（电气工程专业论文）变电所五防配置研究.pdf

浙江大学硕士学位论文 变电所五防配置研究 a b s t r a c t t h i sp a p e rf i r s t l ya n a l y z e st h a tt h ea n t i - m i s o p e r a t i o nd e v i c ep l a y sa l li m p o r t a n tr o l ei n p o w e rs y s t e m t h em i s o p e r a t i o na c c i d e n t s s t i l l h a p p e nu n d e rt h e u s eo ft h ec u r r e n t a n t i - m i s o p e r a t i o nd e v i c e t h e ni te x p o u n d st h ef u n d a m e n t a ls i t u a t i o no ft h ef i v e - p r e v e n t i o n c o n f i g u r a t i o ni np o w e rs y s t e ma n de x p l a i n st h a tt h ef i v e - p r e v e n t i o nf u n c t i o na n da p p l i c a t i o n s c o p eo f t h el o c k i n gd e v i c es e l fh a v et h ec e r t a i np r o b l e m ，d e f e c ta n dl i m i t a t i o n ，m e a n w h i l e ，t h e a n t im i s l o c kd e v i c el a c k so fs c i e n t i f i ca n de f f e c t i v em a n a g e m e n ts y s t e m t ob ea i m e da tt h e s h o r t a g e ，i tg i v e sp r o p o s i t i o n st h a tt h ef i v e - p r e v e n t i o nc o n f i g u r a t i o ns h o u l db ec o n s i d e r e df r o m t h ea n g l eo fe r g o n o m i c s o no n eh a n d ，t h ef u n c t i o no ft h ef i v e p r e v e n t i o nn e e d st ob e p e r f e c t e d ，a n do nt h eo t h e rh a n d ，b yp a y i n gs p e c i a la t t e n t i o nt ot h er e g u l a t i o no fh a n d l e b e h a v i o ra n dt h ep e r f e c t i o no fm a n a g e m e n ts y s t e mt om a k et h ep e r s o nc o m b i n ew i mt h e e q u i p m e n tr e a s o n a b l y ，t h u sw ec a np r o d u c et h eb e n e f i t sm a x i m a l l ya n dr e a c ht h ep u r p o s e o f r e d u c i n gt h em i s o p e r a t i o na n di m p r o v i n gs e c u r i t y 。 