水電站電氣防誤系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及防誤關(guān)閉方案研究

水電站電氣防誤系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及防誤關(guān)閉方案研究

大型節(jié)水裝置在系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用，對(duì)電氣運(yùn)行的可靠性和安全性也有更高的要求。因此,在大中型水電站設(shè)計(jì)過程中就要充分考慮電氣“五防”的要求,為電站設(shè)計(jì)一套安全可靠、操作簡便的電氣防誤操作系統(tǒng)來確保人身和設(shè)備安全。1防止帶地線誤操作目前,電力系統(tǒng)各種規(guī)程、規(guī)定、文件中所提及的電氣“五防”是指:防止誤分、合斷路器;防止帶負(fù)荷分、合隔離開關(guān);防止帶電掛(合)接地線(接地刀閘);防止帶地線(接地刀閘)合斷路器(隔離開關(guān));防止誤入帶電間隔。為了防止這些誤操作的出現(xiàn),大部分電站都設(shè)計(jì)采用了防誤裝置,但是由于種種原因仍出現(xiàn)各種誤操作。電力系統(tǒng)不斷發(fā)展,操作方式也發(fā)生了很大變化:遠(yuǎn)方操作、就地操作、檢修操作、事故操作、多地點(diǎn)操作、解鎖操作等。要防止上述操作方式下的各種誤操作,強(qiáng)制性閉鎖措施是必不可少的,而當(dāng)前很多電站的電氣防誤措施都不能完全滿足要求。因此,需要為電站設(shè)計(jì)配置一套功能完善、理念先進(jìn)的電氣防誤操作系統(tǒng)。2防誤封閉系統(tǒng)傳統(tǒng)電氣防誤閉鎖回路是建立在二次操作回路上的一種防誤功能,一般通過開關(guān)和刀閘的輔助接點(diǎn)聯(lián)鎖來實(shí)現(xiàn)。這是電氣防誤閉鎖最基本的形式,閉鎖可靠。但這種方式需要接入大量的二次電纜,接線方式較為復(fù)雜,運(yùn)行維護(hù)較為困難,還有輔助接點(diǎn)接觸不可靠等缺點(diǎn)。另外,傳統(tǒng)電氣閉鎖回路一般只能防止斷路器、隔離開關(guān)和接地開關(guān)的誤操作,對(duì)誤入帶電間隔、接地線的掛線(拆除)等電氣二次閉鎖接線復(fù)雜,尤其是帶電間隔網(wǎng)門對(duì)外部開關(guān)的操作閉鎖,實(shí)現(xiàn)起來邏輯比較復(fù)雜,拆除比較困難。微機(jī)防誤閉鎖系統(tǒng)不直接采用現(xiàn)場設(shè)備的輔助接點(diǎn),接線簡單,它通過防誤閉鎖系統(tǒng)及軟件規(guī)則庫和現(xiàn)場鎖具來實(shí)現(xiàn)防誤操作閉鎖。微機(jī)防誤閉鎖系統(tǒng)可根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況,編寫相應(yīng)的“五防”規(guī)則程序,可以實(shí)現(xiàn)較為完整的“五防”功能和杜絕不正常的操作行為發(fā)生,但是在微機(jī)系統(tǒng)故障而解除閉鎖時(shí),“五防”功能完全失去。3電氣系統(tǒng)故障鎖的治理方案通過對(duì)傳統(tǒng)電氣防誤閉鎖和微機(jī)防誤閉鎖的分析可知,將傳統(tǒng)電氣防誤閉鎖和微機(jī)防誤閉鎖系統(tǒng)相結(jié)合才是全面可靠的電氣閉鎖方案。針對(duì)不同的防誤操作設(shè)備來設(shè)計(jì)可靠并且有針對(duì)性的電氣防誤閉鎖方案。3.1電氣二次鎖定接頭設(shè)計(jì)方案由于大中型水電站,機(jī)組容量大,進(jìn)出線回路多,為了防止對(duì)電站高壓設(shè)備的誤操作,需將傳統(tǒng)電氣防誤閉鎖和微機(jī)防誤閉鎖相結(jié)合,設(shè)置雙重閉鎖,確保操作安全。在設(shè)計(jì)過程中,有多種方式,其中一種是將微機(jī)防誤閉鎖系統(tǒng)遙控閉鎖繼電器的接點(diǎn)和電氣二次閉鎖接點(diǎn)串聯(lián)接入各斷路器、刀閘機(jī)構(gòu)操作回路中。