云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司玉溪供電局 楊永旭 鄭果 皇劍 張琦 顏紅得

1 技術(shù)背景

35kV、10kV 不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)允許運(yùn)行2h，若接地點(diǎn)在開(kāi)關(guān)柜內(nèi)，人員易受跨步電壓觸電，同時(shí)接地相電壓降低，非接地相電壓升高，極易造成電纜頭等部位絕緣擊穿而發(fā)展為兩相接地，嚴(yán)重的甚至發(fā)生開(kāi)關(guān)柜爆炸，對(duì)人身安全威脅極大?，F(xiàn)行處置方式存在以下問(wèn)題。

第一，中低壓不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地概率高。按照《南網(wǎng)安規(guī)》要求，高壓設(shè)備接地故障時(shí)，室內(nèi)不得接近故障點(diǎn)4m 以?xún)?nèi)，室外不得接近故障點(diǎn)8m以?xún)?nèi)。進(jìn)入上述范圍的人員應(yīng)穿絕緣靴，接觸設(shè)備的外殼和構(gòu)架應(yīng)戴絕緣手套。云南地處高原，線路通道復(fù)雜，跨越森林較多，接地發(fā)生概率較高，現(xiàn)場(chǎng)處置雖有相關(guān)規(guī)定，但尚無(wú)能夠指導(dǎo)監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)工作人員的具體措施。

第二，單相接地現(xiàn)場(chǎng)處置流程系統(tǒng)性不足。發(fā)生接地后，監(jiān)控中心通過(guò)電壓變化判斷發(fā)生接地，根據(jù)負(fù)荷情況和線路布置情況依次進(jìn)行拉路，如果小電流接地選線裝置有相應(yīng)報(bào)文的則優(yōu)先拉開(kāi)選出的線路。值班人員查看變電站出入站記錄，電話通知現(xiàn)場(chǎng)，現(xiàn)行的處置流程對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的關(guān)注度不夠。

第三，不接地系統(tǒng)保護(hù)有一定空檔期。加裝不接地系統(tǒng)保護(hù)裝置，能夠在單相接地時(shí)選擇性地切除故障，主要分為小電流接地裝置和消弧線圈控制裝置兩個(gè)方向[1]。其中，小電流接地選線裝置選線和出口正確率不高，并且按照定值整定原則，選線跳閘后接地不消除到輪切母線，需要延時(shí)。消弧線圈控制裝置通過(guò)在單相接地時(shí)將小電阻投入運(yùn)行，使不接地系統(tǒng)變成臨時(shí)接地系統(tǒng)，產(chǎn)生零序故障電流，通過(guò)線路保護(hù)動(dòng)作切除故障，但這一過(guò)程也需要一定的延時(shí)?？傊?，目前不接地系統(tǒng)保護(hù)加裝縮短了接地時(shí)間，但仍有一定空檔期。

第四，接地運(yùn)行期間開(kāi)關(guān)柜爆炸風(fēng)險(xiǎn)高。一是絕緣薄弱點(diǎn)擊穿風(fēng)險(xiǎn)高，接地持續(xù)期間接地相電壓降低，非接地相電壓升高，極易造成電纜頭等部位絕緣擊穿而發(fā)展為兩相接地，嚴(yán)重的甚至發(fā)生開(kāi)關(guān)柜爆炸，對(duì)人身安全威脅極大。二是電壓互感器易爆炸，不接地系統(tǒng)電壓互感器常采用星形接線方式，電壓互感器的一次繞組是電網(wǎng)對(duì)地唯一的金屬性通道。發(fā)生故障時(shí)，電網(wǎng)對(duì)地電容通過(guò)電壓互感器一次繞組充放電，這一瞬間容易造成電壓互感器炸裂甚至爆炸，使周?chē)ぷ鞯娜藛T暴露在危險(xiǎn)的環(huán)境中。