k e yw o r d s ：p o w e rs y s t e m ；e r g o n o m i c s ；f i v e p r e v e n t i o n i i i 浙江大学硕士学位论文变电所五防配置研究 浙江大学研究生学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的 研究成果，也不包含为获得迸江盘堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢 意。 学位论文作者签名： 签字醐：7 年棚巾 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解逝望盘堂有权保留并向国家有关部门或机构送交本 论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权逝婆态堂可以将学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，可以采用影印、缩印或扫描等复制手 段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：i 钤 ， 签字日期：岬年? 月 日 ；：笫川日 签字日期：广一7 年锣月j 寸日 浙江大学硕上学位论文 变电所五防配置研究 致谢 本文在研究方向和研究内容上得到了老师的悉心指导，在此表示最诚挚的感谢。在 攻读硕士期间，老师在学业上和生活上都给了我极大的帮助。导师渊博的知识、严谨的 治学态度以及对事业的奉献精神都深深地影响和激励着我，这是我用之不竭的精神财富。 在完成论文期间，得到了同专业同学的关心和帮助，在此表示真诚的感谢。 感谢电气工程学院的老师们的关心和支持。 感谢院系领导的培养和关怀，感谢所有在研究生期间帮助过我的老师和同学。 最后还要感谢一直不断支持、鼓励我拼搏奋斗的家人，他们的爱使我坚持完成学业， 我将不会辜负他们对我的期望。 余令勇 2 0 0 9 年7 月 浙江大学硕士学位论文 变电所五防配置研究 1 绪论 1 1 防误装置在电力系统中的地位 变电站的电气误操作可能造成大面积停电、设备损坏、人身伤亡，甚至引 起电网振荡瓦解等严重后果，我国电力系统在无数次血的教训面前，结合中外电 气运行的实践，为了有效防止运行电气设备误操作引发的人身和重大设备事故， 规定了电气防误的管理、运行、设计和使用原则。 五防系指：防止带负荷误拉、误合隔离开关；防止误拉、误合断路器； 防止带地线或接地闸刀合闸；防止带电挂接地线或合接地闸刀；防止误入 带电间隔。电气“五防”功能的实现成了电力安全生产的重要措施之一，凡是有 可能发生人员失误而引起误操作的高压电气设备都应装设防误装置。遵照这一原 则，电力系统中的变电所均采用了有效的防误装置，对于防止误操作的起到了至 关重要的作用。 1 2 误操作事故的原因分析 随着电网的不断发展，技术的不断更新，防误装置得到不断改进和完善。但 是近年来，电气误操作事故仍然屡禁不止。认真分析电气误操作事故的原因及防 范对策，对确保电力企业安全生产具有很重要的意义。电气误操作的原因主要有 以下四点： 1 、人员技术素质不高 电气设备的倒闸操作要求电气运行人员具有丰富的电网运行知识，熟悉设 备、系统和基本原理；熟悉操作和事故处理，熟悉本岗位的规程和制度，必须掌 握一、二次设备的操作配合及倒闸操作的技术原则。