直流換流站“五防”技術探討

黃 晨，肖士一(國網湖南省電力公司檢修公司，湖南 長沙 410007)

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直流換流站“五防”技術探討

黃 晨，肖士一
(國網湖南省電力公司檢修公司，湖南 長沙 410007)

〔摘 要〕介紹了直流換流站“五防”的概念以及直流換流站的“五防”措施；通過與交流變電站“五防”措施的對比，分析了直流換流站的 “五防”技術的現狀，并對發(fā)現的問題提出了改進建議。

〔關鍵詞〕直流換流站；交流變電站；“五防”；直流閉鎖

0 引言

在電力系統(tǒng)生產過程中，倒閘操作直接關系到電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，因此防止電氣誤操作是運行管理最重要的工作。為防止電氣誤操作引發(fā)的人身、電網和設備事故，在操作回路設置電氣閉鎖或裝設微機“五防”系統(tǒng)，已成為防止誤操作的必要技術手段。

目前，交流變電站的防誤閉鎖已從常規(guī)的機械閉鎖和電氣閉鎖向微機防誤閉鎖發(fā)展，并取得了很好的效果，特別在新建變電站內的應用更為廣泛，技術更為成熟。然而，直流換流站的防誤閉鎖與交流變電站的防誤閉鎖存在一定差異，對直流“五防”的理解也一直比較模糊。下文通過分析直流換流站防誤閉鎖設置，結合交流“五防”技術，對直流換流站“五防”系統(tǒng)提出一些建議，為直流“五防”的完善提供借鑒。

1 “五防”概述

“五防”是指防止帶負荷分合刀閘、防止誤入帶電隔離區(qū)間、防止誤分合斷路器、防止帶電掛接地線或合接地刀閘、防止帶地線或接地刀閘送電5項電氣誤操作。

目前交流變電站中廣泛使用微機防誤閉鎖裝置閉鎖的設備有斷路器、隔離開關、接地刀閘(接地線)、遮欄網門等，這些設備通過微機鎖具(電編碼鎖和機械編碼鎖)實現閉鎖，并由控制保護軟件編寫操作閉鎖規(guī)則。

2 直流換流站“五防”措施

相對于交流變電站，直流換流站無專門的微機“五防”裝置，主要通過以下幾種措施進行防誤。

2.1 控制保護軟件聯鎖

通過控制保護軟件編寫操作規(guī)則，負責開關、刀閘、地刀、直流控制模式、直流場設備之間的聯鎖?？刂票Ｗo系統(tǒng)實時采集現場各設備的狀態(tài)和參數，實現防止帶負荷分合隔離開關、帶電合接地開關、帶接地開關合斷路器(隔離開關)，防止誤入帶電的閥廳和直流濾波器圍欄內等。

2.2 電氣聯鎖

在直流換流站開關、刀閘、地刀就地操作的控制回路中，串連接入了軟件聯鎖的硬件接點。只有當軟件聯鎖條件滿足后，該接點才閉合，控制回路正電源才能夠接通，有效防止就地誤操作。

2.3 電磁聯鎖

閥廳大門、直流濾波器圍欄門帶有電磁閉鎖裝置，當閥廳與直流濾波器未轉檢修時，閥廳大門和直流濾波器圍欄門被電磁閉鎖，無法打開。

2.4 機械聯鎖

相鄰的刀閘和地刀之間有機械聯鎖，通過電氣設備的機械聯動部件對相應設備操作構成閉鎖。刀閘合上后地刀將無法合上，地刀合上后刀閘將無法合上。

2.5 安全管理

以上防誤閉鎖手段為強制性閉鎖，但還無法完全實現“五防”，需依靠現場安全管理來進行彌補，如增加間接驗電、設置安全警示牌、“兩票三制”、操作票預控、安全工器具管理等。

3 直流換流站“五防”技術分析

3.1 防止誤分合斷路器

目前，直流換流站防止誤分合斷路器還沒有完善的強制性手段。但是，在控制保護軟件中，對特殊工況下能夠引起直流閉鎖的操作已進行了有效的防范，確保不會因為誤分開關導致直流閉鎖。

(1) 防止誤分開關導致換流變不能連接至交流母線，引起單極閉鎖。換流變所在串的3個開關之間有非常嚴密的聯鎖條件，當任一開關合閘時，將無法手動拉開其他開關。交流場開關示意如圖1所示：若直流系統(tǒng)已閉鎖，允許Q2開關分閘；若Q3開關已合閘，允許Q2開關分閘；若直流系統(tǒng)已解鎖，且未通過Q3開關連接到Ⅱ母，則不允許Q2開關分閘。

圖1　交流場開關示意

(2) 防止誤分線路開關導致交流出線無法送出功率，引起雙極閉鎖。直流換流站交流出線的開關之間有嚴密的聯鎖條件，當僅剩1條線路且為單開關運行時，運行開關遠方和就地均無法分閘，只能保護動作跳閘，可有效防止因誤分線路開關而導致的雙極閉鎖。

