變電站刀閘不拉開(kāi)操作電源運(yùn)行的安全性分析

陳錦祥，何惠東，劉 玲

(廣州供電局，廣東 廣州 510260)

變電站刀閘不拉開(kāi)操作電源運(yùn)行的安全性分析

陳錦祥，何惠東，劉 玲

(廣州供電局，廣東 廣州 510260)

闡述了變電站刀閘拉開(kāi)操作電源運(yùn)行的緣由和不拉開(kāi)操作電源運(yùn)行的需求。通過(guò)刀閘操作回路的電纜材料、端子材料與結(jié)構(gòu)、端子箱結(jié)構(gòu)、控制回路結(jié)構(gòu)和電機(jī)回路絕緣破壞誤動(dòng)幾率等方面因素的比較分析，討論了操作回路結(jié)構(gòu)與設(shè)備改進(jìn)對(duì)刀閘不拉開(kāi)操作電源運(yùn)行安全性的影響，并結(jié)合一些應(yīng)用情況給出了刀閘操作電源運(yùn)行的建議。

變電站; 刀閘; 操作電源; 運(yùn)行安全

上世紀(jì)90年代，發(fā)生了幾起刀閘操作回路絕緣擊穿導(dǎo)致運(yùn)行中刀閘自動(dòng)拉開(kāi)的事故。為避免類似事故的重復(fù)發(fā)生，國(guó)家電網(wǎng)公司所屬大部分企業(yè)在電氣倒閘操作過(guò)程中都采取了刀閘操作前合上操作電源，操作完成后立即拉開(kāi)操作電源的措施。該措施有效防止了刀閘因操作回路絕緣擊穿而導(dǎo)致運(yùn)行中刀閘自動(dòng)分、合事故的發(fā)生。但是，該措施也增加了電氣倒閘操作的項(xiàng)次，延長(zhǎng)了操作時(shí)間，同時(shí)增加了誤操作其他運(yùn)行設(shè)備電源的幾率。

1 刀閘不拉開(kāi)操作電源運(yùn)行的需求

目前，用電需求已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超前電網(wǎng)的發(fā)展水平。在廣東地區(qū)，無(wú)論是主網(wǎng)或是配網(wǎng)，線路、主變的容量很多都不滿足N-1的要求，與此同時(shí)，供電部門對(duì)社會(huì)的供電承諾卻空前提高。為了兌現(xiàn)承諾，提高服務(wù)質(zhì)量，變電站運(yùn)行操作人員必須嚴(yán)格執(zhí)行設(shè)備停、送電操作的時(shí)間規(guī)定。然而設(shè)備停、送電操作的時(shí)間規(guī)定，相對(duì)于現(xiàn)有變電站管理模式和運(yùn)行人員數(shù)量的配置，則顯得有點(diǎn)不對(duì)稱。以往一個(gè)110kV變電站約有6～8人管理，但現(xiàn)在部分地區(qū)平均每站已不足1.5人。在這樣的形勢(shì)下，供電部門對(duì)社會(huì)供電的高承諾，與運(yùn)行人員配置不足及電網(wǎng)發(fā)展水平相對(duì)滯后的現(xiàn)實(shí)便形成了矛盾。

提高變電站綜合自動(dòng)化和智能技術(shù)水平是解決矛盾的有效途徑之一，后臺(tái)機(jī)遠(yuǎn)方操作和程序化操作為提高電氣操作效率和安全性帶來(lái)了契機(jī)。但是刀閘操作電源的投退需在現(xiàn)場(chǎng)由人工操作，大大降低了后臺(tái)機(jī)遠(yuǎn)方操作和程序化操作的價(jià)值。如果按措施要求執(zhí)行，操作一把刀閘需增加投、退刀閘控制和電機(jī)電源空開(kāi)4個(gè)操作項(xiàng)目，完成一個(gè)操作項(xiàng)以15 s的時(shí)間計(jì)算，一把刀閘操作便增加了1 min的時(shí)間，如果計(jì)算變電路途和走位時(shí)間將更長(zhǎng)。如果刀閘不拉開(kāi)操作電源運(yùn)行，便可節(jié)省不少操作時(shí)間，同時(shí)也便于后臺(tái)機(jī)遠(yuǎn)方操作和程序化操作的執(zhí)行，因此有必要深入分析刀閘不拉開(kāi)操作電源運(yùn)行的安全性。

2 刀閘操作回路安全性對(duì)比分析

2.1 電纜材料的對(duì)比

隨著我國(guó)科技的發(fā)展，在變電站刀閘的控制回路、電機(jī)電源回路中已基本淘汰了油紙和橡膠皮電纜，采用了帶鎧甲外皮保護(hù)的聚乙烯電纜、交聯(lián)聚乙烯電纜、ZC-KVVP或ZR-KVVP阻燃電纜。這些電纜與過(guò)去一般使用的聚氯乙烯、油紙或橡膠皮電纜相比，絕緣擊穿強(qiáng)度提高了60%，介質(zhì)損耗降低為過(guò)去的1/200，可持續(xù)工作溫度達(dá)80～90℃?；芈方^緣自然擊穿或受外力破壞，特別是鼠害破壞的幾率很低。