對(duì)于敞開式開關(guān)站,為了避免引接過多的二次電纜,電氣二次閉鎖接點(diǎn)通常只引本間隔的開關(guān)接點(diǎn)。這種串聯(lián)閉鎖方案,實(shí)現(xiàn)方便,閉鎖可靠,解鎖方便,拆除任何一種防誤閉鎖,都可以采用連接片進(jìn)行短接。同時(shí)也避免了在微機(jī)防誤閉鎖系統(tǒng)故障而解除閉鎖時(shí),“五防”功能完全喪失的情況。3.2帶鎖的電編碼鎖通常,發(fā)電機(jī)出口電壓互感器柜和主變低壓側(cè)電壓互感器及避雷器柜都是直接和母線相連,傳統(tǒng)“五防”措施是在各開關(guān)柜裝帶電顯示器,利用帶電顯示器的接點(diǎn)閉鎖開關(guān)柜的柜門。但是,實(shí)現(xiàn)柜門位置對(duì)其他開關(guān)的操作閉鎖比較困難。因此,就需要在柜門裝設(shè)電編碼鎖或機(jī)械編碼鎖。當(dāng)帶電時(shí),柜門鎖無法打開;在不帶電情況下,打開柜門進(jìn)行檢修時(shí),通過微機(jī)防誤操作系統(tǒng)的規(guī)則庫可閉鎖其他開關(guān)的操作,從而確保人身和設(shè)備的安全。3.3發(fā)電機(jī)出口隔離開關(guān)工作原理主變高壓側(cè)避雷器處于升壓站主變本體處,在避雷器圍欄內(nèi),如果有人在其間工作,一旦主變送電,將可能對(duì)避雷器圍欄內(nèi)的工作人員造成傷害。針對(duì)這種情況就需要在主變低壓側(cè)相關(guān)設(shè)備加裝五防鎖,對(duì)高壓側(cè)避雷器的網(wǎng)門加裝“五防”機(jī)械鎖(帶網(wǎng)門位置記憶功能),實(shí)現(xiàn)網(wǎng)門強(qiáng)制閉鎖。通過跟監(jiān)控后臺(tái)通信的方式,對(duì)發(fā)電機(jī)出口隔離開關(guān)遙控設(shè)備實(shí)行“五防”軟閉鎖,也即監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)發(fā)電機(jī)出口隔離開關(guān)進(jìn)行遙控時(shí),必須通過“五防”軟件判斷,得到“五防”允許的命令后方可遙控出口。發(fā)電機(jī)出口隔離開關(guān)的操作邏輯中包含避雷器圍欄狀態(tài)判斷,防止圍欄打開有人在內(nèi)工作時(shí)誤合相關(guān)設(shè)備導(dǎo)致圍欄內(nèi)帶電。主變高壓側(cè)設(shè)備只要在相關(guān)隔離開關(guān)操作閉鎖回路中加避雷器圍欄狀態(tài)即可。3.4關(guān)閉人工懸掛連接線的設(shè)計(jì)對(duì)于零時(shí)接地線監(jiān)控系統(tǒng)無法通過輔助接點(diǎn)采集其狀態(tài)信號(hào),故采用智能鎖具來采集其狀態(tài)并閉鎖,或者采用機(jī)械編碼鎖來進(jìn)行閉鎖。4防誤控制系統(tǒng)微機(jī)防誤閉鎖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上分為站控層、間隔層、過程層3層。站控層由防誤主機(jī)構(gòu)成,完成操作票的模擬、防誤邏輯的判斷、實(shí)時(shí)狀態(tài)的采集等功能。間隔層由網(wǎng)絡(luò)控制器、分布式控制器、無線路由器、無線電腦鑰匙構(gòu)成,完成有線和無線網(wǎng)絡(luò)的通信、解閉鎖控制等功能。過程層由智能鎖具、普通編碼鎖等組成,完成閉鎖各種設(shè)備的功能。微機(jī)防誤系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。在中控室設(shè)置綜合操作屏,將信號(hào)返回屏、模擬屏和控制屏的功能集于一屏。與監(jiān)控系統(tǒng)接口后,能夠?qū)⒏麟姎庠O(shè)備的電量參數(shù)、全站的設(shè)備狀態(tài)、事故和故障信息在屏上實(shí)時(shí)顯示和報(bào)警,能夠?qū)υO(shè)備倒閘操作進(jìn)行防誤模擬預(yù)演,可以在屏上對(duì)設(shè)備直接進(jìn)行倒閘操作,既節(jié)省了空間,又滿足“兩票三制”的安全管理流程。