(3) 防止誤分直流開關導致直流單極閉鎖。直流開關允許分合的條件有可靠的軟件聯鎖；在直流系統(tǒng)解鎖狀態(tài)下，禁止手動分閘操作，可有效防止因誤分直流開關而導致的直流單極閉鎖。

(4) 直流換流站對與直流系統(tǒng)運行聯系密切的開關進行全面的聯鎖，可有效防止因誤分直流開關而導致的直流單極閉鎖。但對于單一開關的分合閘而言，無法有效避免誤操作，例如在監(jiān)控系統(tǒng)上操作5011開關，若誤點擊5021開關，將造成誤操作。而在交流變電站，操作人員首先根據操作票在“五防”機上進行操作；操作正確后，將操作編碼發(fā)送至操作機；操作機再根據從“五防”機接收的編碼進行完全一致的操作。若在操作機上將開關選錯，將無法完成整個操作。

直流換流站對于防止誤分合開關方面的手段集中在幾個關鍵開關和其功能上，而對于大部分開關均無強制性防范手段。因此，直流換流站防止誤分合開關能力比交流變電站薄弱。除正常的軟件聯鎖外，交流變電站還增加了操作機和“五防”機之間的校驗解鎖環(huán)節(jié)，比直流換流站更為嚴謹，做法也更加有效。建議在新建直流工程中，借鑒交流變電站的思路，增加操作校驗環(huán)節(jié)，切實防止誤分合開關。

3.2 防止帶負荷分合隔離開關

對直流換流站而言，由于直流濾波器的特殊性，直流濾波器刀閘可帶負荷分合，故不存在防止帶負荷分合隔離開關的問題。但交直流場其他刀閘和交流濾波器場刀閘則禁止帶負荷分合。

(1) 交直流場隔離開關。在控制保護軟件中，隔離開關的分合閘條件有軟件聯鎖，即無論遠方還是就地操作，只有當斷路器在分閘位置時，才允許進行分合閘操作，這樣才可有效防止帶負荷分合隔離開關。

(2) 直流濾波器刀閘。由于運行時諧波電流并不大，即使電容器有故障，直流濾波器也可直接帶負荷拉開刀閘進行檢修，檢修后帶負荷直接合閘投入運行。其聯鎖邏輯為：

① 分閘聯鎖：高壓側刀閘一直允許分閘，低壓側刀閘必須在高壓側刀閘拉開后才允許分閘；

② 合閘聯鎖：低壓側刀閘在地刀全部拉開后才允許合閘，高壓側刀閘必須在低壓側刀閘合上后才允許合閘。

雖然直流濾波器允許帶電分合，但如果換流站內2組直流濾波器均斷開，將導致直流單極閉鎖。所以直流濾波器刀閘的軟件聯鎖條件并不完善，存在誤操作風險。建議對這種特殊工況加強聯鎖，防止直流單極閉鎖。

(3) 直流換流站在防止帶負荷分合隔離開關方面，遠方操作通過軟件聯鎖實現，就地操作通過電氣閉鎖實現，閉鎖接點通過軟件聯鎖條件控制。而在交流變電站內，“五防”機中包含了防止帶負荷分合隔離開關的軟件聯鎖，就地有電氣聯鎖，接點靠機械編碼鎖控制，而機械編碼鎖則依靠電腦鑰匙進行解鎖。

綜上所述，交直流場中均能夠實現強制性防止帶負荷分合隔離開關，但由于直流場的特殊性，2組直流濾波器之間的聯鎖功能還有待完善。建議增加相互監(jiān)視的邏輯，防止誤拉2組直流濾波器刀閘而導致直流單極閉鎖。

3.3 防止帶電掛(合)接地線(接地開關)

(1) 防止帶電合接地刀閘。在直流控制保護軟件中，只有當刀閘拉開時，才允許合接地刀閘，因此可強制性防范帶電合接地刀閘。

(2) 防止帶電掛接地線。目前直流換流站主要通過機械位置指示、帶電顯示、模擬量測量、監(jiān)控系統(tǒng)指示等方法確認無電后掛接地線，無強制性防范措施，僅靠“兩票三制”和安全工器具管理彌補控制保護軟件的漏洞。因此，如果工作人員走錯間隔，將會導致帶電掛接地線。

(3) 防止帶電掛接地線的改進措施。目前交流變電站“五防”機中的軟件完全可以實現強制性防范帶電掛接地線，其措施值得直流換流站參考。

① 根據需要設置臨時接地點，配置接地樁并加裝機械編碼鎖。在站內設置臨時接地點，臨時接地線必須掛在臨時接地點上，臨時接地點的閉鎖由地線頭、地線樁和機械編碼鎖共同完成。地線頭、地線樁外形如圖2所示。不掛地線時將機械編碼鎖鎖在地線樁上，如圖3所示 ；需掛地線時，先用電腦鑰匙打開機械編碼鎖，再裝上地線。

