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防误理念、防误原则和防误装置的研究与探讨
防误理念、防误原则和防误装置的研究与探讨

发布日期:2016-1-13来源:网站管理员

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刘全亮
(淄博通用电器研究所,山东 淄博 255000)
【摘要】对电气设备防误操作装置的研究中涉及到的防误装置的闭锁作用、锁具的开锁条件、强制性闭锁原则、断路器分合的防误、实现全面“五防”的必要条件和充分条件、接地装置的“双防”问题、防误装置的评价、系统防误、万能解锁钥匙与智能解锁钥匙等问题进行了深入的探讨,阐述了防误工作中正确的防误理念及防误原则。
【关键词】防误装置;强制性闭锁;必要条件与充分条件;系统防误;智能解锁钥匙
 防误装置的闭锁作用
(1)在高压配电装置中,凡是开关设备的手动操作部位,由于操作人员的失误可能导致误操作事故的地方,都应该装设防误闭锁装置。
(2)防误闭锁装置是防止电气误操作的技术措施,它在人为的因素失误时,应能可靠地防止五种恶性误操作事故的发生,简称为“五防”功能,其内容是:防止误分误合断路器;防止带负荷拉合隔离开关;防止带电合接地刀;(挂接临时接地线);防止地刀未拉开(临时接地线未拆除)合闸送电;防止误入带电间隔。
(3)技术措施和组织措施是防止电气误操作工作的两个方面。两者并重,不可偏废。技术措施(装设闭锁装置)是组织措施的后备措施,在人的因素失误时起到第二道防线的作用。闭锁装置应做到万无一失,应以装置自身的功能组织误操作事故的发生而不能依赖人的帮助。用不断强化了的组织措施弥补技术措施的不足,是当前防误工作中的一种倾向,起到了掩盖防误装置本身所存在的缺陷和问题的作用,不利于防误技术的发展与提高。
(4)在技术措施中,当采用高新和智能技术之后,不仅能使防误装置的功能更加完善,性能更加可靠,而且还有可能起到强化组织措施的作用。如既能以语音指导操作者正常操作(替代监护人唱票作用),又能以可靠而又准确的检测手段监督操作过程、检测操作结果,通过信息反馈实现闭环控制,使操作者正确操作,不发生失误。这是从根本上解决防止电气误操作的新思路、新方法,从而把智能防误操作系统的定位提高到一个新的水平。
2 锁具的开锁条件
(1)“按顺序开锁”是程序锁和一般微机闭锁的电脑钥匙开锁的规则。顺序是按操作票上操作顺序的规定,在模拟屏上进行模拟操作,通过工控机和串口通讯形成的。用电脑钥匙到现场对锁具检码、按给定的顺序进行开锁操作,其作用与常规闭锁中的程序锁的情况相似。由于线路上、间隔内是否有高压电,不是在操作顺序中所能表现出来的,所以凡是“按顺序开锁”的防误装置本身不能防止带电合接地刀和防止误入带电间隔。五防功能是不完善的。
(2)“依顺序、按条件开锁”是联动闭锁装置和智能防误操作系统的开锁规则。顺序是操作票中规定的操作路线,是开锁的必要条件,如果再加上横向闭锁关系、是否有高压电以及上一步操作是否到位,就形成了开锁的必要又有充分的条件。换句话说,当开锁的全部条件得到满足时方能进行开锁操作;反之,不满足全部条件就不可能打开锁具进行操作,从而使所有的误操作都不会发生,因此,其五防功能是能够切实达到的。
3 强制性闭锁原则
3.1 “五防的强制性闭锁要求
  强制性闭锁是对防误闭锁装置性能的一项最重要的要求。强制性闭锁的提法,始见于《第二次防止电气误操作闭锁装置经验交流会纪要》,直到2006年《国家电网公司防止电气误操作安全管理规定》都规定了“五防”功能除“防止误分、误合断路器”现阶段因技术原因可采取提示性措施外,其余四防功能都必须采取强制性防误措施。
3.2 强制性闭锁的定义
  强制性闭锁的定义在2006年以前的文献中从未述及,2006年《国家电网公司防止电气误操作安全管理规定》中开始提出所谓强制性防误措施是指: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加以封锁。
