水電站電氣防誤系統(tǒng)結構及防誤關閉方案研究

水電站電氣防誤系統(tǒng)結構及防誤關閉方案研究

大型節(jié)水裝置在系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用，對電氣運行的可靠性和安全性也有更高的要求。因此,在大中型水電站設計過程中就要充分考慮電氣“五防”的要求,為電站設計一套安全可靠、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;防止帶負荷分、合隔離開關;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);防止誤入帶電間隔。為了防止這些誤操作的出現,大部分電站都設計采用了防誤裝置,但是由于種種原因仍出現各種誤操作。電力系統(tǒng)不斷發(fā)展,操作方式也發(fā)生了很大變化:遠方操作、就地操作、檢修操作、事故操作、多地點操作、解鎖操作等。要防止上述操作方式下的各種誤操作,強制性閉鎖措施是必不可少的,而當前很多電站的電氣防誤措施都不能完全滿足要求。因此,需要為電站設計配置一套功能完善、理念先進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,一般通過開關和刀閘的輔助接點聯鎖來實現。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,接線方式較為復雜,運行維護較為困難,還有輔助接點接觸不可靠等缺點。另外,傳統(tǒng)電氣閉鎖回路一般只能防止斷路器、隔離開關和接地開關的誤操作,對誤入帶電間隔、接地線的掛線(拆除)等電氣二次閉鎖接線復雜,尤其是帶電間隔網門對外部開關的操作閉鎖,實現起來邏輯比較復雜,拆除比較困難。微機防誤閉鎖系統(tǒng)不直接采用現場設備的輔助接點,接線簡單,它通過防誤閉鎖系統(tǒng)及軟件規(guī)則庫和現場鎖具來實現防誤操作閉鎖。微機防誤閉鎖系統(tǒng)可根據現場實際情況,編寫相應的“五防”規(guī)則程序,可以實現較為完整的“五防”功能和杜絕不正常的操作行為發(fā)生,但是在微機系統(tǒng)故障而解除閉鎖時,“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傳統(tǒng)電氣防誤閉鎖和微機防誤閉鎖的分析可知,將傳統(tǒng)電氣防誤閉鎖和微機防誤閉鎖系統(tǒng)相結合才是全面可靠的電氣閉鎖方案。針對不同的防誤操作設備來設計可靠并且有針對性的電氣防誤閉鎖方案。3.1電氣二次鎖定接頭設計方案由于大中型水電站,機組容量大,進出線回路多,為了防止對電站高壓設備的誤操作,需將傳統(tǒng)電氣防誤閉鎖和微機防誤閉鎖相結合,設置雙重閉鎖,確保操作安全。在設計過程中,有多種方式,其中一種是將微機防誤閉鎖系統(tǒng)遙控閉鎖繼電器的接點和電氣二次閉鎖接點串聯接入各斷路器、刀閘機構操作回路中。對于敞開式開關站,為了避免引接過多的二次電纜,電氣二次閉鎖接點通常只引本間隔的開關接點。這種串聯閉鎖方案,實現方便,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行短接。同時也避免了在微機防誤閉鎖系統(tǒng)故障而解除閉鎖時,“五防”功能完全喪失的情況。3.2帶鎖的電編碼鎖通常,發(fā)電機出口電壓互感器柜和主變低壓側電壓互感器及避雷器柜都是直接和母線相連,傳統(tǒng)“五防”措施是在各開關柜裝帶電顯示器,利用帶電顯示器的接點閉鎖開關柜的柜門。但是,實現柜門位置對其他開關的操作閉鎖比較困難。因此,就需要在柜門裝設電編碼鎖或機械編碼鎖。當帶電時,柜門鎖無法打開;在不帶電情況下,打開柜門進行檢修時,通過微機防誤操作系統(tǒng)的規(guī)則庫可閉鎖其他開關的操作,從而確保人身和設備的安全。3.3發(fā)電機出口隔離開關工作原理主變高壓側避雷器處于升壓站主變本體處,在避雷器圍欄內,如果有人在其間工作,一旦主變送電,將可能對避雷器圍欄內的工作人員造成傷害。針對這種情況就需要在主變低壓側相關設備加裝五防鎖,對高壓側避雷器的網門加裝“五防”機械鎖(帶網門位置記憶功能),實現網門強制閉鎖。通過跟監(jiān)控后臺通信的方式,對發(fā)電機出口隔離開關遙控設備實行“五防”軟閉鎖,也即監(jiān)控系統(tǒng)對發(fā)電機出口隔離開關進行遙控時,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)電機出口隔離開關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工作時誤合相關設備導致圍欄內帶電。主變高壓側設備只要在相關隔離開關操作閉鎖回路中加避雷器圍欄狀態(tài)即可。3.4關閉人工懸掛連接線的設計對于零時接地線監(jiān)控系統(tǒng)無法通過輔助接點采集其狀態(tài)信號,故采用智能鎖具來采集其狀態(tài)并閉鎖,或者采用機械編碼鎖來進行閉鎖。4防誤控制系統(tǒng)微機防誤閉鎖系統(tǒng)結構上分為站控層、間隔層、過程層3層。站控層由防誤主機構成,完成操作票的模擬、防誤邏輯的判斷、實時狀態(tài)的采集等功能。間隔層由網絡控制器、分布式控制器、無線路由器、無線電腦鑰匙構成,完成有線和無線網絡的通信、解閉鎖控制等功能。過程層由智能鎖具、普通編碼鎖等組成,完成閉鎖各種設備的功能。微機防誤系統(tǒng)結構如圖1所示。