圖2　地線頭、地線樁外形

② 在監(jiān)控系統(tǒng)中加入接地線相關監(jiān)控并使其參與軟件聯鎖，相當于在軟件中增加了1組臨時接地刀閘相關功能，其操作方法與實際地刀操作一致，但是接地線實際狀態(tài)需要通過電腦鑰匙上送。

3.4 防止帶接地線(接地開關)合斷路器(隔離

開關)

(1) 防止帶接地線合斷路器(隔離開關)。由于直流換流站控制保護系統(tǒng)無法采集到臨時接地線狀態(tài)，無法監(jiān)視接地線，故無法進行有效防范，只能通過加強“兩票三制”、安全工器具及接地線管理等來預防。

圖3　不掛接地線時的情況

(2) 防止帶接地開關合斷路器(隔離開關)。在直流控制保護軟件中，斷路器及隔離開關合閘有嚴密的聯鎖條件，可強制性防止帶接地開關合斷路器和隔離開關；此外，在隔離開關與相鄰接地開關之間還設有機械閉鎖，可有效防止帶接地開關合隔離開關。

相較于直流換流站，交流變電站的“五防”系統(tǒng)可以有效預防帶接地線(接地開關)合斷路器(隔離開關)。因此可考慮借鑒交流變電站“五防”系統(tǒng)，在直流換流站內增設帶有機械編碼鎖的臨時接地點，只有得到值班人員許可并使用相應的解鎖鑰匙時，方可裝設臨時接地線。

3.5 防止誤入帶電間隔

(1) 利用VI標識對區(qū)域進行明顯標志。直流換流站設備區(qū)域的標識非常齊全，可有效引導工作人員，防止誤入帶電間隔。

(2) 利用安全警示牌對帶電區(qū)域進行警示。設置安全警示牌也是一種安全管理手段，如在直流充電裝置處設置安全警示牌對帶電區(qū)域進行警示，對爬梯設置檔板并加鎖等。

(3) 進行間接驗電。可通過機械位置指示、帶電顯示、模擬量測量等指示來判別工作區(qū)域是否帶電，防止誤入帶電間隔。

(4) 軟件聯鎖。直流換流站閥廳大門和直流濾波器圍欄網門均有電磁鎖閉鎖功能，在控制保護軟件中有嚴密的聯鎖條件：

① 閥廳大門須在換流閥閉鎖且閥廳地刀合上后，才允許打開；閥廳大門未關閉時，不允許直流解鎖；

② 直流濾波器圍欄網門必須在對應的直流濾波器高低壓側地刀合上后，才允許打開。

(5) 使用機械鎖。開關、刀閘、地刀的操作箱，水冷系統(tǒng)閥門，直流濾波器圍欄網門，設備區(qū)域圍欄門等均裝有機械鎖，不同區(qū)域使用不同鑰匙，防止誤入帶電間隔。

(6) 直流換流站內的設備操作箱及直流濾波器圍欄網門雖有機械鎖，但如果走錯間隔，仍可以打開柜門或網門，導致誤入帶電間隔。而交流變電站采用機械鎖編碼，打開相應的機械編碼鎖須在“五防”機中操作完成，可有效防止誤開鎖。

因此，可考慮在直流換流站中建立智能化鎖鑰匙管理系統(tǒng)，使任何操作箱、網門在開鎖前均需在控制室后臺單獨授權，以有效防止誤入帶電間隔。

4 結束語

綜上所述，直流換流站與交流變電站在“五防”系統(tǒng)設置上有較多不同之處，交流變電站有專門的“五防”閉鎖裝置；而直流換流站雖采用了一系列的“五防”手段來防止電氣誤操作，但無專用的“五防”閉鎖裝置，導致直流換流站“五防”不夠嚴密，無法全面地強制性防范誤操作；需要通過增加管理手段加以補充防范。因此，建議在新建直流換流站的設計中增加微機防誤系統(tǒng)。而對于已投運的直流換流站，若全面裝設“五防”系統(tǒng)則需要安裝大量“五防”設備，會大大增加控制保護系統(tǒng)的復雜程度，不利于系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，建議結合實際設置微機防誤系統(tǒng)。即在控制室裝設微機“五防”主機；在所有網門、刀閘機構箱、接地線樁頭處裝設“五防”機械鎖具；使所有斷路器、刀閘、地刀的后臺操作實現“五防”閉鎖功能；使所有的刀閘、地刀、接地線的就地操作及網門開閉實現“五防”閉鎖功能。

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黃 晨(1984-)，男，工程師，主要從事高壓直流輸電系統(tǒng)運行維護工作，email：huangchen311@hotmail．com。

肖士一(1988-)，男，技師，主要從事500 kV變電站運行維護工作。

作者簡介：

收稿日期：2015-11-06。