如操作人员对本岗位应掌握 的技能和安全知识一知半解，做一天和尚撞一天钟，日常不注重学习提高，遇事 手忙脚乱，必然造成误操作。 2 ，习惯性违章 运行人员习惯性违章的表现有以下几种： ( 1 ) 不执行调度命令复诵核对制度； ( 2 ) 不认真填写、审核操作票； ( 3 ) 操作前不进行模拟预演； ( 4 ) 操作过程中不认真进行监护复诵制度； 浙江大学硕士学位论文变电所五防配置研究 ( 5 ) 一次操作多带或少带操作票； ( 6 ) 不按操作票的顺序进行操作，跳项、漏项或倒项操作； ( 7 ) 操作中使用不合格的安全用具，没有养成使用前首先检查安全用具的良 好 - - j 惯； ( 8 ) 装设接地线或合接地刀闸前不验电或不按照验电”三步骤”执行； ( 9 ) 无票操作； ( 1 0 ) 单人操作； ( 1 1 ) 操作前不认真核对操作位置，不核对设备的名称、编号，不核对模拟图； ( 1 2 ) 不详细做好操作记录； ( 13 ) 交接班不严，交接过程不认真、不清楚； ( 1 4 ) 对操作质量不认真检查； ( 1 5 ) 盲目或未经允许解锁。 3 、精神状态不良，忙中出错 在电气设备上工作的人员必须经医师鉴定，无妨碍工作的疾病。不提倡操作 人员和工作人员带病上班，对思想上存在问题，精神不集中，体力消耗过大的人 员应尽量避免上岗。 4 、防误闭锁装置不完善和管理不严 电气误操作事故在已经安装有闭锁装置的变电站中仍时有发生，究其原因， 主要是这些闭锁装置本身的五防功能和应用范围都存在一定的问题、缺陷和局限 性，同时防误闭锁装置也缺乏科学有效的管理制度。目前我们使用的防误闭锁装 置性能不稳定，部分产品制造质量和安装调试质量差，以及运行人员使用维护不 当等原因，容易造成防误闭锁装置卡涩、失灵等故障，延误操作时间，影响事故 处理，该开的时候开不了，不该开的时候又开了。有些装置该装设的防误程序锁 不装设，该完善的防误闭锁不完善，或在使用中只要锁打不开，不论什么原因就 盲目解锁，不按管理规定使用万能解锁，甚至将锁砸坏，使防误闭锁装置未能完 全发挥作用或形同虚设，最终造成误操作。 分析前三点原因，主要是操作人员主观上存在问题，需要通过教育和培训加 以解决。本课题着手解决防误闭锁装置不完善和管理不严所引起的误操作，分析 现有的变电所“五防”配置的缺点及管理上的疏漏，从人机工效的角度出发，完 善“五防”配置，从而提高倒闸操作的可靠性，对于保证电力系统安全运行具有 浙江大学硕士学位论文 变电所五防配置研究 重要意义。 1 3 课题目标 很多人认为通过完善“五防竹装置功能并且增加其强制性，能避免误操作事 故，即完全从技术角度杜绝误操作事故。但实际上这条路是行不通的，“五防” 装置不可能从技术上杜绝误操作。 所谓“五防”，是为了防止误拉合开关、带负荷拉合刀闸、带电挂地线、带 地线送电，误入带电间隔等5 种误操作，通过一定的方式、一定的设备，在一定 程度上实现其功能，而不是也不可能是绝对的实现，因此不可能因安装了“五防” 装置而从技术上杜绝误操作。 首先，现场数据( 状况) 取样可能会出现问题，如防带负荷拉合刀闸的实现。 从理论上说，只要检测到开关的三相触头均在断位后，才允许操作刀闸，就可以 杜绝此种误操作事故。在技术上实现此功能的核心问题是准确检测开关的触头位 置。对于该项检测，各种五防各有其法：程序锁通过检验该回路的开关的操作把 的位置，电磁锁通过检验开关的辅助接点位置，微机五防通过检验开关位置继电 器的位置，机械联锁通过开关机构的连杆闭锁刀闸操作把手等。