第五，目前的接地信號(hào)上送方式不利于現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員快速撤離。如今的變電站基本實(shí)現(xiàn)了“無(wú)人值班＋集中監(jiān)控”模式，現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生接地后，接地信號(hào)通過(guò)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)送至監(jiān)控中心，反而正在接地點(diǎn)周?chē)ぷ鞯娜藛T并不能第一時(shí)間得知接地信息，存在信息傳遞的時(shí)間差。容易受跨步電壓觸電或暴露在開(kāi)關(guān)柜爆炸風(fēng)險(xiǎn)中。

第六，安風(fēng)體系思想在現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行不足。安全生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)管理體系明確要求，由于設(shè)備缺陷或者故障造成作業(yè)環(huán)境中不安全因素“弧光、火災(zāi)、SF6氣體泄漏、跨步電壓”，會(huì)對(duì)作業(yè)人員造成人身傷害風(fēng)險(xiǎn)[2]。安風(fēng)體系第九單元中要求對(duì)場(chǎng)所通風(fēng)、照明與能見(jiàn)度、消防管理等作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)危害因素的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行識(shí)別和控制，確保生產(chǎn)、工作等環(huán)境場(chǎng)所的整潔、規(guī)范、安全健康和有序，防止人員傷害和財(cái)產(chǎn)損失。

2 研究情況

從事故發(fā)展過(guò)程來(lái)看，接地發(fā)生到絕緣擊穿有一定的時(shí)間差，若能第一時(shí)間獲知接地信息并響應(yīng)，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員完全有時(shí)間撤離。為了規(guī)范不接地系統(tǒng)的單相接地現(xiàn)場(chǎng)處置方式、保障現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員人身安全，開(kāi)展基于安風(fēng)思想的高壓室綜合應(yīng)急處置方法研究及應(yīng)用勢(shì)在必行。

安全綜合預(yù)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。系統(tǒng)包括判斷模塊、信息處理模塊、告警模塊和處置模塊。其中，判斷模塊主要用于檢測(cè)電力生產(chǎn)場(chǎng)所發(fā)生母線接地、SF6氣體泄漏、火災(zāi)等預(yù)警動(dòng)作，信息處理模塊負(fù)責(zé)分析和處理信號(hào)，并將信號(hào)發(fā)送至告警模塊和處置模塊。告警模塊收到告警信號(hào)后，啟動(dòng)聲光及發(fā)出遙信報(bào)警；處置模塊收到告警信號(hào)后，啟動(dòng)門(mén)禁系統(tǒng)檢測(cè)和應(yīng)急系統(tǒng)。各個(gè)模塊相互聯(lián)動(dòng)，組成一套從異常信息采集、處理、告警到處置的綜合系統(tǒng)，能通過(guò)現(xiàn)代技術(shù)手段指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)接地處置，確保人身安全。

圖1 安全綜合預(yù)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

判斷模塊。采用“現(xiàn)有＋新增”方式，能夠綜合反映高壓室內(nèi)的接地、弧光、火災(zāi)、SF6氣體泄漏等危及人身安全的告警，包括保護(hù)裝置、環(huán)境和采樣判斷三種功能。保護(hù)裝置包括小電流接地選線裝置、消弧線圈控制裝置、弧光保護(hù)裝置，通過(guò)小電流接地選線裝置或消弧線圈控制裝置的接地告警信號(hào)接點(diǎn)，判斷母線發(fā)生接地。通過(guò)弧光保護(hù)的動(dòng)作信號(hào)接點(diǎn)，判斷高壓柜內(nèi)發(fā)生弧光短路。環(huán)境判斷包括火災(zāi)報(bào)警檢測(cè)、SF6氣體泄漏、SF6氣體濃度高告警，通過(guò)布置煙霧探測(cè)器，判斷生產(chǎn)場(chǎng)所發(fā)生火災(zāi)。通過(guò)斷路器SF6密度繼電器的氣體泄漏接點(diǎn)，判斷SF6氣體發(fā)生泄漏，通過(guò)SF6氣體濃度檢測(cè)傳感器，判斷SF6氣體濃度過(guò)高。采樣判斷模塊包括母線開(kāi)口電壓檢測(cè)模塊和跨步電壓檢測(cè)模塊，通過(guò)外接母線開(kāi)口電壓采樣數(shù)據(jù)，預(yù)先設(shè)置定值，通過(guò)開(kāi)口電壓升高判斷母線發(fā)生接地。通過(guò)在高壓室布置跨步電壓感應(yīng)器，當(dāng)產(chǎn)生跨步電壓時(shí)判斷發(fā)生接地。