2.2 端子材料及端子結(jié)構(gòu)的對(duì)比

過(guò)去的刀閘控制回路基本上都采用敞開(kāi)式結(jié)構(gòu)，以“電木”材料做端子。這種端子容易積污，且在污垢受潮后絕緣下降明顯。另外，“電木”材料較脆，容易破損，破損后端子間短路的機(jī)會(huì)很大?，F(xiàn)在的刀閘控制回路基本上都采用封閉式結(jié)構(gòu)的端子，以高絕緣強(qiáng)度塑料制成。這種端子不易破損、結(jié)構(gòu)科學(xué)，且沒(méi)有報(bào)道過(guò)因端子積污導(dǎo)致絕緣擊穿的案例。

2.3 端子箱的結(jié)構(gòu)對(duì)比

端子箱作為二次元件及回路端子的封閉器件，其結(jié)構(gòu)是否合理，對(duì)二次回路絕緣影響很大，特別是戶外端子箱的二次回路。

早期端子箱的結(jié)構(gòu)粗糙、密封差，僅依靠安裝燈泡作為驅(qū)潮裝置。由于端子箱沒(méi)有溫濕控制器，安裝的燈泡距二次線較近，為避免燈泡長(zhǎng)期投入致使局部溫度過(guò)高，往往只在梅雨天氣或發(fā)現(xiàn)端子箱內(nèi)有凝露時(shí)才把燈泡打開(kāi)。另外，箱體上部沒(méi)有散氣孔，潮氣有入無(wú)出，僅依靠人工清抹或在天氣轉(zhuǎn)晴后打開(kāi)箱門讓潮氣自然散走，因此戶外端子箱凝露現(xiàn)象普遍。

現(xiàn)在的戶外端子箱，基本上配有帶溫濕控制裝置的驅(qū)潮器，箱體上部設(shè)有帶塵埃過(guò)濾網(wǎng)的氣孔，箱底部與電纜溝銜接的位置加裝了底座，有利于電纜溝內(nèi)的潮氣上升散發(fā)，從而使端子箱的防塵、防潮效果大大改善，凝露的幾率大大下降。

2.4 刀閘、地刀控制回路結(jié)構(gòu)的對(duì)比

早期接地刀閘的機(jī)構(gòu)完全是手動(dòng)操作的，刀閘的控制回路基本沒(méi)有“電氣五防”閉鎖功能，回路結(jié)構(gòu)處于初始階段，如圖1所示。

由圖1可知，刀閘在合閘狀態(tài)，如果控制電源kk不拉開(kāi)，當(dāng)FA按鈕接點(diǎn)或2C1自保持接點(diǎn)發(fā)生絕緣擊穿，運(yùn)行中的刀閘就會(huì)自動(dòng)分閘；同理，刀閘在分閘狀態(tài)，如果HA按鈕接點(diǎn)或1C1自保持接點(diǎn)發(fā)生絕緣擊穿，刀閘會(huì)自動(dòng)合上。這樣的回路結(jié)構(gòu)，即使運(yùn)行中刀閘操作電源不拉開(kāi)，誤分、誤合刀閘的危險(xiǎn)性也極高。

隨著各種設(shè)計(jì)規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)化，隔離刀閘及接地刀閘的控制回路結(jié)構(gòu)已得到很大的優(yōu)化。為防止刀閘、接地刀閘的誤分、誤合，在刀閘、接地刀閘控制回路中加入了“電氣五防”電氣閉鎖、后臺(tái)機(jī)遠(yuǎn)方操作邏輯判斷。這樣的回路結(jié)構(gòu)不但能防止人為誤操作，也能有效地防止刀閘、接地刀閘因控制回路絕緣擊穿而發(fā)生的誤分、誤合事故。圖2是現(xiàn)行雙母線接線隔離刀閘控制回路圖，分析如下：1M母線側(cè)隔離刀閘的合閘、分閘接觸器線圈1C、2C的電源由“五防”電氣鎖WFS和后臺(tái)機(jī)的邏輯閉鎖斷開(kāi)，接觸器零線側(cè)回路由2G刀閘、BO和CO接地刀閘及斷路器的輔助接點(diǎn)斷開(kāi)。同理，接地刀閘由隔離刀閘輔助接點(diǎn)斷開(kāi)。由此可見(jiàn)，現(xiàn)有的刀閘、接地刀閘的控制回路結(jié)構(gòu)，即使電源開(kāi)關(guān)kk合上，接觸器線圈任一側(cè)回路絕緣擊穿，也不會(huì)引發(fā)隔離刀閘和接地刀閘的誤分、誤合。