3.3 强制性闭锁的含义
  所谓强制性闭锁是指防误装置的锁具与操作机构之间的闭锁关系。即打开锁具,方能进行操作,操作到位,锁具随之将其状态加以闭锁。
  先从变电站中每一操作步骤所包含的内容包括闭锁装置开锁操作机构作至极限位置,操作到位后自动闭锁,来探讨强制性闭锁的含义:
(1)如果防误装置在操作过程中只是按给定的顺序打开锁具(识码开锁)即完成了该步操作,而操作机构操作不操作,或者操作是否到位,都不受闭锁装置的限制,可能发生操作机构不经操作,即转入下一步的开锁操作,出现了所谓“走空行程”现象。由于违背了按顺序操作的原则,其结果是导致误操作事故的发生。常规闭锁中的某些程序锁,微机闭锁中的编码锁(包括挂锁及固定锁)都属于此类闭锁装置。其实质是一种表面的闭锁,开锁以后在机构的操作过程中,没有闭锁作用的存在,属于非强制性的防误装置。
(2)防误装置有“防走空”措施,保证了操作机构必须操作,而操作到位。但机构操作到位后无自动实现闭锁的功能,则当下一次进行反方向操作时,操作机构则处于无闭锁状态,操作者失误时,误操作事故仍可发生。此类防误装置仍未达到强制性闭锁的要求。
(3)“强制性闭锁”是将闭锁作用贯穿于操作始终的闭锁装置。“强制性闭锁”应具有以下特征:在闭锁部位作固定式安装;不存在“走空行程”现象;正反向闭锁都自动成立。
  “强制性闭锁”是防误装置应遵循的一条重要原则,是判别防误装置闭锁性能优劣的最重要依据。
4 断路器分合的防误问题
(1)防止误分误合断路器位居五防之首,但在五防之中是唯一未作强制性闭锁要求的设备。究其原因可能是该类操作事故造成的后果只是中断供电,不会造成设备的损坏和人身伤亡。但是随着国民经济的快速发展和人民生活的提高,对供电可靠性要求越来越高,中断供电会造成国民经济的重大损失,影响社会的安定和人民生活的正常进行。由于电力系统容量越来越大,误分误合断路器在严重的情况下,可能造成系统解列的重大事故。
  根据国家电网公司公布的统计数字,误分误合断路器发生的次数,在某些年份达到全部误操作事故的近20%,其原因也是由于断路器仍处于非强制性闭锁或无闭锁的状态,意外的误碰和走错间隔,都极易造成误分误合断路器事故的发生。
  鉴于上述原因,提高对断路器闭锁的要求,将强制性闭锁扩展至防止误分误合断路器,即“五防”锁具均应达到强制性闭锁的要求,是十分必要的。根据现在的技术水平,对于控制断路器分合的转换开关和按钮开关,都可以实现强制性闭锁的要求。
(2)断路器在操作中的“拒动”现象也应引起注意。当控制电路或操作机构发生故障时,虽对控制断路器的控制开关或安妮进行了操作,但断路器并未分断,在此情况下若以序去操作隔离开关,必然会发生带负荷拉隔离开关的事故。为此应在操作步骤中加入检查断路器确已分断的条件信号。
(3)在微机型闭锁中实现对断路器的强制闭锁时,尽量不使闭锁触点介入控制回路,以避免防误装置发生故障时影响控制和保护电路的正常工作。
5 实现全面“五防”必要条件和充分条件
(1)“按条件开锁”的规则是满足“五防”要求的必要条件。因为满足条件开锁,只是解决了在什么样的条件下才可以进行操作的问题。并没有解决在操作过程中是否会发生误操作的问题。
(2)强制性闭锁解决的是闭锁装置与操作机构之间的关系问题,即将闭锁作用贯穿到操作过程始终的问题,保证了在操作过程中不出现误操作现象,所以能够构成达到五防的充分条件。
  因此,现实五防的必要和充分条件是按条件开锁和对操作过程的强制性闭锁。
6 接地装置的“双防”问题及“双防”原则
(1)接地装置(接地刀和临时接地线)是一把双刃剑。在停电过程中可能发生带电合接地刀(挂接临时接地线)的误操作事故;在送电过程中,又可能发生地刀未拉开(临时接地线未拆除)合闸送电的误操作事故,即存在“双防”的问题。
(2)接地装置在操作过程中发生的误操作事故是电力系统整个恶性误操作事故的主体,而且逐年呈不断向上攀升之势。根据2005年国网公司的统计数字,该类事故已达到全部恶性误操作事故的近80%,充分显示出接地装置的防误问题十分严重,迫切需要对其进行深入研究采取有效闭锁措施,把此类事故彻底解决。