信息處理模塊包括綜合分析、聯(lián)動(dòng)、人員檢測(cè)模塊。綜合分析模塊負(fù)責(zé)收集處理保護(hù)裝置、環(huán)境判斷和采樣判斷提供的報(bào)警信號(hào)，各個(gè)判斷模塊接點(diǎn)采樣按“或”邏輯處理。聯(lián)動(dòng)模塊負(fù)責(zé)在報(bào)警信號(hào)發(fā)生時(shí)，啟動(dòng)告警模塊和處置模塊。人員檢測(cè)模塊通過(guò)紅外感應(yīng)，判斷生產(chǎn)場(chǎng)所是否有工作人員，可根據(jù)人員進(jìn)出情況相應(yīng)地響應(yīng)。

告警模塊包括聲光報(bào)警和遙信報(bào)警模塊。聲光報(bào)警模塊收到信息處理模塊異常信息后立即啟動(dòng)聲光報(bào)警，提醒工作人員立即離開(kāi)現(xiàn)場(chǎng)。遙信報(bào)警模塊負(fù)責(zé)在收到異常信息后，提供硬接點(diǎn)，通過(guò)變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)向遠(yuǎn)方發(fā)信。

處置模塊包括門(mén)禁系統(tǒng)、告警計(jì)時(shí)系統(tǒng)和應(yīng)急安全工器具管理模塊。門(mén)禁系統(tǒng)具備人員進(jìn)出管控、安全工器具檢測(cè)和開(kāi)啟泄壓通道功能。發(fā)生異常時(shí)按“只出不進(jìn)”原則閉鎖出入口，控制外部人員進(jìn)入工作場(chǎng)所。確需進(jìn)入的人員應(yīng)該穿戴站內(nèi)配置的絕緣靴和絕緣手套等安全工器具，并通過(guò)門(mén)禁系統(tǒng)的安全工器具檢測(cè)模塊，才能打開(kāi)門(mén)禁系統(tǒng)進(jìn)入工作場(chǎng)所。門(mén)禁系統(tǒng)泄壓通道功能是當(dāng)發(fā)生報(bào)警后，將門(mén)窗預(yù)置的玻璃板打開(kāi)，僅保留鐵紗絲網(wǎng)門(mén)窗，若生產(chǎn)場(chǎng)所室內(nèi)發(fā)生短路，為柜內(nèi)爆炸提供泄壓通道。告警計(jì)時(shí)系統(tǒng)安裝在室內(nèi)墻上醒目位置，具備接地計(jì)時(shí)和語(yǔ)音通報(bào)功能，當(dāng)發(fā)生接地?zé)舾婢瘯r(shí)，開(kāi)始計(jì)時(shí)，工作人員可直觀獲取接地時(shí)間信息，計(jì)時(shí)后每隔5min 語(yǔ)音播報(bào)1 次，計(jì)時(shí)超過(guò)2h，變化為更緊促聲音提示。應(yīng)急安全工器具管理模塊以柜子的形式布置在門(mén)口和通道靠墻處，柜內(nèi)配置兩套絕緣工器具和絕緣手套，柜門(mén)平時(shí)自動(dòng)落鎖，發(fā)生告警時(shí)，自動(dòng)打開(kāi)柜門(mén)，方便現(xiàn)場(chǎng)人員取用。