微機(jī)防誤閉鎖操作流程如圖2所示。微機(jī)防誤操作系統(tǒng)具有多種運(yùn)行模式:離線模式、實(shí)時(shí)在線模式、混合模式。在常規(guī)狀態(tài)下,由無線網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng),保證系統(tǒng)狀態(tài)的實(shí)時(shí)刷新、操作過程的全程實(shí)時(shí)跟蹤等功能;系統(tǒng)不僅支持脫離實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)的離線運(yùn)行模式,還具備離線、實(shí)時(shí)混合操作模式,為操作人員提供靈活方便的操作手段,保證運(yùn)行操作順利進(jìn)行。無線網(wǎng)絡(luò)是由網(wǎng)絡(luò)控制器、無線網(wǎng)絡(luò)路由器、無線電腦鑰匙構(gòu)成的無線蜂窩局域網(wǎng),結(jié)構(gòu)簡單,性能可靠,具有微功耗、抗干擾、智能組網(wǎng)、大容量等特點(diǎn)。電腦鑰匙作為一個(gè)無線節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)內(nèi)漫游,實(shí)現(xiàn)站控層設(shè)備和操作終端之間的實(shí)時(shí)信息交互。無線電腦鑰匙包含無線通信、紅外傳輸2種通信方式,在正常情況下,網(wǎng)絡(luò)控制器、無線路由器、無線電腦鑰匙之間通過無線方式通信,它們之間在站內(nèi)搭建一個(gè)實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),防誤主機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)控制器可與電腦鑰匙保持實(shí)時(shí)在線通信。當(dāng)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障的情況,電腦鑰匙與主機(jī)之間仍然采用IrDA紅外方式進(jìn)行通信。5為防止計(jì)算機(jī)誤差而配置的封閉方案和系統(tǒng)功能5.1開關(guān)柜控制實(shí)現(xiàn)封閉以中控室為中心建立集控系統(tǒng),對(duì)電站220kV及以上開關(guān)站的斷路器、隔離開關(guān)及接地刀閘、主變避雷器網(wǎng)門以及廠內(nèi)發(fā)電機(jī)出口斷路器、隔離開關(guān)、高壓開關(guān)柜設(shè)備、干式變柜門等實(shí)現(xiàn)閉鎖。5.2機(jī)械系統(tǒng)的控制a.斷路器由監(jiān)控系統(tǒng)控制,采用遙控閉鎖控制器對(duì)其進(jìn)行閉鎖。b.220kV及以上隔離開關(guān)由監(jiān)控系統(tǒng)控制,采用遙控閉鎖控制器對(duì)其進(jìn)行閉鎖。c.手動(dòng)接地刀閘采用機(jī)械編碼鎖進(jìn)行閉鎖,就地操作。d.主變避雷器網(wǎng)門及其他各設(shè)備網(wǎng)門加裝機(jī)械編碼鎖(帶網(wǎng)門位置記憶功能),實(shí)現(xiàn)網(wǎng)門強(qiáng)制閉鎖。e.通過和監(jiān)控后臺(tái)通信的方式,對(duì)發(fā)電機(jī)隔離開關(guān)實(shí)行“五防”軟閉鎖,即監(jiān)控操作發(fā)電機(jī)隔離開關(guān)時(shí),必須通過微機(jī)防誤軟件判斷,得到微機(jī)防誤系統(tǒng)允許的命令后方可遙控出口。5.3物理操作管理通過微機(jī)防誤操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)預(yù)演,檢驗(yàn)和傳輸操作票,模擬預(yù)演后運(yùn)行人員可按照各種操作票的順序?qū)υO(shè)備進(jìn)行操作,避免正常情況下由于操作順序不當(dāng)而引起各種電氣設(shè)備誤操作,實(shí)現(xiàn)部頒“五防”要求,同時(shí)還可實(shí)現(xiàn)母線倒閘、線路側(cè)驗(yàn)電等復(fù)雜操作閉鎖功能。