(3)装于变电站中的防误装置,应能在技术上保证接地装置按以下步骤进行操作和实现闭锁要求:合接地刀(挂临时接地线)时,在其两侧(或多侧)与地刀(临时接地线)相联系的所有回路的隔离开关必须分断,并形成明显的断开点,而且在地刀(地线)和两侧(或多侧)的隔离开关之间形成可靠的互锁关系,即地刀合闸后不能合隔离开关,隔离开关合闸时,不能合接地刀。当闭锁装置满足上述操作顺序和闭锁要求时,既能防止带电合接地刀,又能防止带地刀合闸送电的误操作事故发生,所以把上述原则称为接地装置的“双防”原则。
(4)强制性闭锁的锁具,由于将闭锁作用贯穿于每一操作步骤的全过程,能够满足接地装置“双防”原则的要求,能够有效、可靠地防护自误操作事故的发生。
(5)非强制性闭锁的锁具(尤其是编码挂锁),由于存在“走空行程”现象、反向闭锁不一定成立的问题,是一种表面上的闭锁,在其锁具打开之后,既没有限制导致和地刀操作先后的闭锁作用,又没有在其操作后,实现其间可靠互锁的措施,严重的情况下,竟能将待操作回路的闭锁逐个解除后再进行操作,使得闭锁装置形同虚设,对于接地装置可能发生的两种误操作事故没有任何防范作用。接地装置的闭锁功能不完善或安装的是非强制性的闭锁装置,是接地装置误操作事故频频发生的最主要原因。
(6)在变电站中,断路器两侧的地刀(地线)的闭锁,主变三侧接地的闭锁以及母线地刀的闭锁均能用强制性闭锁的锁具满足“双防”原则的要求,从而能有效防止误操作事故的发生。其中主变三侧的接地闭锁由于主变三侧的高压配电设备的型式各不相同,成套配电设备中的闭锁各自为政、互不相关,特别是当采用组合电器和中置归时,解决三侧接地的闭锁关系有更大的难度,能够完善地解决变压器三侧接地闭锁的防误装置,应属防误领域的先进水平。
(7)线路地刀仅与本线路侧的隔离开关(或手车)之间具有机械互锁关系;而另一侧的隔离开关(或手车)远在数十或上百公里以外的另一个变电站内,因此无法按“双防”原则设置闭锁装置。为了防止带电合接地刀,可以在线路侧装设高压带电显示闭锁装置的辅助防误措施,将是否有高压电作为地刀合闸的条件之一,以防止带电合接地刀,但是地刀合闸以后却不能防止对端线路合闸送电的问题。站在本变电站的立场上,应该解决对端地刀(地线)未拉开时,本变电站不能对该回路合闸送电的问题检测对端地刀是否来看,确定本回路能否合闸送电的闭锁装置,目前尚未投入使用,这是目前国内防误领域唯一没有安全攻克的关键技术问题。
7 防误装置的研究及评价
7.1 防误装置的发展过程
   防误装置的类型按其采用的技术分为两大类:即采用常规的机械、电气、电磁的方法制成的闭锁装置和利用微机等高新技术研制成功的闭锁装置。前者通称为常规闭锁,后者通称为微机闭锁。
  常规闭锁包括上一世纪80年代兴起的应用于各种固定式开关柜和手车柜中的机械闭锁以及有弹子程序锁、无弹子程序锁、电气联锁和电磁锁。
  90年代以后,在第三次全国防误工作会议的倡导下,研制成功了联动闭锁装置。这是一种将机械闭锁、程序锁、电磁闭锁等多种闭锁港华四种变电站中的综合应用、因地而设、各施所长,集各种常规闭锁的优点于一身,用转换锁和复合锁将其有机衔接、融为一体而组成的机械程序联动锁、电磁程序联动锁以及机械程序点此联动闭锁装置。联动闭锁是各种常规闭锁在应用实践中的总结和提高,是一种新的闭锁方式的创立。
  微机闭锁是上一世纪90年代初出现的利用微机等高新技术来控制锁具开合的新型闭锁方式,开启了微机等高新技术应用到防误领域的新时代。
  1990年,山西晋电首先推出了微机闭锁;之后,珠海优特(原珠海晋电)和珠海共创公司依此引领了微机闭锁的潮流;90年代后期,山东菏泽电业局研制成功并由鲁能奥特公司生产了利用在线检测技术集中采集状态信息,用电磁锁控制操作的微机型防误系统;之后,一些主流厂家也纷纷跟进,推出了不同版本的在线防误操作系统。
