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读优特简报51期《防误闭锁装置要点》之我见
读优特简报51期《防误闭锁装置要点》之我见

发布日期:2016-1-13来源:网站管理员

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防误闭锁装置要点                                   
1. 总述
  电气误操作严重危害电力系统的安全运行,误操作事故不仅造成经济损失,严重的误操作事故还会导致人身伤亡,甚至对社会经济的发展产生危害。而防止电气误操作的有效的手段是在高压电气设备上装设防误闭锁装置,实现对电气误操作的强制闭锁功能。此外,防误闭锁装置的完善与否也是一个重要环节。所以,防误闭锁的关键点是:强制性与完善性。
什么是强制闭锁,在国家电网公司《防止电气误操作安全管理规定》中给出了明确的定义:在设备的电动操作控制回路中串联以闭锁回路控制的接点或锁具,在设备的手动操控部件上加装受闭锁回路控制的锁具。其要点有两个方面,一是高压设备的电控回路串接闭锁接点,手动部件装设锁具,二是闭锁接点或锁具由闭锁回路控制。因此,不论强制闭锁需要的闭锁回路如何实现,其技术基础是闭锁接点与闭锁锁具。
  完善的防止电气误操作闭锁装置是指,电气设备的操作控制功能可按远方操作、站控层、间隔层、设备级的分层操作原则考虑。无论设备处在哪一层操作控制,设备的运行状态和选择切换开关的状态都应具备防误闭锁功能。这里的电气设备不仅包括断路器、隔离开关等一次设备,还包括可能产生误操作的临时接地线、网(柜)门等。不完善的防误闭锁装置即使具备强制闭锁功能,也会存在误操作的隐患。
2. 几种闭锁方案
  那么,如何从技术上实现防误闭锁的强制性与完善性?首先看看现有的闭锁方案是如何实现的:
  机械程序锁
  机械程序锁是一种采用带有设备位置检测和开锁顺序控制的机械锁具,对电气设备的手动操作机构实施强制闭锁闭锁。机械程序锁结构复杂,安装要求高,常出现卡滞现象,在接线复杂的变电站中,不适用于倒母线、旁代、检修等操作,并且不能满足在多层操作控制下的设备闭锁要求。
  电气闭锁
  电气闭锁的原理是利用一次设备的位置辅助接点组成电气闭锁逻辑控制回路,接入需闭锁的电动操作设备的控制回路中,实现对电气设备间的防误闭锁。电气闭锁对电动操作设备具有强制闭锁功能,不需要机械闭锁的锁具,操作简单。但存在不少问题:
  跨间隔横向闭锁(如母联、旁路、分段、主变开关和母线地刀等)的电气闭锁逻辑回路设计复杂,接点过多,电缆使用量大,几乎无法实施防误闭锁;
  无法防止误分、合断路器;

  对手动操作的电气设备,无法防止带地线合刀闸、防止带电挂接地线、防止误入带电间隔(网门)等误操作。
  电气闭锁不能全面满足“五防”功能要求,功能不完善,较适用于闭锁逻辑较为简单的单元间隔内的电动操作设备和组合开关柜的防误闭锁。
  电磁锁
  其原理是利用一次设备的位置辅助接点或电磁锁自带的辅助接点组成电气闭锁控制逻辑,接入电磁锁的电源回路中,对电气设备的手动操作机构实施闭锁,具有强制性。但实用性存在问题: 
   1.无法防止误分、合断路器;

   2,机械结构复杂,常出现机械卡滞现象;
   3.存在辅助接点接触不良,直流接地问题;
   4.电气闭锁逻辑回路设计复杂,接点过多,电缆使用量大,可靠性差;
   5.电磁锁安装,调试维护工作量大。
  电磁锁适用于电气接线较简单的手动操作设备和配电装置的防误闭锁,由于本身只是一种锁具,需和电气闭锁或其它防误装置配套使用。在50及80年代,我国两次推广电磁锁失败,近期一些综自厂家采用电磁锁实现手动操作设备闭锁,也没有形成规模,根本原因是故障太多,可靠性差,实践证明并不可行。
目前电磁锁已普遍应用在全国各变电站(所),使用量空前。电磁锁的特点:耐用可靠,它可以远距离电控操作,由功能齐套、性能优越计算机监控防误操作系统的支持,确保运行状态准确无误。电磁锁更为突出的性能是能实时将锁具变更信息及时反馈到主机监控屏,上道逻辑操作程序尚未完成,下道逻辑操作程序