由上述检测方式 可以看出，任何一种方式，都是间接，而不是直接检测开关的三相触头位置。因 此只能说：在设备正常情况下，上述检验是能够判明开关触头的位置，从而不会 带负荷拉合刀闸。但在非正常情况下，如操作把二次接线脱落，开关辅助接点故 障，机构故障等，开关触头未断开或未三相全部断开等( 仅我局就多次出现拉开 关时，单相未分开的故障) ，此时拉合刀闸则会造成带负荷拉合刀闸事故。因此， 从上述分析可看出，要真正实现此功能的核心问题是直接而不是间接检测开关触 头的实际位置，而直接检测，在技术上是不可行的。 其次，不可能为“五防问题去增加主设备五防是在主设备上加装的附属 设备，不可能要求为完善五防而增加主设备，而且从技术角度上也是不可行的。 例如合母线侧接地刀前，对母线验电的问题。目前任一种五防均不是采用电压抽 取对母线验电方式，均为通过检查母线刀闸位置的方式。因为不可能专为实现此 功能在母线上安装一组电压抽取装置。 从上述分析可看出，目前任一种“五防”都不能称为是绝对完善的，都只 是一定程度上的完善。对于微机五防，虽然目前其功能是最全、最完善的，但其 在技术上存在一个致命的缺陷：即其进行逻辑判断的依据是模拟图板上设备的状 3 浙江大学硕士学位论文变电所五防配置研究 态，而不是现场设备实际状态。两者一旦不符，五防功能即无法保证。在技术上， 目前尚难以可靠地将现场所有设备状态( 包括所有地线、网门) 采集下来传至主 机，即使采集到也只能是间接的，非直接方式。因此，保证模拟图板与现场实际 设备对位的工作必须要依靠值班人员正确地执行操作票制度。这就出现了这样一 个怪圈：微机五防是为了防止值班人员不认真执行操作票制度而造成误操作，却 又依赖于值班人员严格执行操作票制度来保证现场设备位置与模拟图板的严格 对位。 所以我们应该从“人机工效”的角度考虑“五防”配置，单纯地强调操作行 为规范或单纯强调“五防”功能完善都是片面的。所谓人机工效，是指人与设备 的合理结合，从而产生最大的效益，具体从两方面着手展开： 1 、分析现有五防装置中存在的漏洞，完善“五防功能。例如着手解决机 械程序锁“防止带电挂接地线或合接地闸刀”的难题。针对变电站户外线路接地 闸刀机械程序锁没有防范带电强制性闭锁操作上的技术性问题，通过引进高压带 电显示器成套装置和对原机械程序锁操作环节的技术革新，将线路接地闸刀机械 程序锁操作与安装在线路闸刀线路侧带电显示装置配套联用，实现了强制性闭 锁，达到了运行管理防误操作要求。配套程序操作过程：拉开开关一拉开线路闸 刀一拉开母线闸刀一带电显示装置检测线路无压，闭锁条件开放一合上线路接地 闸刀( 或在线路闸刀线路侧挂接地线) 一合上开关母线侧接地闸刀( 或在母线闸 刀开关侧挂接地线) ，实现操作闭锁条件功能。 2 、严格执行倒闸操作流程及制度，规范操作行为。五防从理论上和实践上 均不可能达到尽善尽美，防止误操作事故，例如“防止误拉、合断路器”的难题， 由于其不包含在操作规则之内，即没有闭锁，只能依靠运行人员的责任心和倒闸 操作制度来保证此部分不出问题。所以关键还在于值班员严格执行操作票制度和 倒闸操作“六要、七禁、八步”制度，以及五防装置与操作人员行为的合理结合， 术语称合理的人机工效。只有加强对运行人员的安全思想教育，提高安全责任心， 加强技术培训，提高人员素质，并推行标准化、规范化、程序化操作，实施监护 到位，严把现场安全关，才能最大限度的保证电网的安全可靠运行。 4 浙江大学硕士学位论文变电所五防配置研究 2 防误装置的使用现状 2 1 常规闭锁方式 自1 9 8 0 年，原水电部提出在电力系统中要防止五种恶性电气误操作事故， 倡导采用五防技术措施以来，在国内出现的常规防误闭锁方式主要有4 种：机械 闭锁，程序锁，电气联锁和电磁锁。