防止電站送出線路停電時帶電合地刀的方法研究

李 煜 曾 懿

（北京京能清潔能源電力股份有限公司華南分公司，廣東 湛江 524000）

0 引言

電力系統(tǒng)中有五類誤操作對其安全運(yùn)行破壞最大，防止這些誤操作的技術(shù)措施被稱為“五防”措施。“五防”是指：1）防止帶負(fù)荷拉、合隔離開關(guān)；2）防止誤拉、合開關(guān)；3）防止誤入帶電間隔；4）防止帶接地線（接地刀閘）合開關(guān)（隔離刀閘）；5）防止帶電掛（合）接地線（接地刀閘）[1]。微機(jī)五防裝置的使用，可以有效減少誤操作事故的發(fā)生，但是不能防范電站與變電站之間的帶電合接地刀閘，因此對現(xiàn)有的微機(jī)五防技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化升級就顯得十分必要。

1 光伏電站升壓站一次系統(tǒng)概況

某公司現(xiàn)管轄13個光伏發(fā)電站，項目分布在廣東、湖南兩省，其中11個集中式光伏電站、2個分布式光伏電站，累計投產(chǎn)裝機(jī)容量為1 173.43 MW。對于該公司11個集中式光伏電站升壓站：1）送出線路電壓數(shù)據(jù)、電流數(shù)據(jù)分別由室外PT（電壓互感器）和TA（電流互感器）提供；2）送出線的接線方式相同。以其中某一光伏電站為例，該電站送出線路如圖1所示。

圖1 某某光伏電站110 kV ××線路電氣一次系統(tǒng)圖

該電站5103-1接地刀閘位于線路出線側(cè)，當(dāng)線路由冷備用轉(zhuǎn)檢修時，需將5103-1合閘，此時如果對側(cè)變電站還未停電，則有可能造成帶電合接地刀閘的風(fēng)險。

2 線路側(cè)接地刀閘閉鎖原理

如果對側(cè)變電站尚未停電，線路將帶電，此時如果合上接地刀閘會導(dǎo)致嚴(yán)重的誤操作事故。因此，在接地刀閘控制回路設(shè)計時必須考慮采用閉鎖回路來避免此類事故。在常規(guī)設(shè)計中，通常采用電壓繼電器對線路電壓情況進(jìn)行檢驗，并利用電壓繼電器輔助接點來構(gòu)成閉鎖回路，原理圖如圖2所示。

圖2 某某光伏電站110 kV ××線路5103-1接地刀閘閉鎖回路原理圖

在圖2中，110 kV ××線路利用3個DY-34/60C電壓繼電器與相應(yīng)的輔助接點構(gòu)成閉鎖回路。DY-34/60C電壓繼電器結(jié)構(gòu)如圖3所示，此繼電器為電磁式，瞬時動作，磁系統(tǒng)有兩個線圈（2-6、4-8），線圈出頭接在底座端子上，當(dāng)線圈串聯(lián)時可使繼電器整定范圍增加一倍。繼電器配有兩對動斷觸點（1-3、5-7），在此回路中，繼電器電壓升至整定值或大于整定值時，繼電器就動作，動合觸點閉合，動斷觸點斷開；當(dāng)電壓降低到0.8倍整定值時，繼電器就返回，動合觸點斷開，動斷觸點閉合。

圖3 DY-34/60C電壓繼電器結(jié)構(gòu)圖

在線路帶電閉鎖接地刀閘合閘回路的設(shè)計中，將3個DY-34/60C電壓繼電器線圈分別接至二次電壓A、B、C、N中，由此獲得三相二次電壓，可采用各相電壓繼電器的一對動斷觸點串聯(lián)接至接地刀閘合閘回路中，如圖2 BS303-回路。當(dāng)任意一相電壓大于電壓繼電器整定值時，電壓繼電器動作，動斷觸點斷開回路，此接地刀閘合閘回路斷開，從而實現(xiàn)閉鎖接地刀閘功能。當(dāng)三相電壓均低于整定值時，BS303-回路各相電壓繼電器動斷觸點接通接地刀閘合閘回路，此時允許接地刀閘合閘。

