• 头条配电网防误措施及分析
    2020-11-03 作者:翁治江  |  来源:《电气技术》  |  点击率:
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    导语配网防误一直是配网管理的重点和难点,配电网网架复杂、设备种类繁多,不同厂家生产的设备在操作方式各不相同,容易造成配网故障的发生。本文从配网防误的概念出发,系统地介绍了配网防误的各种措施,并结合风险分析与风险控制,提出各种配网防误的观点,对配网防误的设计、应用起到一定的参考作用。

    配网防误的概念是从主网引伸出来的,包括:1、防止误分合开关;2、防止带负荷分刀闸;3、防止带接地刀闸(接地线)合开关;4、防止带负荷合接地刀闸(挂接地线);5、防止误入带电间隔。但因配电网结构复杂、设备多样,网架变动频繁、运行方式时常改变等等,使配网防误又有着其自身的特点。

    1.防误装置的类型

    1.1警示装置

    主要包括带电显示器(光)和带电报警器(声):警示装置通过灯光、声音等方式给操作人员指示设备的运行状态,以防止误操作的发生。但严格来讲警示装置并不是一种可靠的技防措施,它必须结合管理手段才能实现可靠的防误。

    1.2位置挂锁

    位置挂锁可实现多种功能:1、当挂锁钥匙不允许运行人员使用时,相当于设备不可操作(假如设备是开关,则等同于死开关)。2、当挂锁钥匙允许运行人员使用时,起到防止了外单位人员随便操作设备的作用。3、当进线开关挂锁,出线开关不挂锁时,起到了警示了操作人员注意防止来电的作用。位置挂锁是设备本身防误功能不完善所产生的产物,它起到一定的防误作用,但可靠性不高。

    配电网防误措施及分析

     

    1.3机械联锁

    机构内部联锁:开关、刀闸、接地刀闸、活动门等设备通过各种固定安装的锁止开关、行程开关、转换开关、连杆等机械部件,实现各设备之间按照既定逻辑关系进行分合、开闭的机械联锁方式。

    机构辅助连锁:有些机构内部连锁通过了钥匙的传递实现,需要人工的配合,比如有些小车开关内部,小车室内装设了锁具,只有拉出小车开关,才能在小车室内的锁具上取得地刀的操作钥匙,进行解锁后才能合上地刀;同样,只有分开地刀,取得钥匙,插进小车室内的锁具上,小车才能推进去,从而实现内部联锁。

    机械级联程序锁:开关、刀闸、接地刀闸、活动门等设备通过各自固定安装的锁具的操作钥匙的传递实现各设备之间按照既定逻辑关系进行分合、开闭的机械联锁方式。

    该种联锁方式的特点是:只有进行了前一个设备的操作,才能取得下一个设备的操作钥匙,各设备必须使用操作钥匙开锁后才能操作。机构内部联锁、机构辅助连锁适用于单个设备的内部联锁,而机械级联程序锁适用于跨区域的远方联锁。机械联锁具有结构简单、运行可靠,故障率低的优点。

    1.4电气联锁

    控制回路闭锁:在开关控制回路中串接入其他开关、刀闸的辅助接点,只有在其他开关、刀闸的辅助接点在确定位置时,控制回路才能取得操作电源。

    保护联跳:在变压器室门、箱门等容易发生误入带电间隔的地方,在其室门或箱门处装设辅助接点,当变压器未停电时,箱门一旦打开,变压器取样电源便经辅助接点向配变开关柜的保护装置输出跳闸信号,以确保可靠停电,防止误入带电间隔。电气连锁是比较可靠的连锁方式,缺点是连锁设备之间需要布线,假如是跨区域的级联闭锁,布线工程量较大。

    1.5组合联锁

    在实际应用中,机械联锁、电气联锁等连锁方式往往是组合应用的。如电磁锁,它通过引入运行设备的电信号,通过电磁感应,控制辅助触点的导通和锁止,从而控制电磁锁是否能取得电源,一旦取得电源,则电磁锁的励磁线圈发生励磁,对锁栓进行吸合,从而实现开锁。