其中电气联锁是建立在二次操作回路上的一 种防误功能，通过开关和刀闸的辅助接点和电气线路而形成的闭锁电路，而电磁 锁则作为闭锁的执行元件，所以两者是互相依存的。这些闭锁方式在防误工作中 发挥了积极作用，经过2 0 年使用和运行考验，各种传统闭锁方式的优缺点均已 充分显示。 1 、机械闭锁是在开关柜或户外闸刀的操作部位之间用互相制约和联动的机 械机构来达到先后动作的闭锁要求。机械闭锁在操作过程中无需使用钥匙等辅助 操作，可以实现随操作顺序的正确进行，自动地步步解锁。在发生误操作时，可 以实现自动闭锁，阻止误操作的进行。机械闭锁可以实现正向和反向的闭锁要求， 加之闭锁直观，强度高，不易损坏，检修工作量小，操作方便，运行可靠等优点， 所以受到运行和检修人员的欢迎。 然而机械闭锁只能在开关柜内部及户外闸刀等的机械动作相关部位之间应 用，与电器元件动作问的联系用机械闭锁无法实现。对两柜之间或开关柜与柜外 配电设备之间及户外闸刀与开关( 其他闸刀) 之间的闭锁要求也鞭长奠及。所以 在开关柜及户外闸刀上，只能以机械闭锁为主，还需辅以其他闭锁方法，方能达 到全部五防要求。 2 、程序锁( 或称机械程序锁) 是用钥匙随操作程序传递或置换而达到先后开 锁操作的要求。其最大优点是钥匙传递不受距离的限制，所以应用范围较广。开 关与其以外的其它电气设备之间，以及户外配电装置、户内间隔式配电装置都适 宜用程序锁达到闭锁要求。国内生产的程序锁分为两大类：即有弹子程序锁和无 弹子程序锁。第3 次全国五防会议倡导推广无弹子程序锁。无弹子程序锁又分为 2 种，一种是采用转角度走步法，一把钥匙走到底，此种程序锁闭锁路线单一， 不易实现横向闭锁要求，难以在复杂结线方式中应用；另一种是采用钥匙置换法， 可以在置换过程中变化钥匙数量，由于其编程灵活，能满足竖向和横向闭锁要求， 所以在复杂结线的配电装置中亦可使用。程序锁在操作过程中有钥匙的传递和钥 匙数量变化的辅助动作，符合操作票中限定开锁条件的操作顺序的要求，与操作 s 浙江大学硕士学位论文变电所五防配置研究 票中规定的行走路线完全一致，所以也容易为操作人员所接受。 程序锁在使用中所暴露的问题是：某些程序锁功能简单，只能在较简单 的结线方式下采用，由于不具备横向闭锁功能，在复杂的结线方式下根本不能采 用；具有较灵活闭锁方式的程序锁虽然能满足复杂的接线，但在闭锁方案中必 须设置母线倒排锁，使得操作过程十分复杂；在大容量的变电站中，隔离开关 分合闸采用按钮控制电动机正反转，而程序锁对按钮无法进行程序控制；程序 锁也需要众多的程序钥匙，由于安装不规范、生产工艺及材料差等问题，使程序 锁易被氧化锈蚀、发生卡涩，特别是在一些大型变电站中的网门、接地闸刀等处， 延长了操作时间，不受操作人员欢迎，往往在难以操作时被砸坏，致使一定时间 内失去闭锁功能；倒闸操作中，分、合两个位置的精度无法保证；程序锁使 用时，必须从头开始，中间不能间断。所以程序锁现在已不采用。 3 、电气闭锁是通过电磁线圈的电磁机构动作，来实现解锁操作，在防止误 入带电间隔的闭锁环节中是不可缺少的闭锁元件。按照原能源部颁发的防止电 气误操作装置管理规定中规定，在户外1 1 0 k v 及以上复杂结线应优先采用电气 联锁和电磁锁方案。电气闭锁的优点是操作方便，没有辅助动作，但是在安装使 用中也存在以下几个突出问题：一般来说电磁锁单独使用时，只有解锁功能没 有反向闭锁功能。需要和电气联锁电路配合使用才能具有正反向闭锁功能；作 为闭锁元件的电磁锁( 例如d w 型) ，结构复杂，电磁线圈在户外易受潮霉坏，绝 缘性能降低，增加了直流系统的故障率；需要敷设电缆，增加额外施工量； 需要串入操作机构的辅助触点。