3 微機(jī)五防工作原理

鑒于電站運(yùn)行的安全性，該公司管轄的所有光伏電站都采用了微機(jī)五防裝置。微機(jī)五防裝置又稱微機(jī)型防止電氣誤操作裝置，用于防止高壓開關(guān)設(shè)備電氣誤操作，通常主要由主機(jī)、模擬屏、電腦鑰匙、機(jī)械編碼鎖和電編碼鎖等功能元件組成。電站倒閘操作前，先在微機(jī)五防閉鎖裝置的模擬屏上操作一遍，由電腦分析判斷操作步驟正確后，再把操作邏輯導(dǎo)出到電站相應(yīng)的開關(guān)刀閘等設(shè)備上，即采用計算機(jī)技術(shù)在電腦上模擬，依靠PLC組態(tài)、大數(shù)據(jù)分析、邏輯判斷和分析，實現(xiàn)對斷路器、隔離開關(guān)、接地刀閘、地線、開關(guān)柜門的閉鎖，以達(dá)到防誤操作的目的[2]。

4 微機(jī)五防存在的安全漏洞

目前，電站的獨(dú)立微機(jī)五防裝置已經(jīng)基本可以防范電站內(nèi)部的誤操作發(fā)生，但是還存在兩個防范薄弱點：

1）對于電站與變電站之間帶電合接地刀閘或掛接地線的防范仍然不是非?？煽縖3]。這是因為現(xiàn)階段所有微機(jī)五防裝置都只能識別開關(guān)量信號，無法識別模擬量信號，由于對側(cè)變電站帶電與否信號屬于模擬信號，而非開關(guān)信號，所以微機(jī)五防裝置無法判斷對側(cè)變電站是否已經(jīng)停電。另外，由于有些光伏電站送出線路屬于GIS式設(shè)備，所有開關(guān)和刀閘都是封閉模式，無法在掛接地線前進(jìn)行驗電，從而給線路倒閘操作埋下了帶電合接地刀閘的風(fēng)險。

2）對電站與變電站之間接地刀閘合閘時送電則完全沒有技術(shù)防范措施[3]。但光伏電站不存在此薄弱點，因為光伏電站送電順序和其他電站不同，送電應(yīng)先送主變高壓側(cè)，然后再送主變低壓側(cè)，如果對側(cè)有接地刀閘未分閘，則光伏電站無法送電，所以此薄弱點不在本次討論范圍。

5 五防技術(shù)應(yīng)用的信息盲區(qū)

一般電站監(jiān)盤的監(jiān)控后臺是可以將遙信的模擬量信號轉(zhuǎn)換成開關(guān)量信號，轉(zhuǎn)發(fā)給微機(jī)五防裝置，從而實現(xiàn)五防邏輯閉鎖的。但是一來平常值班運(yùn)行人員幾乎不會進(jìn)入電站監(jiān)控后臺查看底層數(shù)據(jù)，存在對監(jiān)控后臺功能的不了解；二來一般電站監(jiān)控廠商和微機(jī)五防廠商是不同廠家，由于微機(jī)五防裝置廠家對現(xiàn)場運(yùn)行方式了解的局限性，其內(nèi)置的閉鎖邏輯公式往往不能適應(yīng)現(xiàn)場各種倒閘操作的需求，其中缺少對電氣一次送出線路是否帶電的判斷功能這一問題尤為突出，所以很多時候微機(jī)五防的電氣五防能力并沒有得到充分體現(xiàn)。

各光伏電站監(jiān)控畫面廠家的操作基本一致，僅為界面有區(qū)別，以南瑞PCS-9700為例，下面通過對閉鎖邏輯公式的優(yōu)化應(yīng)用來實現(xiàn)對電氣一次送出線路是否帶電的判斷功能。

6 微機(jī)五防系統(tǒng)

6.1 微機(jī)五防系統(tǒng)的邏輯設(shè)定

微機(jī)五防裝置是接收監(jiān)控后臺轉(zhuǎn)發(fā)過來的遙信信號，裝置內(nèi)編寫相關(guān)的邏輯公式實現(xiàn)邏輯判定，從而實現(xiàn)電氣五防的裝置。

6.1.1 公式格式

微機(jī)五防的邏輯表達(dá)式格式為：設(shè)備編號=動作（狀態(tài)）方向。

6.1.2 公式含義

情況條件和狀態(tài)表達(dá)式都允許有多種情況（或狀態(tài)）存在，表達(dá)式之間可以是“，”“+”及“（）”之一。“，”表示邏輯“與”關(guān)系，也就是說“，”兩邊的表達(dá)式是并列關(guān)系。比如說表達(dá)式“A，B”意味著A和B必須同時成立。“+”表示邏輯“或”關(guān)系，也就是說“+”兩邊的表達(dá)式是選擇關(guān)系。比如說表達(dá)式“A+B”表示A、B兩者滿足其中之一即可。

6.2 微機(jī)五防系統(tǒng)的應(yīng)用

以圖1為例，修改后的5103-1地刀合條件為“110 kV××線路側(cè)5103刀閘分閘，110 kV××線路無電壓=某某光伏電站110 kV××線路側(cè)5103-1地刀合閘”。