圖2 雙母接線1M母線側(cè)隔離刀閘控制回路

2.5 電機(jī)回路絕緣破壞誤動(dòng)幾率分析

刀閘、接地刀閘的傳動(dòng)，一般采用三相交流電機(jī)，電源回路如圖3(a)所示；小部分采用直流電機(jī)傳動(dòng)，電源回路如圖3(b)所示。

由圖3(a)可知，三相電機(jī)電源開(kāi)關(guān)K合上，即使接觸器1C或2C的接點(diǎn)一相或者二相擊穿，電機(jī)是不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)的，而電機(jī)電源回路接觸器C接點(diǎn)三相均擊穿的幾率則低之又低。因此，交流電機(jī)傳動(dòng)的刀閘、接地刀閘運(yùn)行中合上電機(jī)電源，主回路絕緣擊穿而導(dǎo)致誤分、誤合的可能性極微。

圖3(b)是直流電機(jī)刀閘電源回路，理論上存在接觸器一極接點(diǎn)粘死，另一極接點(diǎn)絕緣擊穿的可能。但現(xiàn)實(shí)中直流電機(jī)接觸器接點(diǎn)到電機(jī)之間的線路一般很短，基本安裝在箱內(nèi)，線路單極絕緣受損的機(jī)會(huì)很少，雙極擊穿的機(jī)會(huì)更少。為避免因接觸器接點(diǎn)粘死或擊穿而造成刀閘誤動(dòng)的情況，直流電機(jī)電源回路可按照?qǐng)D3(c)設(shè)計(jì)，在電源回路串入接觸器雙接點(diǎn)，這樣，由于絕緣受損而造成誤分、誤合的可能性也就基本可以排除。

3 討論與建議

廣東部分變電站GIS設(shè)備拉開(kāi)操作電源后會(huì)造成“刀閘控制回路斷線”信號(hào)長(zhǎng)發(fā)，為避免信號(hào)長(zhǎng)發(fā)而影響監(jiān)控中心對(duì)設(shè)備的監(jiān)視，變電站采用GIS設(shè)備刀閘不拉開(kāi)操作電源的運(yùn)行方式，運(yùn)行多年并未發(fā)生過(guò)因控制回路或電機(jī)回路絕緣擊穿而出現(xiàn)刀閘誤分、誤合的情況。

由此可見(jiàn)，隨著刀閘控制回路結(jié)構(gòu)和設(shè)備條件的改進(jìn)，部分二次回路可靠性高、運(yùn)行環(huán)境良好的刀閘不拉開(kāi)操作電源運(yùn)行是具有較高可行性的。結(jié)合變電站電氣操作的需要、設(shè)備條件和運(yùn)行環(huán)境，對(duì)刀閘操作電源的運(yùn)行建議如下。

(1) 對(duì)于GIS、HGIS等可靠性較高的組合電器設(shè)備，如果安裝在室內(nèi)或者在室外的運(yùn)行環(huán)境良好的情況下，刀閘可以不拉開(kāi)操作電源運(yùn)行。

(2) 對(duì)于敞開(kāi)式設(shè)備，如果設(shè)備運(yùn)行環(huán)境良好，且控制回路有完善的電氣“五防”閉鎖，電機(jī)回路為非單接觸器接點(diǎn)直流電機(jī)，可根據(jù)需要不拉開(kāi)操作電源運(yùn)行。

(3) 對(duì)于采用程序化操作的變電站設(shè)備，由于設(shè)備可靠性較高，為提高程序化操作的實(shí)用性，一般情況下刀閘可不拉開(kāi)操作電源運(yùn)行。

(4) 對(duì)于部分未經(jīng)改造的老舊變電站和刀閘控制回路還沒(méi)有完善的電氣“五防”閉鎖，電機(jī)回路采用單接觸器接點(diǎn)或二次回路運(yùn)行環(huán)境惡劣，影響絕緣的變電站，刀閘的操作電源還是需要拉開(kāi)運(yùn)行。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著社會(huì)對(duì)電網(wǎng)供電要求的不斷提高，變電站已全面實(shí)現(xiàn)綜合自動(dòng)化配置，同時(shí)程序化操作等智能技術(shù)也在發(fā)展，運(yùn)行人員對(duì)變電站全面實(shí)行遠(yuǎn)程監(jiān)控的管理模式已勢(shì)在必行。當(dāng)今的設(shè)備條件，無(wú)論是元件質(zhì)量抑或是回路結(jié)構(gòu)都得到了很大的提高和改進(jìn)，因回路絕緣擊穿而導(dǎo)致刀閘、接地刀閘誤分、誤合的幾率甚微。如果刀閘操作過(guò)程中必須對(duì)刀閘電源空開(kāi)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)操作，將給變電站全面遠(yuǎn)程監(jiān)控管理帶來(lái)不便。如何有效解決刀閘操作便利性和安全性的問(wèn)題，還需結(jié)合技術(shù)現(xiàn)狀進(jìn)行深入的實(shí)踐驗(yàn)證分析，以求問(wèn)題得到科學(xué)的解決。

1 趙輝程，孫玉文，陳韶偉. 變電站程序化操作若干問(wèn)題探討[J]. 江蘇電機(jī)工程，2009，28(5):24-28.

2011-03-17)