·基础研究·电气“五防”的选型与设计思想

书书书　第３０卷第１０期华电技术Ｖｏｌ．３０　Ｎｏ．１０　　　２００８年１０月ＨｕａｄｉａｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＯｃｔ．２００８　　·基础研究·电气“五防”的选型与设计思想Ｍｏｄｅｌｃｈｏｉｃｅａｎｄｄｅｓｉｇｎｉｄｅａｏｆｅｌｅｃｔｒｉｃ‘ｆｉｖｅｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ’ｄｅｖｉｃｅ薛玉喜ＸＵＥＹｕｘｉ（扬州第二发电厂，江苏扬州　２２５１３１）（ＹａｎｇｚｈｏｕＳｅｃｏｎｄＰｏｗｅｒＰｌａｎｔ，Ｙａｎｇｚｈｏｕ２２５１３１，Ｃｈｉｎａ）摘　要：通过对各种“五防”形式适用范围和扬州第二发电厂设备特点的分析，确定了在线式微机“五防”方案，本着功能齐全、使用方便的原则，阐述了该系统的设计思想。同时，简单地介绍了该系统的结构、防误闭锁逻辑以及系统的主要功能等。关键词：电气“五防”；防误装置；防误操作；系统；设计思想中图分类号：ＴＭ９２１．５　　　文献标志码：Ａ　　　文章编号：１６７４－１９５１（２００８）１０－０００１－０５Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄｏｎａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅａｐｐｌｉｃａｂｌｅｓｃｏｐｅｏｆｖａｒｉｏｕｓｅｌｅｃｔｒｉｃ‘ｆｉｖｅｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ’ｄｅｖｉｃｅａｎｄｔｈｅｅｑｕｉｐｍｅｎｔｆｅａｔｕｒｅｓｏｆＹａｎｇｚｈｏｕＳｅｃｏｎｄＰｏｗｅｒＰｌａｎｔ，ｔｈｅｏｎｌｉｎｅｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ‘ｆｉｖｅｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ’ｓｃｈｅｍｅｗａｓｓｅｌｅｃｔｅｄ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｃｏｍｐｌｅｔｅｆｕｎｃｔｉｏｎａｎｄｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔｆｏｒｕｓｅ，ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｄｅｓｉｇｎｉｄｅａｗａｓｅｘｐｏｕｎｄｅｄ．Ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ａｎｔｉｍｉｓｏｐｅｒａｔｉｏｎｌｏｃｋｏｕｔｌｏｇｉｃａｎｄｓｙｓｔｅｍｍａｉｎｆｕｎｃｔｉｏｎｗｅｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｂｒｉｅｆｌｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｅｌｅｃｔｒｉｃ‘ｆｉｖｅｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ’；ｍａｌｆｕｎｃｔｉｏｎｐｒｏｔｅｃｔｉｎｇｄｅｖｉｃｅ；ａｎｔｉｍｉｓｏｐｅｒａｔｉｏｎ；ｓｙｓｔｅｍ；ｄｅｓｉｇｎｉｄｅａ收稿日期：２００８－０７－２３１　５００ｋＶ／２２０ｋＶ系统概况１．１　系统接线方式５００ｋＶ系统为３／２接线方式，由双母线和四串开关组成，第１串和第２串为２个完整串，接有２条５００ｋＶ出线和＃１、＃２机组（２×６００ＭＷ）进线；第３串和第４串是二期工程增加的２个不完整串，接有＃３、＃４机组（２×６００ＭＷ）进线。２２０ｋＶ系统为单母线分段接线方式，共有２条２２０ｋＶ进线、２台２２０ｋＶ馈线开关，每台馈线开关带２台启动／备用变压器。５００ｋＶ和２２０ｋＶ系统之间没有联络变压器。１．２　系统的控制形式５００ｋＶ和２２０ｋＶ系统均采用常规的二次电缆控制形式。除了在网控盘上可以远方分合断路器和隔离刀闸操作外，在升压站就地还设置了单元就地集中控制柜（即ＬＣＣ柜）。在ＬＣＣ柜内可以分合１台断路器及该断路器所属的隔离刀闸和接地刀闸，即可以操作该断路器单元所属的所有设备。