某某光伏電站110 kV××線路側(cè)5103-1地刀分條件為“無”。

根據(jù)以上邏輯設(shè)定，某某光伏電站出線線路停電時，必須5103刀閘分閘和110 kV××線路無電壓才可以將5103-1地刀合閘。5103刀閘分閘會讓110 kV××線路有一個明顯的斷開點，從而不會出現(xiàn)電站側(cè)帶電而合接地刀閘的情況；而110 kV ××線路無電壓，可避免對側(cè)變電站還未停電而出現(xiàn)帶電合地刀的情況。以上邏輯設(shè)定保證了線路停電合地刀時人身和設(shè)備的安全。

7 后臺監(jiān)控系統(tǒng)

由于“110 kV××線路無電壓”在后臺監(jiān)控系統(tǒng)中是模擬信號，而五防系統(tǒng)只能利用開關(guān)量來配置五防邏輯，故不能直接將“110 kV ××線路無電壓”加入五防系統(tǒng)邏輯判別之中，因此需要在后臺監(jiān)控系統(tǒng)將模擬量合成一個開關(guān)量虛擬遙信信號轉(zhuǎn)發(fā)至五防系統(tǒng)參與邏輯判別。

以南瑞PCS-9700監(jiān)控后臺為例，根據(jù)圖4，在南瑞PCS-9700監(jiān)控后臺界面依次找到“采集點配置—裝置測點—遙信”，點開“遙信”信息欄，在“遙信”信息欄的子欄目中找到“合成信息”（這個裝置不需要手動添加，添加廠站的時候默認(rèn)就會生成）。裝置下面默認(rèn)生成若干個遙信和遙測，在界面上端點擊“+”“-”按鈕可以增加或刪除相關(guān)的合成的虛擬遙信信息。

圖4 南瑞PCS-9700微機(jī)五防裝置界面合成虛遙信圖

通過圖4界面，可以將相關(guān)的遙信的模擬信號轉(zhuǎn)換為遙控的開關(guān)量信號，同時該界面也會顯示相應(yīng)的邏輯計算公式，若此頁面未顯示計算公式，需在允許標(biāo)記里勾選計算點，通過手動輸入邏輯判定公式來達(dá)到合成虛擬遙信的目的。

7.1 線路測控邏輯設(shè)定

式中：110 kV××線Uab、Ubc、Uca分別為數(shù)據(jù)庫中線路AB、BC、CA線電壓，其值為三相線電壓二次值，額定值為100 V。

通過編寫此邏輯式，得到一個110 kV ××線失壓的合成信號，即線路AB、BC、CA線電壓二次值均小于30 V時，判定110 kV ××線失壓。經(jīng)過此操作后，模擬量合成為一個虛擬的遙信位置，此功能與圖2中的閉鎖功能一致。

7.2 轉(zhuǎn)發(fā)五防

在得到“110 kV ××線路無電壓（虛遙信）”后，由于測控后臺不配置五防功能，需將此遙信信號轉(zhuǎn)發(fā)至五防系統(tǒng)，參與微機(jī)五防裝置線路側(cè)接地刀閘閉鎖邏輯的判定。如圖5所示，在五防系統(tǒng)組態(tài)中將廠站監(jiān)控系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)過來的虛擬遙信量加入邏輯判別中，可以將線路失壓信號加到線路側(cè)接地刀閘合閘運(yùn)行中。同時，在五防系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中也可看到監(jiān)控系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)過來的“110 kV ××線路無電壓”遙信量，此遙信量為開關(guān)量，即可參與“某某光伏電站110 kV××線路側(cè)5103-1地刀合閘=110 kV ××線路側(cè)5103刀閘分閘，110 kV ××線路無電壓”的邏輯判別，實現(xiàn)與第2章中閉鎖回路同樣的閉鎖功能。

圖5 五防轉(zhuǎn)發(fā)

8 結(jié)論

改進(jìn)后的微機(jī)五防裝置實現(xiàn)了完整的五防功能要求，杜絕了一些主觀及客觀因素的影響，真正意義上實現(xiàn)了光伏電站送出線路停電時的本質(zhì)安全。該項研究成果可以應(yīng)用到其他電站的線路停電倒閘操作中，將傳統(tǒng)微機(jī)五防裝置添加一個檢測線路是否帶電的閉鎖接地刀閘的條件，使運(yùn)行人員在對電站送出線路進(jìn)行倒閘操作時，即使無法進(jìn)行線路驗電，也能保證自身安全和設(shè)備安全，提升了光伏電站運(yùn)維的可靠性。