    1.6微机五防锁

    在变电站10kV高压室应用较广,原理主要是先将各种设备进行统一编码,并安装编码锁,操作设备时只能按照规定的顺序用五防钥匙对设备进行解锁后才能操作。由于配网设备分散,单个配电站的配电设备较小,不适宜采用微机五防锁。

    2.配网设备风险分析及控制

    2.1开关柜的风险分析及控制

    2.1.1 风险分析

    存在带电合地刀(挂接地线)、带地刀(接地线)合开关,发生三相接地短路,产生爆炸以及人员电弧烧伤;存在带负荷拉刀闸,造成电弧放电;存在打开带电的电缆室门,并进入工作,造成触电事故;存在误碰设备,造成误分、合闸。

    2.1.2 风险控制措施

    2.1.2.1 对于KYN柜,普遍具有基本的五防功能,包括:只有开关断开才能拉出小车(防止带负荷拉刀闸),只有拉出小车才能合地刀(防止带电合地刀),只有拉开地刀才能推入小车(防止带地刀合开关);合上地刀后才能开启电缆室门(防止误入带电间隔);开关按钮加装挡板并加锁或加装“远方/就地”切换按钮,平时打在远方状态,误碰开关按钮时不会操作开关设备(防止误分、误合开关)。

    2.1.2.2 对于负荷开关柜普遍具有基本的五防功能,包括:开关为三工位负荷/接地开关(开关、接地刀闸共用操作孔),只有分了开关才能操作地刀(防止带电合地刀),只有分开地刀才能操作开关(防止带地刀合开关);合上地刀后才能开启电缆室门(防止误入带电间隔);负荷开关柜一般为机械操作,不存在误碰设备(防止误分、误合开关)。

    2.1.2.3 当开关柜属于进线开关、出线开关、配变开关、联络开关时,则仍存在较大风险,以下分别讨论:

    2.1.2.3.1开关属于进线开关时,即使开关分开(小车柜小车已拉出),但线路仍然带电,仍然存在带电合地刀的风险。目前处理方式有以下几种:

    (1)加装带电显示器。有一定的提示作用,但只起到提示的作用,不能实现可靠的技防措施,只能结合管理手段来控制。同时带电显示器一旦发生故障(指示灯损坏的概率较高),则可能发生误操作。

    (2)拆除进线开关地刀。很大程度上防止了带电合地刀的情况。但当需要接地时,必先要打开电缆室门,用验电笔先验电,后接地。

    但此时则出现另外一个问题:带电打开电缆室门,存在一定的安全风险。对于KYN柜,采取的措施是在电缆室门加装电磁锁,假如线路带电,电磁锁不能开启。但电磁锁的故障率较高,直流电源的维护工作量较大。对于负荷开关柜,由于空间小,不能在电缆室内加挂接地线,需要接地时,只能将上一级的出线开关接地,扩大停电范围,而且接地点距离工作地点远,存在一定的安全风险。

    即使负荷开关柜有足够空间挂接地线,但跟KYN柜一样存在带电打开电缆室门的风险,而且,负荷开关柜因空间不足,而且没有专门直流电源,不能安装电磁锁,只能安装带电显示器作提示,必须结合管理手段来控制风险。

    (3)加装级联程序锁:在进线开关柜的上一级电源柜处安装锁具,只有上一级电源柜开关分闸,才能取出钥匙,再将钥匙插入本进线开关柜的地刀操作机构的锁具上,解锁后才能操作地刀。如施耐得RM6柜就是一种带有级联程序锁的负荷开关柜,在顺德北滘地区的电缆网络上用得较好。这种方式较可靠,但假如两个配电站的距离较远,停电时间可能较长。

    配电网防误措施及分析

     

    2.1.2.3.2当开关柜为出线开关时,假如下一级开关在检修状态,地刀合上(或挂上接地线),容易发生带地刀(接地线)合闸的风险。目前处理方式有以下几种:

    (1)通过管理手段,确认下一级已拆除安全措施后,才能允许本侧操作。这种方式是纯粹的管理手段。

    (2)将下一级的地刀辅助接点引入本侧开关的操作回路当中,只有在地刀分闸后,本侧开关才能取得操作电源进行操作。这种方式在顺德容桂区域应用广泛,但需要在两个配电站之间布二次线实现,且开关必须是可以电动操作的,负荷开关柜一般不能通过这种方式实现。

    (3)拆除进线开关地刀。分析跟进线开关一样(见2.1.2.3.1(2))。

    (4) 在出线开关柜的下一级负荷柜的地刀操作机构安装锁具,只有下一级负荷柜地刀分闸后,才能取出钥匙,再将钥匙插入本出线开关柜的开关操作机构的锁具上,解锁后才能操作开关。这种方式较可靠,但假如两个配电站的距离较远,停电时间可能较长。

    需要说明的是:对于出线开关,假如出线段为架空线路,且架空线上有临时接地线或飘挂物,此时合开关必然造成短路故障,但这种情况只能结合管理手段,确保临时接地线拆除,或者查找到故障点,目前暂不能采取有效的技防措施加以防范。

    对于环网线路中的开关,根据不同的运行方式进线开关与出线开关的功能是可转换的,因此在这种情况下,两种运行方式均要考虑。拆除地刀方式比较简单,但如要检修,需要挂接地线时必须结合管理手段来配合控制。加装锁具的方式比较可靠,且不必担心停电检修以及带电误入电缆室的问题,只需安装交叉联锁锁具,但要考虑造成停电时间的延长是否能够接受,相对来讲技防能力较上述方式都强。

    配电网防误措施及分析

     

    2.1.2.3.3开关柜是配变柜时,假如配变低压侧开关未断开,用户侧接有发电机,容易发生反送电,更换配变柜内的熔断器时容易发生人身触电;合地刀时容易发生带电合地刀。目前处理方式有以下几种:

    (1)按照操作规范遵循变压器停电应先停低压侧,再停高压侧,但这种只能靠管理手段满足。

    (2)加装电气联锁,在分开配变高压侧开关时,同时跳开低压侧开关。

    (3)在低压侧开关处加装位置锁具,只有低压开关分开,才能取出钥匙,再用该钥匙到配变柜地刀操作机构处解锁,然后才能合上地刀,合上地刀后才能开启电缆室门,取出配变保险。

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    2.1.2.3.4开关柜是联络开关柜时,开关两侧带电,若两侧电源相位不同、电压差较大,误合时容易造成弧光短路。

    由于联络开关需要核相(线路改造后也需要重新核相),因此造成相位不同的概率不大,同时经理论计算,同一个500kV电源下的10kV电路,电压差并不大,可以直接并网,故误合联络开关的风险比带地刀合开关要少得多。一般两侧均安装带电显示器即可。

    近年由于可靠性的要求越来越高,许多供电局已开展先合环,后转供(即不停电转供),联络开关的防误功能将逐渐弱化,甚至退出。对于现时建设有中心电房的比较复杂的“三供一备”甚至“多供一备”电缆网络,其中心电房内开关的防误,性质跟联络开关相同。

    2.2柱上开关的风险分析及控制

    2.2.1风险分析:柱上开关没有安装接地刀闸,但柱上开关的下一级如果接入开关柜,如果开关柜合上接地开关,则会出现带地刀合开关的风险。

    2.2.2风险控制措施:在架空线路、电缆线路混合架设的配电网,一般将开关柜的地刀加以拆除,以防止带地刀合开关的情况发生。需要说明的是:对于柱上开关,假如后段架空线路上有临时接地线或飘挂物,此时合开关必然造成短路故障,这种情况只能结合管理手段,确保临时接地线拆除,或者查找到故障点,目前暂不能采取有效的技防措施加以防范。