１．３　原有的“五防”功能分析由于５００ｋＶ和２２０ｋＶ系统的隔离刀闸和接地刀闸均采用电动操作，因此，系统原来的“五防”功能就是依靠常规的电气二次回路闭锁：当断路器在合闸状态时闭锁隔离刀闸操作；当隔离刀闸在合闸状态时闭锁接地刀闸合闸操作；反之当接地刀闸在合闸状态时闭锁隔离刀闸的合闸操作。即实现了防止带负荷拉合刀闸、防止带电合地刀、防止带地刀送电的三防功能，但是还缺少防止误拉误合开关、防止走错间隔操作两防功能。２　电气“五防”方案的确定２．１　各种防误形式及适用范围（１）机械连动式和机械程序锁形式的防误装置只适合单台（单元）设备内部的防误。（２）电气回路闭锁形式的防误其二次回路接线较为复杂，当设备单元较多时其逻辑关系实现起来较为困难。（３）电脑钥匙型微机防误装置虽然能够满足复杂的逻辑关系，但由于在操作前必须要模拟操作和　·２·华电技术第３０卷　设备状态对位，且在使用时操作繁锁，因此，在事故处理和检修人员调试设备时均需要解除闭锁，防误功能有漏洞。（４）在线式微机防误形式比较完善，由于它采用在线式逻辑判断，可直接执行操作步骤，不需要对防误装置本身进行额外的操作，所以，在事故处理和检修调试时均不需要解锁，即没有防误死角，达到了完全防误闭锁的要求。２．２　在线式微机防误形式的分析在线式微机防误形式如图１所示。这种防误装置与电脑钥匙型防误装置虽然都属于微机型防误产品，但是两者有着本质的区别。由于该装置使用实时状态信息进行在线的逻辑判断且在线的改变系统中各个设备操作的闭锁状态，因此，它具有操作前不需模拟预演（当然也可以模拟预演）、可以即时进行操作、具有随时防误闭锁作用、不需要进行额外（有关对防误装置）的操作等优点。无论是正常操作、事故处理、还是检修调试都能起到防误作用（即具有完全防误功能）。它克服了电脑钥匙型微机防误装置的所有缺点，是一种比较理想的微机型防误产品。微机型防误闭锁在线式防误闭锁分散式控制{集中式控制{电脑钥匙型防误闭锁图１　在线式微机防误形式２．３　分散式和集中式控制形式的区别在线式微机防误闭锁又分为分散式和集中式２种控制形式，如图１所示。所谓集中式控制就是装在就地集中控制ＬＣＣ柜内的遥控闭锁继电器通过网络仅受后台机的控制，而遥控闭锁继电器本身没有逻辑判断功能，仅是后台机逻辑判断结果的执行元件，所以，称之为“网络式集中控制系统”，它的逻辑判断和动作指令均集中在后台机上，因此，该系统完全依赖于网络，如果网络通讯中断将会影响５００ｋＶ及２２０ｋＶ的正常操作。分散式控制就是在每个ＬＣＣ柜内均装设１套微机型单元防误装置，以实现该开关所属的所有隔离刀和地刀的基本防误功能。后台机通过网络将所有ＬＣＣ柜内的单元防误装置连接起来组成了系统防误装置。每个ＬＣＣ柜内的单元防误装置在网络中断的情况下能够独立工作起到基本防误作用，另外，它还能识别来自网络的错误逻辑等信息。由于单元防误装置和后台机均具有防误闭锁逻辑的判断和控制功能，故称为“分散控制系统”，分散式控制形式与其他控制形式相比，较为完善。２．４　防误形式的确定由于二期工程电气系统的范围广、系统多，有些还要和一期工程联系起来，闭锁逻辑较为复杂。因此，采用在线式微机防误形式较为合适，根据上述介绍，采用在线式的分散控制系统结构更为合理。它的主要结构和工作原理为实时采集设备状态，用微机进行逻辑判断，用闭锁中间继电器来闭锁电动操作的设备；用电磁闭锁机构来闭锁手动操作的设备。在线式分散控制系统可以满足状态信息的实时性和可靠性、闭锁的强制性、操作的方便性、事故处理和检修调试时的即时性的要求。３　在线式微机防误装置的优点（１）在线式微机防误装置吸取了电磁闭锁机构的灵活性，发挥了微机型防误装置便于逻辑组态和便于扩展的长处，采用了电气闭锁设备状态信息实时性的优点。（２）在线式微机防误装置具有设备状态信息真伪性识别功能（如对比较重要的设备状态进行双位置采集和判断）。例如，对于同一设备，所采集的常闭接点状态必须与其常开接点的状态相反，否则，它会发出设备状态不到位的报警信号。（３）在线式微机防误装置克服了电脑钥匙型微机防误装置操作复杂、事故处理和检修调试时必须解锁、设备状态信息不可靠、容易走空程等缺点。是目前电力系统中唯一能称得上的完全防误闭锁装置。（４）在线式微机防误装置其逻辑组态用微机来完成，设备状态信息采集和防误控制的输出，均采用数据网络形式传送，可以节省大量的二次控制电缆。