發(fā)電廠6kV開關(guān)防誤操作系統(tǒng)改造技術(shù)分析

華電國際十里泉發(fā)電廠 高 浩 鄧榮立 高 飛

本項目結(jié)合目前已有的鷹眼防誤觸操作系統(tǒng)，通過在ECS 增設(shè)開關(guān)和接地刀閘二維碼的方式避免人員誤操作，同時充分利用ECS 電量采集功能將各動力電量采集由手動改為自動并結(jié)合PI 系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行校驗，進一步提高數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。針對開關(guān)電動操作方式強化管理規(guī)定和技術(shù)措施，多措并舉綜合運用。該項目在提高6kV 開關(guān)防誤操作水平和電量采集準(zhǔn)確性、降低電氣誤操作風(fēng)險，保證運行人員人身安全的同時，能夠為#6機廠用電安全、經(jīng)濟運行提供重要保障，對電廠將產(chǎn)生明顯的經(jīng)濟和社會效益。

1 概述

華電國際十里泉發(fā)電廠現(xiàn)有5臺機組運行，總裝機容量為2120MW。220kV 系統(tǒng)分為甲站和乙站兩部分，甲站220kV 系統(tǒng)采用雙母線單分段連接方式，#1母線單段運行、#2母線經(jīng)分段斷路器22F 分#2A和#2B 兩段運行，分段斷路器22F 正常時在合閘狀態(tài)。乙站220kV 系統(tǒng)采用雙母線雙分段母線連接方式，#1母線經(jīng)分段斷路器21G 分為#1D 和#1E 兩段運行，#2母線經(jīng)分段斷路器22G 分為#2D 和#2E兩段運行，分段斷路器21G、22G 正常時在合閘狀態(tài)。

6號發(fā)電機為哈爾濱電機廠生產(chǎn)的水氫氫冷卻發(fā)電機，于2008年進行了增容改造，容量由300MW增至330MW，型號為QFSN-330-2。6號主變?yōu)楸６ㄗ儔浩鲝S生產(chǎn)的強油風(fēng)冷變壓器，6號發(fā)變組保護為PCS-985型微機保護，#6機組勵磁調(diào)節(jié)器為ABB 公司生產(chǎn)的UNTROL6800型微機三機勵磁調(diào)節(jié)器。#6機組6kV 工作A 段、B 段中壓開關(guān)是西門子公司1996年生產(chǎn)、安裝投入使用的，現(xiàn)已運行近20多年。

6kV 工作段高壓開關(guān)柜是電廠重要的電氣設(shè)備。高壓開關(guān)柜的作用是在電力系統(tǒng)進行發(fā)電、輸電、配電和電能轉(zhuǎn)換的過程中，進行開合、控制和保護。高壓開關(guān)柜內(nèi)的部件主要有高壓熔斷器、高壓隔離開關(guān)、高壓負荷開關(guān)、高壓操作機構(gòu)等。

#6機組6kV 工作A 段、B 段中壓開關(guān)的型號F-C 上、下層開關(guān)廠家已不再批量生產(chǎn)，屬于淘汰類型產(chǎn)品。設(shè)備使用年限久遠、在日常使用過程中設(shè)備存在很多質(zhì)量隱患，其常見問題主要如下：開關(guān)“五防”功能不全。五防功能不全給人員和設(shè)備帶來極大的安全隱患；多次出現(xiàn)開關(guān)拒分、拒合；機構(gòu)卡澀。操作小車開關(guān)時，需要運行人員在就地進行操作。開關(guān)在搖進、搖出時，容易出現(xiàn)機構(gòu)卡澀、操作困難等現(xiàn)象；真空泡試驗時出現(xiàn)真空度下降超標(biāo)；運行過程中還多次出現(xiàn)開關(guān)觸頭發(fā)熱。開關(guān)設(shè)計不合理、環(huán)境溫度高、運行負荷嚴重不平衡等因素易導(dǎo)致開關(guān)觸頭發(fā)熱；開關(guān)使用的保護裝置為江蘇金智科技生產(chǎn)的WDZ-3型微機綜合保護裝置、現(xiàn)已停產(chǎn)，保護裝置經(jīng)常出現(xiàn)黑屏、屏閃等現(xiàn)象。