    2.3 双电源带母联的风险分析及控制

    2.3.1风险分析:双电源设计的站点正常运行时,不允许两路电源合环运行,可以一条线路带两段母线的负荷,母联开关合闸运行;或两路电源分别带一段母线运行,母联开关分闸。假如开关全部合闸,风险跟联络开关分析一致,见2.1.2.3.4。

    2.3.2风险控制措施:

    (1)加装机械程序锁。即“3合2”的模式,三个开关只能合两个,通过配置2条操作钥匙,确保只能同时合上2个开关

    (2)加装电气联锁。通过二次电缆引接开关分合状态接点至控制操作回路中(带有电动合闸的时候才可使用该模式),确保只能“3合2”。

    配电网防误措施及分析

     

    2.4配电变压器室(箱)的风险分析及控制

    2.4.1风险分析:带电进入变压器室(箱)内工作,造成触电事故

    2.4.2 风险控制措施:

    (1)安装带电报警器。当打开未停电的变压器室(箱)门时,警示装置立即发出报警铃声,起到一定的警示作用。

    (2)安装挂锁。钥匙由该电房的运行人员保存,可防止非运行人员误入带电间隔。

    (3)加装保护联跳回路。在变压器室门、箱门等容易发生误入带电间隔的地方,在其室门或箱门处装设辅助接点,当变压器未停电时,箱门一旦打开,变压器取样电源便经辅助接点向配变开关柜的保护装置输出跳闸信号,以确保可靠停电,防止误入带电间隔。电气连锁是比较可靠的连锁方式,但容易出现巡视检查时误拉开箱门,导致配变停电,降低可靠性。

    3.结论

    对于电缆网络,负荷开关柜基本没有挂设临时接地线的地方,该种网架适宜全线配置地刀,地刀与开关柜的电缆室门联锁,进线、出线采用交叉式机械级联锁具,通过传递钥匙满足防误需要。

    对于架空网络,或者架空为主的网络,可以将全线的进出线地刀拆除,电缆室门加装电磁锁具,防止误入带电间隔。架空网络容易找到靠近的接地点,可最大限度防止停电范围扩大。

    对于电磁锁目前争议较大,主要是其故障率较高。经过对故障损坏的电磁锁进行分析,电磁锁之所以故障率高是因为其长期带电励磁,容易烧线圈。目前许多厂家已经根据实际情况研发出正常运行时不励磁,不带电,开锁时才进行励磁,彻底改变了电磁锁容易损坏的弊端。

    另一方面,对于没有直流电源的配电站不能安装电磁锁的问题,已经有厂家研发出带电源的电磁锁钥匙,操作电源由电磁锁钥匙提供,大大拓宽了电磁锁的应用范围,而且免去了众多配电站直流电源的维护,原理见下图。

    配电网防误措施及分析

     

    综上所述,随着新技术的不断应用,配网防误水平已经有了很大的提高,然而并不是所有网络结构都能实现完全的技防的,有时还必须与管理手段相结合才能达到比较满意的效果,比如架空线上的临时接地线,只能通过工作票管理、巡视检查等手段加以确认接地线已拆除。同时,所有设备都有故障的时候,联锁装置故障也是经常发生的。

    这里就引伸出来解除联锁的几个概念:

    (1)开锁:即解除设备的外部联锁关系,但不进行开关、刀闸等操作的解锁行为。这种方式主要在防误装置故障处理时用到。

    (2)操作解锁:因解锁装置故障,需要解除设备的外部联锁关系,并进行开关、刀闸等操作的解锁行为。

    (3)事故解锁:解锁装置正常,但因紧急情况,需要解除设备的外部联锁关系进行开关、刀闸等操作的解锁行为。一般来说,只有存在万能解锁钥匙的设备才能进行解锁,比如电磁锁;假如机构内部机械联锁发生故障,也只能停电检修才能解决。

    (编自《电气技术》,原文标题为“基于风险评估的配网防误分析”,作者为翁治江。)