5.4綜合操作屏微機(jī)防誤操作系統(tǒng)通過串口與電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)行單向通信,接收監(jiān)控系統(tǒng)的電氣設(shè)備狀態(tài)實(shí)時(shí)信息,在綜合操作屏上直觀地反映系統(tǒng)和設(shè)備的工作狀態(tài)。在離線方式時(shí),運(yùn)行人員利用電腦鑰匙對(duì)電氣設(shè)備操作完畢后,將電腦鑰匙插回傳輸口,通過電腦鑰匙反饋現(xiàn)場信息給系統(tǒng)主機(jī),檢測操作屏上各元件的狀態(tài)是否與實(shí)際設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)一致,若不一致時(shí)則告警并顯示設(shè)備名稱,提示操作人員進(jìn)行對(duì)位。5.5系統(tǒng)及硬件電路設(shè)計(jì)操作過程實(shí)時(shí)跟蹤,電腦鑰匙作為移動(dòng)操作終端,具備無線接口,可與防誤主機(jī)實(shí)時(shí)通信。防誤系統(tǒng)在各種工作模式下都支持多任務(wù)并行操作。在操作過程中,“五防”主機(jī)結(jié)合電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)遙信、遙測信號(hào),如果發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備誤動(dòng)或跳閘,“五防”主機(jī)對(duì)實(shí)時(shí)在線的電腦鑰匙及時(shí)提供解決措施,有效防止可能產(chǎn)生的誤操作。系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)遙控閉鎖功能,遙控閉鎖與微機(jī)防誤操作系統(tǒng)主機(jī)配合使用,具有下列主要功能及性能:a.由微機(jī)防誤操作系統(tǒng)的“五防”主機(jī)控制遙控閉鎖裝置導(dǎo)通遙控操作設(shè)備的控制回路;b.通過把遙控閉鎖繼電器的常開接點(diǎn)串聯(lián)在遙控、就地操作的控制回路中,實(shí)現(xiàn)對(duì)受控設(shè)備操作的強(qiáng)制閉鎖;c.系統(tǒng)采用冷備用閉鎖,在非工作狀態(tài)下,系統(tǒng)總線處于接地狀態(tài),遙控閉鎖繼電器處于斷電模式,有效地杜絕雷擊或其他干擾對(duì)系統(tǒng)的影響;d.遙控閉鎖繼電器可實(shí)現(xiàn)對(duì)遙控和就地操作單獨(dú)閉鎖或共同閉鎖,閉鎖方式應(yīng)靈活多樣。5.6模擬操作票操作能開出并打印包括一、二次設(shè)備操作內(nèi)容及檢查、測量、驗(yàn)電、提示等特殊操作在內(nèi)的完整操作票,所開出的操作票必須經(jīng)過系統(tǒng)“五防”閉鎖邏輯條件自動(dòng)判斷其正確性。所開操作票整潔、規(guī)范、格式化。操作權(quán)限實(shí)行分級(jí)管理制度,可根據(jù)需要決定是否將某種操作的操作權(quán)限開放給某一操作人員。能按班組、開票人、開票時(shí)間、完成時(shí)間、完成情況等對(duì)已完成的操作票進(jìn)行檢索,對(duì)人員登錄情況進(jìn)行檢索。運(yùn)行人員通過綜合操作屏模擬預(yù)演操作,微機(jī)防誤操作系統(tǒng)根據(jù)預(yù)先編寫好的防誤規(guī)則對(duì)每項(xiàng)模擬操作進(jìn)行判斷,檢驗(yàn)操作票是否正確,對(duì)違反“五防”原則的模擬操作拒絕執(zhí)行,并發(fā)出音響告警信號(hào),避免各種誤操作。對(duì)正確的模擬操作步驟(一次操作票)自動(dòng)存儲(chǔ)生成和打印操作票,并根據(jù)操作票的順序及設(shè)備閉鎖屬性,把正確