鑒于實際生產(chǎn)狀況，我廠#6機6kV 工作段開關(guān)改造具有深切的必要性和緊迫性。該項目實施后，為#6機廠用電安全運行提供重要保障，對電廠將產(chǎn)生明顯的經(jīng)濟、環(huán)境和社會效益。該項目實施后，可節(jié)省大量的操作工時、管理成本，保證操作人員人身安全的同時，有效地提高設(shè)備運行的穩(wěn)定性和可靠性、提高工作效率。

2 設(shè)備安裝時存在的主要危險因素及應(yīng)對措施

從事電氣作業(yè)人員應(yīng)佩戴合格的個人防護用品和驗電器：高壓絕緣鞋（靴）、高壓絕緣手套等必須選用具有國家“勞動防護品安全生產(chǎn)許可證書”資質(zhì)單位的產(chǎn)品且在檢驗有效期內(nèi)。作業(yè)時必須穿好工作服、戴安全帽，穿絕緣鞋（靴）、戴絕緣手套。根據(jù)需要攜帶相應(yīng)電壓等級的高壓驗電器，從事低壓設(shè)備檢修維護人員必須隨身攜帶低壓驗電筆。

電氣設(shè)備“五防”功能必須完備，嚴格按規(guī)定保管和使用萬能解鎖鑰匙；電氣設(shè)備、設(shè)施安全接地、接零應(yīng)牢固可靠，不得將接地線接在金屬管道上或其他金屬構(gòu)件上，并應(yīng)定期測量接地阻值是否合格；配電盤前后標(biāo)志清楚，嚴禁單人打開柜門進行拆裝接地線工作，設(shè)備帶電部位應(yīng)設(shè)置明顯的帶電警示標(biāo)識和安全色，定期檢查，確保完好[1]。

電氣設(shè)備停電檢修、測量絕緣、裝設(shè)接地線等工作前必須驗電，檢查確認已布置的安全措施正確可靠后，方可開始工作；工作前必須進行危險點分析和安全交底、熟悉了解工作任務(wù)、作業(yè)范圍、已布置的安全措施、帶電部位和安全注意事項，嚴禁擴大工作范圍和越權(quán)操作。

在電氣設(shè)備附近工作時，必須與帶電部位保持足夠的安全距離，高壓電氣設(shè)備帶電部位對地距離不滿足設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)時周邊必須裝設(shè)防護圍欄，門應(yīng)加鎖，并掛好安全警示牌；在做高壓試驗時，必須裝設(shè)圍欄和警示標(biāo)識并設(shè)監(jiān)護人，非工作人員禁止入內(nèi)，操作人員應(yīng)站在絕緣物上。試驗電源應(yīng)裝設(shè)有明顯斷開點的刀閘，試驗中改接線時應(yīng)先斷開電源，確認有明顯的斷開點，進行驗電、掛臨時接地線后方可進行改接線。

電氣設(shè)備著火時，應(yīng)立即切斷有關(guān)設(shè)備的電源，然后進行救火，應(yīng)使用干式滅火器、二氧化碳滅火器滅火。在不能判明是否帶電的情況下，必須使用消防水滅火時必須采取使用噴霧水槍，加裝接地線，戴絕緣手套，穿絕緣靴、均壓服等安全措施，站在絕緣板上，以點射的方法使水滴落在火源上，其他人員不得接近正在滅火的消防員、燃燒區(qū)和積水區(qū)。

3 智能中壓開關(guān)柜方案

3.1 負載變化的實時診斷技術(shù)

采用安全可靠的無線射頻技術(shù)實時采集并監(jiān)測高壓開關(guān)設(shè)備的溫升及斷路器特性數(shù)據(jù)，及時識別設(shè)備的潛在故障，并在缺陷初期發(fā)出預(yù)警，有效地防止?jié)撛诠收系倪M一步發(fā)展，大大地降低非預(yù)期停電發(fā)生的概率。同時在線監(jiān)測及診斷系統(tǒng)可為后續(xù)進行開關(guān)設(shè)備的失效預(yù)測分析及壽命預(yù)測分析提供真實可追溯的運行記錄，為設(shè)備健康狀況評估提供有效的依據(jù)。