  淄博微联公司在淄博通用电器研究所研制的机械程序电磁联动闭锁的基础上于2004年推出了机电一体化的微机联动闭锁装置;之后,又研制成功了以采用掌上电脑和蓝牙技术实现远测、远控的微机型的智能防误操作系统。
7.2 对防误装置的评价
  对防误装置的评价,主要从以下3个方面进行:
(1)五防功能是否能切实达到;
(2)闭锁性能是否满足强制性闭锁的要求;
(3)防误装置是否能达到结构简单、性能可靠、使用和操作方便的要求。
7.2.1 防误装置的五防功能和闭锁性能判别
  不过是常规闭锁装置还是微机型防误装置,其防误功能和闭锁性能都是通过锁具来实现的,因此,分析其锁具的功能和性能即能代表各种防误装置的功能和性能。
(1)凡是依靠人的帮助才能具有闭锁作用的防误装置,在防误功能和闭锁性能上都存有严重的缺陷和问题,正常情况下不发生误操作事故是由于不断强化了的组织措施在起作用,一旦组织措施出现失误,就会发生误操作事故。
(2)凡是只按给定的顺序开锁的防误装置,其防止带电合接地刀及防止误入带电间隔的功能是不完善的,即达不到全面五防的要求。在常规闭锁中,各种程序锁和在微机闭锁中的编码挂锁(包括挂锁及固定锁),均属此类闭锁装置。
(3)凡是“依顺序、按条件”或按开锁条件(顺序也是条件)是否满足才能开锁的防误装置,其五防功能是完善的,能全面达到五防要求。
(4)凡是打开锁具,即完成了该步操作的闭锁装置,在操作过程中没有闭锁作用的存在,可能出现“走空行程”和反向闭锁不一定成立的问题,应属于非强制性闭锁装置。在常规闭锁中的有弹子程序锁、用一把钥匙采取转角走步法开锁的无弹子程序锁、微机闭锁中的编码挂锁、识码开锁的固定锁均属此类闭锁装置。
(5)凡是能将闭锁作用贯穿于操作过程的始终,即打开锁具操作机构才能操作;操作到位又能自动闭锁的防误装置才具有强制性闭锁的性能。
(6)防误装置在满足五防功能和具有强制性闭锁性能的前提下,结构简单、操作方便、性能可靠,尽可能达到功能性、可靠性、方便性的统一,是防误装置研制应追逐的目标。
7.2.2 微机型防误装置和常规闭锁的关系及定位
(1)常规闭锁及微机型闭锁分别代表了两个时代的防误技术水平。常规闭锁奠定了防误的理论和技术基础;而微机闭锁是防误装置发展的方向,采用高新和智能技术,应能把防误装置的作用推向一种新的定位水平。
(2)微机闭锁和常规闭锁的基本作用、防误功能和闭锁性能上的要求是相同的,因此不能一概地说:凡是微机闭锁就好,常规闭锁性能都差,而均应以前述3条标准去衡量,去评价其优劣差别。
(3)采用高新技术微机闭锁去解决防误领域的问题是潮流、是方向;而常规闭锁奠定了防误的理论和技术基础,微机闭锁不可能取代常规闭锁。由于按照国家电网公司输变电工程典型设计新建的变电站中,广泛采用了成套开关设备和组合电器,而这些电器设备中采用的是机械闭锁、电磁闭锁和电气联锁等常规闭锁,所以只有能够兼容常规闭锁,并能与之作有机衔接的微机闭锁,才能在变电站发挥作用。
(4)智能防误操作系统的防误作用,不再是被动的防误,已向主动的强化组织措施的方向发展,其指导检测和控制操作者正确操作的功能使操作不发生失误,开启了从根本上解决误操作问题的新的方法和方向。
(5)实现了功能性、可靠性和方便性高度统一的智能型防误装置,在各种电压等级、不同接线方式的大中小变电站中都有广泛的应用价值,可作为原已装有闭锁装置但五防功能、闭锁性能不完善或在防误环节上存在诸多缺陷的变电站更新换代使用。
(6)功能完善、结构简单、性能可靠、操作方便、价格便宜的常规联动闭锁装置,在数量极大的成套开关设备之中,在末端配电站以及经济欠发达地区,仍有广泛的使用价值。
8 系统防误和系统防误闭锁装置
(1)系统防误是指:在变电站中,根据操作票所有可能发生的操作路线的所有操作部位既要满足其竖向(顺序的先后)闭锁要求,又要满足横向(回路之间及其他闭锁条件)的闭锁要求,在操作过程中表现出的特点不但是按操作顺序,而且是依顺序按条件开锁;不只是具备闭锁,而且是全变电站达到整体闭锁;不同类型的配电装置之闭锁不是各自为政,而是有机衔接、互联互通,形成一个覆盖整个变电站的防误闭锁系统。“系统防误,强制闭锁”表现出了由防误装置的闭锁作用贯穿于操作过程的始终,构筑起一道严密而又可靠的防止电气误操作的二道防线,以达到全面防止五种恶性误操作事故的防误水平。