根据运行经验，辅助触点容易产生接触不良而影 响动作的可靠性；在断路器的控制开关上，一般都缺少闭锁措施。 综上所述，传统的防误闭锁方式各有所长，各有其短，都有一定的应用范 围，防误功能也都有一定的局限性。传统的防误闭锁方式主要通过相关设备的 辅助接点联接来实现闭锁，闭锁可靠；但需要接入大量的二次电缆，接线方式较 为复杂，运行维护较为困难；传统的防误闭锁方式一般只能防止开关、隔刀和 地刀的误操作，对误入带电间隔、接地线的挂接( 拆除) 等则无能为力；在大 型和主结线复杂的变电站中采用联动锁，由于有较多数量的钥匙聚散，将给倒闸 操作，带来不便；最后也是最主要的就是不能实现完整的“五防”功能。 6 浙江大学硕士学位论文变电所五防配置研究 2 2 微机防误闭锁方式 自上世纪9 0 年代出，微机技术就进入了防误闭锁领域，国内的电气设备厂 相继推出了微机防误闭锁装置。经过l o 多年来的发展，这些微机防误闭锁装置 已逐渐成熟，并已在电力系统中广泛推广。微机防误系统通过软件将现场大量的 二次闭锁回路变为电脑中的五防闭锁规则库，实现了防误闭锁的数字化，并可以 实现以往不能实现或者是很难实现的防误功能，应该说是电气设备防误闭锁技术 的最新技术和飞跃。现以南瑞公司生产的w f b x 型微机防误闭锁装置为例说明微 机防误闭锁的原理。 w f b x 系列微机防误闭锁系统由3 个部件组成即：五防主机、电脑钥匙、编 码锁等组成。本系统事先将各种运行方式的操作运行规程、电气防误操作接钱图 ( 简称一次系统接线图) 及所有开关、刀闸、网门等设备的正确操作方式保存在 微机中；通过信息采集将变电所内设备的实时状态信息传入五防主机；根据调度 任务票的要求在电气防误操作接钱图上进行模拟操作，经系统确认，形成操作票， 再进行现场操作；从而实现防误闭锁功能。 五防主机ii 电脑钥匙 ( 预演、生成票) r 1 ( 接受票) 上机操作 ( 遥控操作) 电脑钥匙 按票执行 当地并锁操作 ( 手动操作) 电脑钥匙 执行票完毕 图2 1 工作流程 1 、信息采集：信息来源分实时采集的信息与间接采集的信息两部分。 实时采集的信息( 包括模拟量、数据量、状态量，也称实遥信) ，不是采 用引入辅助节点，通过铺设电线，电缆采集的常规办法，而是通过并行监听接收 变电站内远动装置上传信息而获得站内的通过有辅助节点取得状态的信息。 间接采集的信息( 也称虚遥信) 则是通过站内的电脑钥匙下现场对没有铺 设辅助节点的操作对象( 如采用机械锁来闭锁的网门、地刀、临时地线、刀闸等) 进行操作，然后向防误主机上传这些状态信息，从而使五防主机获得这些虚遥信 状态，这样五防主机就能全方位地监视全站的所有操作对象的状态，为操作员进 行下一次操作提供一个真实可靠的操作演示平台。 7 浙江大学硕士学位论文变电所五防配置研究 五防主机显示的信息是实时的，采用无节点的采集方式，不存在常规方法中 因接触不到而导致状态不准的现象，同时节省了大量的电缆，减少了运行以后的 大量的检修与维护工作。因而在五防主机基础上演示通过的操作票是安全的、符 合电气安全操作规程的。 2 、预演操作：当运行人员受票并在防误接线图上进行模拟操作时，系统会 根据当前实时的运行状态检验其模拟操作步骤是否符合规则。若操作违反了规 则，系统将推出对话框，提示正确的操作步骤及有关的操作元件名称和编号；若 符合规则，系统将确认当时的操作步骤，并自动将该步骤登记在当前的操作票上。 基于引入的操作规则和实时信息，系统能有效地防止操作票中各种误操作项 的出现，保证了操作票的正确性。模拟操作后，可以按照规定的格式打印出一张 完整且合格的操作票。 