3.2 開關(guān)設(shè)備溫度在線監(jiān)測

智能中壓開關(guān)柜的“開關(guān)設(shè)備溫度在線監(jiān)測及診斷功能”涵蓋了柜體及斷路器兩大部分：實現(xiàn)對柜體電纜部位及母線部位，斷路器上下觸臂的實時溫度監(jiān)測。所測溫度能夠獨立測溫且在現(xiàn)場安裝的操作面板上可顯示實際測量溫度，并上傳在集中監(jiān)控主機上，顯示所有被測點的實時溫度。同時，通過智能分析監(jiān)測點的溫度，診斷設(shè)備的健康狀態(tài)；通過對比實際測量溫度值和理論計算溫度值，分析開關(guān)設(shè)備在負荷變化時，運行溫度是否在合理的范圍內(nèi)。若實際運行溫度超過理論計算溫度，將預(yù)警告知用戶，從而診斷出潛在的故障點[2]。

3.3 視頻遠程監(jiān)測

本項目改造的開關(guān)柜搭載視頻監(jiān)視系統(tǒng)，可遠程觀察設(shè)備運行狀態(tài)。通過遠程智能監(jiān)控技術(shù)，實現(xiàn)開關(guān)設(shè)備的無人值守。搭載了視頻監(jiān)視功能的開關(guān)柜，可以使用戶在遠方控制室實時觀察設(shè)備的運行情況，從而確保設(shè)備穩(wěn)定的運行。

3.4 開關(guān)柜防誤功能

高壓開關(guān)柜應(yīng)具備防止誤分、誤合斷路器，防止帶負荷分、合隔離插頭，防止接地開關(guān)合上時（或帶接地線）送電，防止帶電合接地開關(guān)（或掛接地線），防止誤入帶電隔室等五防功能。開關(guān)柜饋線側(cè)（電纜側(cè)）應(yīng)有帶電顯示。電纜測絕緣可以通過外購或第三方的廠家現(xiàn)場安裝相關(guān)的試驗測試設(shè)備實現(xiàn)安全防護。

無論接觸器還是斷路器，在合閘狀態(tài)下會通過機械閉鎖住手車，無論電動還是手動都將禁止操作。開關(guān)在工作位置時，防止接地刀閘操作把手插入操作孔的閉鎖采用純機械閉鎖方式。接地刀閘分閘后防止誤入后下側(cè)帶電隔離室功能采用柜外橢圓形閉鎖后下柜門方式。

3.5 全電機驅(qū)動開關(guān)

配備專業(yè)的電動機驅(qū)動保護裝置，當(dāng)遇到卡滯等非正常工作情況時，電機輸出電流增加，保護程序啟動，切斷電機電源并閉鎖電動操作，同時保護指示燈亮并發(fā)故障信號（紅色）防止發(fā)生不可逆的機械損傷；斷路器或接觸器等手車電動操作功能是在手車底盤上增加了一個驅(qū)動電機，由該電機牽引手車本體完成在工作位置和試驗位置的切換。必須配置防堵轉(zhuǎn)功能的智能監(jiān)控單元，防止手車機械故障誤判，同時在發(fā)生電機故障時自動保護電機及驅(qū)動機構(gòu)，故障指示燈點亮并發(fā)報警信號。

接地開關(guān)電動操作功能具備與斷路器手車電動操作保護功能一樣的智能監(jiān)控單元。該監(jiān)測單元不僅具備電動操作和保護電機的功能，同時還能實現(xiàn)與斷路器/接觸器手車的閉鎖功能，如：斷路器在工作位置時自動閉鎖電動合接地開關(guān)；接地開關(guān)合閘時自動閉鎖電動操作斷路器手車。手車與接地開關(guān)全電動操作大大提高效率和保障操作人員安全，運行人員不必再親臨開關(guān)室操作開關(guān)設(shè)備，提高了人員的工作效率和設(shè)備的使用率，減少了負載切換的等待時間，同時避免操作故障對人身的損害[3]。充分利用ECS 電量采集功能將各動力電量采集由手動改為自動并結(jié)合PI 系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行校驗，進一步提高數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。