就无法执行,保证运行状态准确性、可靠性,二者相辅相成。电磁锁的新型设计,无论在防水、防盐、防潮、绝缘、环境、震动都做了全面认证,锁具新品设计过程十分严谨、一丝不苟。采用新型加工工艺及模块化生产制造工装夹具,生产手段的更新,彻底的改变锁具不良现象。实践证明新型的电磁锁将日益广泛应用各领域中。同时需要指出是计算机监控防误操作系统中不可替代的“测控装置”。
测控装置应用于全国各变电站、电厂,可单独操作运行,也可以通过通讯接口与计算机组合使用,构建成新型防误体系计算机监控防误操作系统。测控装置是防误体系不可缺少执行部件。
测控装置的研制早在十年前就已经进行,当时许多重大技术都处于萌芽状态。时到今日各项技术尤其大规模微处理芯片的应用已十分成熟,经过多年实践及现场应用的考验,测控装置在技算机监控防误系统中举足轻重,显示它独特的功能和不可取代的作用。
   采用嵌入式单片机控制系统,全数字化模式。由七大部分组成,MCU32位大规模集成芯片中心控制模块、遥控模块、遥信模块、电流取样模块、电压取样模块、电源模块、具有菜单式LCD显示模块。
 测控装置在软硬件方面都采取双道防范措施具备高度抗干扰性能,测控模块按照二种模式设计,一种是直接控制式、一种是自保持式,可供选择使用。
   遥控模块与遥信模块都采用光耦隔离器件,其目的保护设备避免外负载分流影响及干扰,确保信息准确无误的接收和控制信号准确无误的传递。
  依据实际需求设置和灵活修改电压等级。
 采用二种规约:IEC870-5-101   IEC870-5-104.
  采取以上技术方案应有效保证以下功能的实现!
1)        LCD多功能菜单显示及系统模式显示
2)        数据采样端口多功能实现
3)        遥控、遥信端口多功能实现
4)        实时记录显示功能状态
5)        系统模式的切换及状态细节显示
6)        通讯接口实时双向通讯
7)        面板操作流畅,LED状态反应准确。
8)        全功能状态记录浏览
“测控装置”经计算机监控防误操作系统软件的配套应用可以满足“国家电网对防误装置”的要求,若干年实践证明技术方案的可信性。
 微机防误闭锁装置
  微机防误闭锁系统是独立于变电站其他二次设备的专用闭锁系统,由防误主机、遥控闭锁装置、电脑钥匙、电气、机械编码锁等组成。
  其原理是将现场大量的二次闭锁回路和操作规则转变为计算机中的防误闭锁逻辑规则库,极大地简化了二次闭锁回路设计,无需敷设大量的电缆。可以实现以往不能实现或者难以实现的防误功能。
  对手动操作的设备、接地线及网门等采用电脑钥匙和编码锁实现强制闭锁功能,遥控操作的设备采用遥控闭锁装置的闭锁接点串接在电气回路中实现强制闭锁功能。系统还具备多任务操作、唯一操作权控制、在集控站还可实现任意点开票、模拟预演、接票、回传、站间闭锁、集控层、站控层、间隔层、过程层多层防误等功能。微机防误闭锁系统功能全面,可靠性已经过实践的验证
监控系统的防误闭锁
  通过监控系统的逻辑闭锁软件实现全站的防误操作闭锁功能,同时在受控设备的操作回路中串接本间隔的闭锁回路,手动操作设备采用电磁锁闭锁。
  技术特点是:监控系统逻辑闭锁软件实现全站的远方、就地操作防误闭锁功能,对电动刀闸电气回路串接闭锁接点实现强制闭锁。电动设备的合、跳闸均通过监控主机闭锁逻辑判断后输出;间隔内的闭锁采用电气闭锁或能相互通信的间隔层测控单元实现。对手动刀闸、临时地线、网(柜)门采用电磁锁闭锁。
  监控系统的防误闭锁主要存在以下问题:
  断路器操作无强制闭锁,刀闸的遥控操作虽然有闭锁接点,但因该闭锁接点和遥控接点由同一个测控单元或监控主机控制,存在误操作隐患,不能完全解决因监控主机、测控单元的软、硬件发生故障或运行人员操作不当时造成的电气设备误动。
  对手动操作的电气设备(临时地线、网门等)实施强制闭锁,需采用电磁锁,这就需要放置大量的电缆,不仅投资量巨大,还使系统过于复杂,整体可靠性与可操作性变差。
  由于对手动操作、远方遥控、设备误动缺乏可靠有效的闭锁,很难满足电动设备在远方操作、站控层、间隔层、设备级操作都应具备防误闭锁功能的要求,防误闭锁功能完善性与强制性都存在缺陷。