3 、实际操作：现场实际操作有三类：上机操作、手动操作和提示性操作。 上机操作：系统具有该项功能，用于集控中心。它是在防误主机上运用键 盘发送遥控操作命令，通过变电站综合自动化系统或具有相同功能的厂站端监控 设备的执行机构输出执行操作。 手动操作：需要运行人员运用电脑钥匙按操作票项目的顺序打开操作机构 上的编码锁，才能进行的操作。 提示性操作：不需要运用电脑钥匙进行解锁操作的一些二次项操作( 如验 电、确认刀闸在合( 分) 位置等) 。 操作预演后，五防主机通过串行i ：i 将己检验过的操作票传送给电脑钥匙，现 场实际操作被严格强制按照预演后生成的操作票顺序步骤进行。 现场操作时需运用电脑钥匙去开编码锁和确认提示性操作，只有当编码锁与 电脑钥匙中存放的操作票所对应的锁号及锁类型完全一致时，才能开锁，并进行 解锁操作。此项操作完毕后，电脑钥匙才能开启下一步操作项所对应的编码锁。 这样就将操作票与硬件操作一一对应起来，杜绝了误入间隔操作事故的发生，保 证操作的正确性。 操作人员根据电脑钥匙的提示，在操作到应该上机操作或现场操作完毕时， 须将电脑钥匙插回到五防主机的串行口上，主机根据电脑钥匙上送的操作步数， 参照所开的操作票，得到被操作设备的实际状态信息，更新已操作设备状态至当 前实际状态。同时判断操作票是否己执行到应该上机遥控操作，若是，则必须在 浙江大学硕士学位论文 变电所五防配置研究 主机上执行操作票所对应设备的遥控操作，否则拒绝执行以下票项的操作。遥控 操作完毕，且实时遥信状态返回后，才可进行下一步操作。在遥控之后还需电脑 钥匙进行现场开锁操作时，主机将当前操作步骤传给电脑钥匙，以提示操作人员 进行下一步的操作内容，如此反复进行下一步操作，直到整个操作结束。 由此看出，整个实际操作过程均在五防主机、电脑钥匙和编码锁的严格闭锁 下，强制操作人员按照经过站内现行规则检验合格的操作票步骤进行( 包括遥控 开关) ，从而能够达到软、硬件全方位的防误闭锁操作。 4 、由于编码锁结构比较简单，电脑钥匙无法得到实际的刀闸状态( 分或合) ， 可能会出现“空走程序”，即操作人员打开锁后，末进行倒闸操作就闭锁，则电 脑钥匙认为操作己进行，就会出现实际状态与电脑钥匙上送的虚遥信状态不一致 的情况。在2 0 0 0 年湖南曾经发生一起因为此原因造成的变电所全停的恶性误操 作事故。为避免此类事件的再次发生，南瑞公司在设计上采用了多种措施防止“空 走程序”的问题。 软件措施 在每次实际操作完毕后，在电脑钥匙的键盘上需依次按“继续”键和“执行” 键，电脑钥匙才认为此操作已进行。 在开关、刀闸的预演操作时，系统可在选择倒闸操作项后加上相应的提示性 操作，如“检查开关( 刀闸) 在分( 合) 位置”，并一起传给电脑钥匙。在实 际开关、刀闸操作完毕后，依次按“继续”键和“执行”键，电脑钥匙显示相应 的提示性操作，操作人员核对操作无误后，再按“继续”键和“执行 键，方可 进入下一步操作。 两步确认在一定程度上可防止“空走程序”的发生。 硬件措施 对于室外接地刀闸：采用双面双编码锁并配合附件安装于转动刀闸把柄上， 使得电脑钥匙从锁上读取的两个不同编码与刀闸状态的分、合状态对应起来，且 保证刀闸在转动过程中读不到编码，只有当刀闸操作到位且锁上锁体，才能读到 编码，从而实现硬件上的硬闭锁，并最简单地实现刀闸状态的判别与读取。 对于接地线：采用双锁实现硬闭锁。其原理是将双锁中的两个编码定义为两 个状态，分别对应挂上接地线与拆除接地线。在挂接地线的前与后始终保持只有 一个锁是闭锁的，并且该闭锁的锁编码对应接地线的状态，从而保证电脑钥匙读 9 浙江大学硕士学位论文 变电所五防配置研究 取的接地线的状态是正确的。 