在中控室設置綜合操作屏,將信號返回屏、模擬屏和控制屏的功能集于一屏。與監(jiān)控系統(tǒng)接口后,能夠將各電氣設備的電量參數、全站的設備狀態(tài)、事故和故障信息在屏上實時顯示和報警,能夠對設備倒閘操作進行防誤模擬預演,可以在屏上對設備直接進行倒閘操作,既節(jié)省了空間,又滿足“兩票三制”的安全管理流程。微機防誤閉鎖操作流程如圖2所示。微機防誤操作系統(tǒng)具有多種運行模式:離線模式、實時在線模式、混合模式。在常規(guī)狀態(tài)下,由無線網絡構建實時數據傳輸系統(tǒng),保證系統(tǒng)狀態(tài)的實時刷新、操作過程的全程實時跟蹤等功能;系統(tǒng)不僅支持脫離實時網絡的離線運行模式,還具備離線、實時混合操作模式,為操作人員提供靈活方便的操作手段,保證運行操作順利進行。無線網絡是由網絡控制器、無線網絡路由器、無線電腦鑰匙構成的無線蜂窩局域網,結構簡單,性能可靠,具有微功耗、抗干擾、智能組網、大容量等特點。電腦鑰匙作為一個無線節(jié)點在網內漫游,實現站控層設備和操作終端之間的實時信息交互。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,網絡控制器、無線路由器、無線電腦鑰匙之間通過無線方式通信,它們之間在站內搭建一個實時網絡系統(tǒng),防誤主機通過網絡控制器可與電腦鑰匙保持實時在線通信。當出現網絡故障的情況,電腦鑰匙與主機之間仍然采用IrDA紅外方式進行通信。5為防止計算機誤差而配置的封閉方案和系統(tǒng)功能5.1開關柜控制實現封閉以中控室為中心建立集控系統(tǒng),對電站220kV及以上開關站的斷路器、隔離開關及接地刀閘、主變避雷器網門以及廠內發(fā)電機出口斷路器、隔離開關、高壓開關柜設備、干式變柜門等實現閉鎖。5.2機械系統(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其進行閉鎖。b.220kV及以上隔離開關由監(jiān)控系統(tǒng)控制,采用遙控閉鎖控制器對其進行閉鎖。c.手動接地刀閘采用機械編碼鎖進行閉鎖,就地操作。d.主變避雷器網門及其他各設備網門加裝機械編碼鎖(帶網門位置記憶功能),實現網門強制閉鎖。e.通過和監(jiān)控后臺通信的方式,對發(fā)電機隔離開關實行“五防”軟閉鎖,即監(jiān)控操作發(fā)電機隔離開關時,必須通過微機防誤軟件判斷,得到微機防誤系統(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防誤操作系統(tǒng)的計算機預演,檢驗和傳輸操作票,模擬預演后運行人員可按照各種操作票的順序對設備進行操作,避免正常情況下由于操作順序不當而引起各種電氣設備誤操作,實現部頒“五防”要求,同時還可實現母線倒閘、線路側驗電等復雜操作閉鎖功能。5.4綜合操作屏微機防誤操作系統(tǒng)通過串口與電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)實行單向通信,接收監(jiān)控系統(tǒng)的電氣設備狀態(tài)實時信息,在綜合操作屏上直觀地反映系統(tǒng)和設備的工作狀態(tài)。在離線方式時,運行人員利用電腦鑰匙對電氣設備操作完畢后,將電腦鑰匙插回傳輸口,通過電腦鑰匙反饋現場信息給系統(tǒng)主機,檢測操作屏上各元件的狀態(tài)是否與實際設備的運行狀態(tài)一致,若不一致時則告警并顯示設備名稱,提示操作人員進行對位。5.5系統(tǒng)及硬件電路設計操作過程實時跟蹤,電腦鑰匙作為移動操作終端,具備無線接口,可與防誤主機實時通信。防誤系統(tǒng)在各種工作模式下都支持多任務并行操作。在操作過程中,“五防”主機結合電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的實時遙信、遙測信號,如果發(fā)現現場設備誤動或跳閘,“五防”主機對實時在線的電腦鑰匙及時提供解決措施,有效防止可能產生的誤操作。系統(tǒng)可實現遙控閉鎖功能,遙控閉鎖與微機防誤操作系統(tǒng)主機配合使用,具有下列主要功能及性能:a.由微機防誤操作系統(tǒng)的“五防”主機控制遙控閉鎖裝置導通遙控操作設備的控制回路;b.通過把遙控閉鎖繼電器的常開接點串聯在遙控、就地操作的控制回路中,實現對受控設備操作的強制閉鎖;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系統(tǒng)的影響;d.遙控閉鎖繼電器可實現對遙控和就地操作單獨閉鎖或共同閉鎖,閉鎖方式應靈活多樣。5.6模擬操作票操作能開出并打印包括一、二次設備操作內容及檢查、測量、驗電、提示等特殊操作在內的完整操作票,所開出的操作票必須經過系統(tǒng)“五防”閉鎖邏輯條件自動判斷其正確性。所開操作票整潔、規(guī)范、格式化。操作權限實行分級管理制度,可根據需要決定是否將某種操作的操作權限開放給某一操作人員。能按班組、開票人、開票時間、完成時間、完成情況等對已完成的操作票進行檢索,對人員登錄情況進行檢索。運行人員通過綜合操作屏模擬預演操作,微機防誤操作系統(tǒng)根據預先編寫好的防誤規(guī)則對每項模擬操作進行判斷,檢驗操作票是否正確,對違反“五防”原則的模擬操作拒絕執(zhí)行,并發(fā)出音響告警信號,避免各種誤操作。對正確的模擬操作步驟(一次操作票)自動存儲生成和打印操作票,并根據操作票的順序及設備閉鎖屬性,把正確