4 智能化方案的實施

4.1 智能化方案的實現(xiàn)方式及現(xiàn)狀

目前國產(chǎn)品牌智能化的元件或驅(qū)動機構(gòu)都是使用第三方外購的產(chǎn)品，特點如下：

電動驅(qū)動使用外購的產(chǎn)品，性能及穩(wěn)定可靠性低，容易發(fā)生斷路器與電動手車之前的卡滯；大部分都不配置專用的電動驅(qū)動電機保護模塊，在電機發(fā)生卡滯時無法快速保護電機及驅(qū)動機構(gòu)，造成不可逆的機械損傷；無線測溫元件使用第三方產(chǎn)品，需要更換電池，并使用外掛或表帶式，減少了絕緣距離的同時還容易發(fā)生電池失電不易更換而增加大量的維護工作，不是免維護的產(chǎn)品；沒有專業(yè)的智能測量和診斷系統(tǒng)，只能監(jiān)測部分在線數(shù)據(jù)，無法進行智能的判斷，需要人工二次干預(yù)方能解決溫升等數(shù)據(jù)的變化而引起的預(yù)警信息，但實施起來又非常困難；在線視頻技術(shù)不完善，通常也都是外購第三方的技術(shù)，非自主研發(fā)的產(chǎn)品，容易發(fā)生配合不穩(wěn)定或通訊故障等問題。

綜上所述，本項目推薦使用智能化系統(tǒng)及元件全部為自主研發(fā)，技術(shù)成熟、業(yè)績較多的的合資產(chǎn)品。同時為了保證安全，斷路器無線測溫技術(shù)必須有第三方認證的型式試驗報告，斷路器無線測溫嚴禁使用外掛式測溫技術(shù)，推薦使用觸臂預(yù)埋式自供電技術(shù)。

4.2 整體聯(lián)調(diào)及實施效果對比

智能化控制功能程序應(yīng)接入十里泉電廠原ECMS 系統(tǒng)，由ECMS 系統(tǒng)實現(xiàn)智能開關(guān)的順序控制和特性監(jiān)測，在ECMS 上實現(xiàn)上述一鍵操作、監(jiān)測及預(yù)警功能，在DCS 上應(yīng)保留的合分閘操作功能、斷路器的分合閘監(jiān)視、電流監(jiān)視、保護動作監(jiān)視，遠方就地監(jiān)視、控制回路電源監(jiān)視等相關(guān)信號。開關(guān)經(jīng)過改造后，通過近幾個月的觀察，開關(guān)運行情況統(tǒng)計如下：開關(guān)發(fā)熱情況0次；開關(guān)機構(gòu)卡澀情況0次；運行人員操作開關(guān)工時對比操作時間明顯縮短。

4.3 改造后存在的問題：

遠方電動操作存在的管理問題：變壓器類負荷合接地刀閘前的驗電問題也無法在遠方實現(xiàn)，雖然有帶電指示器，但目前在遠方無法觀察到；電動操作用的電動操作電源開關(guān)正常必須斷開，以保證安全防止誤動。電動操作電源開關(guān)的位置設(shè)置需要綜合考慮。

攝像頭的問題：攝像頭的燈常亮，若燈壞則無法監(jiān)視。尤其是接地刀攝像頭，如果不停母線無法更換；目前采用攝像頭自帶的移動監(jiān)測，自動彈出設(shè)備操作畫面。實際操作當(dāng)中，由于操作設(shè)備振動較大，導(dǎo)致畫面經(jīng)常跳轉(zhuǎn)到附近開關(guān)。建議視頻應(yīng)與操作指令進行聯(lián)系，用操作指令調(diào)用攝像頭，而不是用移動監(jiān)測，提高顯示的可靠性。

綜上，根據(jù)以上調(diào)查及存在的問題，由于6kV開關(guān)柜存在較大的安全隱患，嚴重制約著本廠#6機6kV 工作段設(shè)備安全穩(wěn)定運行，急需對開關(guān)柜進行整體換型改造。通過對#6機組高壓開關(guān)柜進行智能化升級改造后，通過跟蹤運行效果發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)在提高6kV 開關(guān)防誤操作水平和電量采集準(zhǔn)確性、降低電氣誤操作風(fēng)險，保證運行人員人身安全的同時，能夠為#6機廠用電安全、經(jīng)濟運行提供重要保障，對電廠將產(chǎn)生明顯的經(jīng)濟和社會效益。