(2)系统防误闭锁装置是能够使整个变电站达到“系统防误,强制闭锁”水平的防误装置。在现有的各种闭锁方式之中,包括常规闭锁中的机械闭锁、程序锁、电磁闭锁和电气联锁以及各种型式的微机闭锁,当它们在变电站中单独使用时,谁也不能达到全面的五防要求;然而当他们在变电站中综合使用时可以实现闭锁功能上的优势互补,从而使用,决不能是各种闭锁方式的简单堆砌,而是要有机衔接、融为一体,形成一个新的闭锁系统。
(3)机械程序电磁联动闭锁装置是将常规闭锁装置中的机械闭锁、程序锁、电磁闭锁在变电站中因地而设、各施所长,通过各种换锁、复合锁将其有机衔接、触为一体、互联互通、联动操作,形成一个完整的闭锁系统,可以使变电站达到系统防误,整体闭锁的防误水平。联动闭锁是对各种常规闭锁方式研究和应用的提高,是一种新的系统防误闭锁方式。
(4)在各微机型闭锁中,能够作为系统防误闭锁装置的一个必要条件是该微机闭锁必须能与各种常规闭锁兼容,也就是微机闭锁要能与成套开关设备、组合电器中的常规闭锁作有机衔接,才有可能担纲作为变电站中的主闭锁而引领全局形成系统防误闭锁装置。微机联动闭锁装置和智能防误操作系统的锁具,能够接收由各种常规闭锁转换的开关信息量,作为开锁条件或信息反馈进入微机处理系统,从而实现将常规闭锁与微机闭锁融为一体,使变电站达到系统防误、整体闭锁的水平。
9 万能解锁钥匙所带来的问题与智能解锁钥匙
9.1 启用万能解锁钥匙带来的问题
(1)根据国网公司关于《防止电气误操作装置管理规定》,所有防误装置均应设置万能解锁钥匙,以应对当防误系统出现故障或在特殊情况下实施紧急解锁的要求。
(2)启用万能解锁钥匙进行操作,就意味着解除了一切闭锁装置的作用,全靠组织措施进行操作,人为失误就会引起误操作事故,所以对万能钥匙的管理和启用作出了严格的规定。
(3)在变电站的操作中启用万能解锁钥匙的原因有几种情况:1变电站内装有防误装置,由于各种原因没有投用,凡进行操作,均启用万能钥匙,形成习惯性的违章操作;2操作中嫌用电脑钥匙时需要进行模拟操作,反复取程序麻烦,擅自启用万能钥匙进行操作;3多数情况是由于防误装置本身存在问题,不好用,影响了操作的进行,由于停电时间有限制,经请示有关部门领导,同意启用万能钥匙。
(4)由于启用万能钥匙而酿成误操作事故,已经成为误操作事故出现的主要原因。根据国网公司2005年安全生产事故报告,2005年所发生的15起恶性误操作事故中有7起都是由于启用万能钥匙造成的。启用原因多少是由于所装微机防误装置存在问题而非启用万能钥匙不可。上述情况已充分说明关于万能钥匙问题,到了十分严重的程度。
  万能钥匙是一种十分简单的直接开锁器具,如果能够利用高新技术和智能技术对其开锁条件进行一定的限制和提示,就能避免大部分误操作事故的发生。
9.2 智能解锁系统的研究
(1)在防误装置退出以后,仍能使操作部位的锁具在开锁条件满足的情况下,才能开锁操作,就能避免误操作事故的发生。所以“按条件”开锁的微机型防误装置,研究智能解锁钥匙,对于防止误操作具有重大意义。
(2)智能解锁钥匙插入须开的锁具中后,应能首先检查出锁具的编码,然后在其所编软件的数据库中检索出该部位的锁具开锁应具备的全部条件;之后,能通过锁具中的智能芯片和测位元件,检查锁具所处的分合状态和部分开锁条件好是否满足(例如:是否有高压电等);其余不足条件能通过文字或语音提示引导操作者去逐一核查,当验得开锁条件全部满足时才能自动开锁。这样,只要不是锁具本身出了问题,就尽可能的避免使用万能解锁钥匙。
  用按条件解锁的开锁规则,避免了万能解锁钥匙的使用,或许是一种最切实可行的防误解锁方法,将在运行的实践中得到考验和验证。
 
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