与此相反，常规电气回路闭锁装置的逻辑组态是靠设备的辅助接点和与其接点一一对应的二次控制电缆搭成的，它需要大量的二次控制电缆，成本高且施工的工作量大。（５）在线式微机防误装置不需要额外的（针对防误装置的）操作，在实际操作中如果操作正确，感觉不到有防误装置的存在，但若操作错误，防误装置将进行强制性闭锁，这时就能感觉到防误装置了。４　电气五防系统的设计要求根据国家有关标准规范的规定，中压及其以上电压等级的配电装置都必须具备强制性的“五防”装置，其具体要求有２个方面。４．１　“五防”总则（１）防止误分、误合断路器。　第１０期薛玉喜：电气“五防”的选型与设计思想·３·　　　（２）防止带负荷拉合刀闸或进出小车开关。（３）防止带地刀送电。（４）防止带电合接地刀。（５）防止误入带电间隔。４．２　中压厂用电系统防误功能的具体要求对于电源进线柜和有可能倒送电（如煤场变馈线等）开关柜“五防”闭锁逻辑条件中必须加入相关系统的设备状态（如发变组、启动／备用变压器、煤场３ｋＶ母线等设备状态），并且还能够相互闭锁。不能忽视以下防误功能：（１）发变组（启动／备用变压器）处于检修状态时，能闭锁工作（备用）电源进线开关的送电操作；（２）当发变组（启动／备用变压器）处于运行状态时，能闭锁工作（备用）电源进线柜内的合地刀操作；（３）当发变组（启动／备用变压器）处于运行状态时，无法打开工作（备用）电源进线柜的电缆室门；（４）当工作（备用）电源进线柜内的地刀未拉开时，能闭锁主变压器（启动／备用变压器）高压侧刀闸的合闸操作；（５）对于有可能倒送电的馈线柜（如煤场变压器等）的防误要求与以上相同；（６）中压母线电压互感器间隔内的母线地刀，应与工作和备用电源进线开关之间互为闭锁；（７）应能实现防止误拉、误合开关的功能。５　电气设备的操作与防误控制形式分析综上所述，厂用３ｋＶ／１０ｋＶ系统、发变组系统、２２０ｋＶ系统和５００ｋＶ系统都需要配备“五防”装置。其中，２２０ｋＶ和５００ｋＶ系统的设备全部是电动操作；３ｋＶ／１０ｋＶ厂用电系统虽然是手动操作，但是ＡＢＢ的开关柜无论是母线还是工作／备用电源进线的接地方法都采用接地刀闸形式，并且接地刀闸和小车开关的进出车机构都便于安装电磁闭锁机构。因此，所有电气设备防误闭锁的执行均可以采用接点闭锁形式，即类似于常规的电气（二次回路）闭锁，但是却不能简单地采用电气闭锁形式。因为电气闭锁的逻辑组态是靠设备辅助接点和二次电缆搭成的，只能满足单元设备简单的逻辑关系，而以上所有系统之间还存在一定的关联关系，其逻辑关系复杂、繁锁，电气闭锁的逻辑形式根本无法实现。因此，只能采用微机形式的逻辑组态结构才能够实现。以上所选定的在线式微机防误装置就能满足这些要求，它是用数据网络来采集设备的状态信息，用微机来进行信息分析和逻辑判断，最后将控制输出通过数据网络送给防误对象。６　在线式微机防误系统的设计思想６．１　防误系统要与操作票系统联接起来大家知道，要保证电气操作不出差错必须把握住３个环节：一是发令要正确；二是要有正确的操作票；三是操作过程不出差错。很显然，防误装置的作用就是把握住第３个环节，即操作过程不出差错。实际上，在操作票正确的前提下，只要强制（完全）按照操作票执行就不会出错。要做到这一点就必须要将防误系统与操作票系统联接起来，也就是说，防误系统除了判断最基本的操作逻辑外，还要能够按照操作票中的步骤来开放操作闭锁。这样也就克服了常规的电气回路闭锁防误装置不能防止误拉、误合开关的不足等敝端。６．２　采用操作票系统的操作原则库由于操作票系统也具有操作原则库，为了保持一致性，防误系统也采用操作票系统中的操作原则库且由操作票系统来维护和修改，防误系统仅读取。６．３　向操作票系统开放设备状态库由于防误系统设备状态库的实时性很好，为了方便操作票系统判断操作前的设备状态、简化人机对话的选项，因此，应允许操作票系统读取设备状态库。６．４　接收操作票系统提供的操作步骤清单该防误系统不仅能够防止恶性误操作事故，还能够防止非恶性的误操作事故。若能严格按照操作票的步骤来开放设备的操作闭锁，就必须向操作票系统索取操作步骤清单，以满足逻辑判断的要求。６．５　采用ＣＡＮ网形式由于中压厂用系统、２２０ｋＶ和５００ｋＶ系统等都需要配备防误装置，每个系统中的设备又比较分散，并且防误装置也不可能同时施工，因此，必须采用便于扩展、便于连接、便于施工和可靠性比较高的数据网络。通过比较，采用ＣＡＮ网的网络形式比较合适。６．６　每个开关柜均配置终端设备为了方便施工、避免二次电缆的衍设、减少柜内二次回路的接