断路器的操作按照国网五防要求,是提示性的闭锁,如采用强制闭锁,则在紧急情况下不能快速断开断路器,引发引发灾难性事故;
监控防误对于电动刀闸的闭锁已经做到了强制闭锁,通过在测控装置内串入防误闭锁接点和刀闸电机电源回路中串入电源控制接点实现。
现有的测控装置在变电站自动化系统中已经广泛使用,其防误动的能力已经得到广大用户的肯定,实践证明了测控装置的可靠性很高,而独立微机五防厂家采用的遥控闭锁控制器主要选用工业领域使用的PLC搭起来的设备,PLC的抗干扰能力在变电站强电磁环境下值得怀疑。
   计算机监控防误操作系统由计算机监控与测控装置加锁具组合而成是防误系统的最佳选择。一体化五防经常采用两台电脑(主备机)共同完成站内的监控功能和五防功能,
所以一台电脑发生故障,可以通过切换主机的方式让另一台电脑迅速投入使用,防误功能不会丧失,况且电脑是现代社会普遍使用的成熟工具,站内的电脑按照管理规定是不允许上网的,也不允许操作员用它干一些与运行或检修无关的事,另外长期运行的电脑还配有专用的UPS,保证不间断供电,所以站内电脑生故障的可能性很小;独立微机五防厂家使用的防误主机也是采用的PC或工控机,他们使用的电脑业没有什么特殊的,就能保证永远不发生故障吗?
3.如何实现防误闭锁的强制性与完善性
  变电站电气设备操作方式分为电控操作与手动操作, 防误操作重点主要针对这两种操作。目前电气设备难以或无法实现全电控操作,即使是电动操作的设备,也经常由于检修或故障需要进行就地人工操作,因而设备的手动操作无法由电动操作替代。
  通过对历年全国误操作事故统计分析看,恶性误操作事故排名首位的一直是带接地线(接地开关)合闸。该类事故绝大多数是因为设备检修后漏拆临时接地线引起。其次是带电挂地线(合接地开关)。从误操作的原因及统计数据来看,大部分恶性误操作事故是由于运行人员直接在电气设备上进行手动操作时产生的。因此,防误操作的技术要点是解决手动操作的强制闭锁问题。
传统的防误闭锁技术(机械联锁、电磁锁、电气闭锁等),由于没有计算机技术的加入,单纯依靠电气接线的硬件逻辑,无法独立实现复杂接线。不同运行方式的强制闭锁功能,虽然可以对手动操作进行强制性闭锁,但都不能独立实现全站的防误闭锁功能。
  监控系统实现的防误操作功能,局限于自身可控制的电动设备的防误闭锁,对于手动设备并无有效的解决方法。在采用计算机技术后,闭锁逻辑完全由主控设备实现相对比较容易,但这只是手动操作强制性闭锁的前提条件,还需要一种监控锁具的有效技术手段。目前基本上延续电控闭锁的思路,采用电磁锁,由于其固有问题,可靠性与适应性不能满足要求,无法真正解决手动操作的闭锁问题。        
计算机监控防误操作系统加装继电器完全做到控制电动设备的防误闭锁,以上论述已经提示,由于采用功能强大的“测控装置”利用系统闭锁逻辑加电控锁具轻而易举实现对锁具的监控,对现场锁具依据操作票顺序操作,不存在不能满足的要求。  
  而微机防误系统则采用电脑钥匙解决了这一问题,电脑钥匙的使用,建立了防误主机的闭锁逻辑与锁具的联系,极大简化了锁具的结构,使得采用简单可靠的闭锁锁具成为可能,有效地解决了手动操作的强制闭锁问题,不仅解决了传统电磁锁、程序锁在安装、使用、成本、维护等方面存在的诸多问题,并且加上对电控回路串接的闭锁接点的控制,实现了防误闭锁的强制性与完善性。
4. 总结
  总结上述分析,有效的防误闭锁必须在可靠性的基础上具备强制性与完善性,防误闭锁的强制性依赖于闭锁接点与锁具,锁具结构简单才能可靠,而锁具的简化必须依赖于电脑钥匙才能真正解决问题。防误闭锁的完善性则体现在电动,手动操作防误闭锁都可以解决,这不仅需要计算机控制等技术实现不同运行方式下全站所有设备多级多层次电气操作的闭锁逻辑以及电动设备的闭锁,还需要通过简单锁具与电脑钥匙来解决手动操作的闭锁问题。就此而言电脑钥匙的引入使得防误闭锁的关键点得以解决,当然,这并非是唯一途径,随着技术的进步,相信会有更好的解决方案出现,从而将防误闭锁技术推向新的高度。
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