安全綜合預(yù)警系統(tǒng)布置位置如圖2所示。

圖2 安全綜合預(yù)警系統(tǒng)布置位置

該系統(tǒng)是一個(gè)完整的現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)管控系統(tǒng)，本著基于風(fēng)險(xiǎn)、預(yù)先控制和系統(tǒng)性的原則，將各個(gè)模塊功能組裝成一個(gè)集中裝置，信息處理模塊可安裝在保護(hù)屏柜內(nèi)或打孔安裝在墻上，保護(hù)裝置告警采集判斷、環(huán)境判斷等通過(guò)連接點(diǎn)接入無(wú)線通信模塊，通過(guò)無(wú)線信號(hào)傳輸至信息處理模塊。處理完成后，聯(lián)動(dòng)、告警、處置模塊同樣采用無(wú)線信號(hào)傳輸信息。

3 問(wèn)題解決情況

本系統(tǒng)采用就地布置告警方式，信號(hào)發(fā)生方式與現(xiàn)有的綜自系統(tǒng)并行，互不干擾，一旦發(fā)生異常信號(hào)，立即告警提醒現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員立即離開(kāi)，縮短現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員暴露在高風(fēng)險(xiǎn)中的時(shí)間，從根本上解決異常處置對(duì)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員關(guān)注不足以及信號(hào)上送方式不利于現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員快速撤離的問(wèn)題。

考慮到密閉空間和開(kāi)闊空間爆炸的破壞力不同，率先設(shè)計(jì)接地報(bào)警立即開(kāi)啟的泄壓門(mén)窗，將高壓室密閉空間臨時(shí)變?yōu)殚_(kāi)闊空間，降低高壓柜爆炸的破壞力，在一定程度上解決高壓柜爆炸破壞力超大的問(wèn)題。

4 實(shí)施效果

第一，縮短作業(yè)人員暴露在風(fēng)險(xiǎn)中的時(shí)間。按照原有處置方式，調(diào)度人員電話通知現(xiàn)場(chǎng)人員，至少需要花費(fèi)3min。該項(xiàng)目能夠第一時(shí)間發(fā)出聲光報(bào)警，提醒工作人員撤離到安全區(qū)域，現(xiàn)場(chǎng)人員獲取接地信息并安全撤離耗時(shí)約20s，風(fēng)險(xiǎn)響應(yīng)效率提升了9倍。

第二，改善高壓場(chǎng)所的安全管理模式。除了第一時(shí)間在現(xiàn)場(chǎng)告警提醒人員快速離開(kāi)之外，成果具備的人員進(jìn)出管控，門(mén)窗泄壓通道快速開(kāi)啟，接地倒計(jì)時(shí)等功能，可以全方面管控作業(yè)人員的行為活動(dòng)，保障人身安全，同時(shí)通過(guò)系統(tǒng)的布置和實(shí)施，改善現(xiàn)場(chǎng)的安全管控模式。

第三，整合關(guān)鍵信號(hào)的發(fā)生及處置方式。變電站生產(chǎn)場(chǎng)所可以發(fā)送的異常信號(hào)數(shù)以千計(jì)，但是會(huì)危及現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員人身安全的信號(hào)不多，通過(guò)整合現(xiàn)場(chǎng)關(guān)鍵信號(hào)，抓住重點(diǎn)信號(hào)，針對(duì)確實(shí)有可能危及人身安全的信號(hào)及時(shí)反應(yīng)。

5 結(jié)語(yǔ)

該成果解決了現(xiàn)行接地預(yù)警不及時(shí)等問(wèn)題，彌補(bǔ)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)安全管控的不足，推進(jìn)變電站風(fēng)險(xiǎn)管理系統(tǒng)化和實(shí)用化的發(fā)展，有助于南網(wǎng)安規(guī)在作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)施，彌補(bǔ)安全生產(chǎn)的不足與短板。該系統(tǒng)具有安裝簡(jiǎn)單、使用方便、投資少、回報(bào)高等特點(diǎn)，有極高推廣價(jià)值。