖，再裝上地線。

圖2　地線頭、地線樁外形

② 在監(jiān)控系統(tǒng)中加入接地線相關(guān)監(jiān)控并使其參與軟件聯(lián)鎖，相當(dāng)于在軟件中增加了1組臨時(shí)接地刀閘相關(guān)功能，其操作方法與實(shí)際地刀操作一致，但是接地線實(shí)際狀態(tài)需要通過電腦鑰匙上送。

3.4 防止帶接地線(接地開關(guān))合斷路器(隔離

開關(guān))

(1) 防止帶接地線合斷路器(隔離開關(guān))。由于直流換流站控制保護(hù)系統(tǒng)無法采集到臨時(shí)接地線狀態(tài)，無法監(jiān)視接地線，故無法進(jìn)行有效防范，只能通過加強(qiáng)“兩票三制”、安全工器具及接地線管理等來預(yù)防。

圖3　不掛接地線時(shí)的情況

(2) 防止帶接地開關(guān)合斷路器(隔離開關(guān))。在直流控制保護(hù)軟件中，斷路器及隔離開關(guān)合閘有嚴(yán)密的聯(lián)鎖條件，可強(qiáng)制性防止帶接地開關(guān)合斷路器和隔離開關(guān)；此外，在隔離開關(guān)與相鄰接地開關(guān)之間還設(shè)有機(jī)械閉鎖，可有效防止帶接地開關(guān)合隔離開關(guān)。

相較于直流換流站，交流變電站的“五防”系統(tǒng)可以有效預(yù)防帶接地線(接地開關(guān))合斷路器(隔離開關(guān))。因此可考慮借鑒交流變電站“五防”系統(tǒng)，在直流換流站內(nèi)增設(shè)帶有機(jī)械編碼鎖的臨時(shí)接地點(diǎn)，只有得到值班人員許可并使用相應(yīng)的解鎖鑰匙時(shí)，方可裝設(shè)臨時(shí)接地線。

3.5 防止誤入帶電間隔

(1) 利用VI標(biāo)識對區(qū)域進(jìn)行明顯標(biāo)志。直流換流站設(shè)備區(qū)域的標(biāo)識非常齊全，可有效引導(dǎo)工作人員，防止誤入帶電間隔。

(2) 利用安全警示牌對帶電區(qū)域進(jìn)行警示。設(shè)置安全警示牌也是一種安全管理手段，如在直流充電裝置處設(shè)置安全警示牌對帶電區(qū)域進(jìn)行警示，對爬梯設(shè)置檔板并加鎖等。

(3) 進(jìn)行間接驗(yàn)電?？赏ㄟ^機(jī)械位置指示、帶電顯示、模擬量測量等指示來判別工作區(qū)域是否帶電，防止誤入帶電間隔。

(4) 軟件聯(lián)鎖。直流換流站閥廳大門和直流濾波器圍欄網(wǎng)門均有電磁鎖閉鎖功能，在控制保護(hù)軟件中有嚴(yán)密的聯(lián)鎖條件：

① 閥廳大門須在換流閥閉鎖且閥廳地刀合上后，才允許打開；閥廳大門未關(guān)閉時(shí)，不允許直流解鎖；

② 直流濾波器圍欄網(wǎng)門必須在對應(yīng)的直流濾波器高低壓側(cè)地刀合上后，才允許打開。

(5) 使用機(jī)械鎖。開關(guān)、刀閘、地刀的操作箱，水冷系統(tǒng)閥門，直流濾波器圍欄網(wǎng)門，設(shè)備區(qū)域圍欄門等均裝有機(jī)械鎖，不同區(qū)域使用不同鑰匙，防止誤入帶電間隔。

(6) 直流換流站內(nèi)的設(shè)備操作箱及直流濾波器圍欄網(wǎng)門雖有機(jī)械鎖，但如果走錯(cuò)間隔，仍可以打開柜門或網(wǎng)門，導(dǎo)致誤入帶電間隔。而交流變電站采用機(jī)械鎖編碼，打開相應(yīng)的機(jī)械編碼鎖須在“五防”機(jī)中操作完成，可有效防止誤開鎖。

因此，可考慮在直流換流站中建立智能化鎖鑰匙管理系統(tǒng)，使任何操作箱、網(wǎng)門在開鎖前均需在控制室后臺單獨(dú)授權(quán)，以有效防止誤入帶電間隔。

4 結(jié)束語

綜上所述，直流換流站與交流變電站在“五防”系統(tǒng)設(shè)置上有較多不同之處，交流變電站有專門的“五防”閉鎖裝置；而直流換流站雖采用了一系列的“五防”手段來防止電氣誤操作，但無專用的“五防”閉鎖裝置，導(dǎo)致直流換流站“五防”不夠嚴(yán)密，無法全面地強(qiáng)制性防范誤操作；需要通過增加管理手段加以補(bǔ)充防范。因此，建議在新建直流換流站的設(shè)計(jì)中增加微機(jī)防誤系統(tǒng)。而對于已投運(yùn)的直流換流站，若全面裝設(shè)“五防”系統(tǒng)則需要安裝大量“五防”設(shè)備，會大大增加控制保護(hù)系統(tǒng)的復(fù)雜程度，不利于系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，建議結(jié)合實(shí)際設(shè)置微機(jī)防誤系統(tǒng)。即在控制室裝設(shè)微機(jī)“五防”主機(jī)；在所有網(wǎng)門、刀閘機(jī)構(gòu)箱、接地線樁頭處裝設(shè)“五防”機(jī)械鎖具；使所有斷路器、刀閘、地刀的后臺操作實(shí)現(xiàn)“五防”閉鎖功能；使所有的刀閘、地刀、接地線的就地操作及網(wǎng)門開閉實(shí)現(xiàn)“五防”閉鎖功能。

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黃 晨(1984-)，男，工程師，主要從事高壓直流輸電系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)工作，email：huangchen311@hotmail．com。

肖士一(1988-)，男，技師，主要從事500 kV變電站運(yùn)行維護(hù)工作。

作者簡介：

收稿日期：2015-11-06。