对于网门：采用开合网门改变锁编码的方法实现闭锁。网门在闭合状态读取 的编码是一个码，网门在开启状态读取的编码是另一个编码。电脑钥匙在执行操 作时首先执行拉合操作，然后进行操作后的位置检查，从而实现网门的硬闭锁， 并保证电脑钥匙读取的网门锁的编码与所对应的状态和所进行的操作一致。 对于室内刀闸：采用双锁技术，安装于刀闸的固定板上，分别对应分、合 位置。刀闸在合，分不同状态时，只有一把锁闭锁，而该类型锁只有在闭锁状态 下才能读取编码，使得电脑钥匙读取的锁码与刀闸的分、合状态一一对应。操作 完毕后，再进行位置检查，读取操作后的被闭锁上的锁编码，确认操作己完成， 从而实现硬件上的硬闭锁。 对于断路器，户外闸刀( 非接地闸刀) ：在其操作机构的电源回路中串入电 气编码锁，以断开操作机构回路的电源输入。当钥匙插入电气编码锁中，按操作 顺序导通接点回路，接通操作机构电源，允许分合操作，再利用电脑钥匙判断回 路中有无电流，确认操作是否进行。若有电流流过，则该操作才可认为己执行， 从而实现硬件的硬闭锁。 通过对该系统的介绍，我们可以发现微机防误闭锁方式可以克服各种传统 闭锁方式的缺点，实现完整的五防功能；除此之外，该系统还可以实现监视功能 和信息远传功能，具有其他防误闭锁方式无法比拟的优点。 1 、微机技术使用的数字编码，可以精确实现智能控制； 2 、用一把电脑钥匙便可以代替众多的程序钥匙，避免了在复杂接线方式 下操作的钥匙转换，大大方便了运行人员倒闸操作，缩短了操作时间； 3 、安装方便，二次接线改动很少，很受施工和操作人员欢迎； 4 、微机防误闭锁用逻辑关系来实现断路器、隔离刀闸、接地线等之间的 闭锁，即用编程来实现逻辑判断，能准确达到电气“五防 功能； 5 、微机闭锁的机械编码锁结构简单，控制编码锁位数，可以无限制地扩 大编码数量，编码片还可以自由更换；同时这种编码锁使用塑料不易锈蚀、卡涩。 6 、随着我国电力调度自动化、变电站综合自动化系统的迅猛发展，无人 值班变电站的普及，取消了原有传统的控制屏，控制把手也就不存在了，原有的 机械防误方式已不再适应于现在微机技术的发展，微机防误闭锁正好适用于现今 综合自动化变电站。 l o 浙江大学硕士学位论文变电所五防配置研究 虽然微机防误闭锁方式是防误闭锁的发展方向，但其存在的固有弱点不能 不引起我们的重视。 1 、该系统的基本部分：五防主机，的稳定性是关系到整个系统安全可靠 运行的关键，如电脑发生问题，则整个系统将被迫退出运行，所有操作都将在强 制解锁的条件下进行，严重危及安全运行，此类事件已不止一次的发生过。解决 这个问题最简单的办法，就是再准备一台备用机，但此种方法硬件投资较大，不 够经济；考虑到计算机的大部分故障都与硬盘有关，也可考虑做一个备用硬盘， 但使用时应注意及时更新备用硬盘中的数据信息，以保证在紧急情况下使用备用 硬盘时也能符合现场情况，安全可靠。 2 、系统所收集使用的信息中，实遥信信息是和现场时刻保持一致的，但 虚遥信信息有可能与现场的情况不一致，则所开的操作票可能并不满足现场的防 误要求而发生误操作。特别是检修工作完成后，检修人员没将被检修设备恢复原 状，运行人员在验收过程中又未发现，则发生误操作的可能性更大。解决这个问 题的技术办法就是将所有的虚遥信信息都变成实遥信信息，将闸刀、网门、接地 线等的状态信息通过电缆接入五防系统，此方法安装、维护困难，微机防误系统 的优点损失殆尽，根本不能实行；只能依靠管理手段，通过建立完善的管理制度 和操作规程来解决此项问题。 3 、从误操作的过程来看，误操作有三个部分组成，运行人员、检修人员 以及其它人员的误操作造成。微机防误只是针对运行人员的误操作主要发生在误 拉、误合刀闸和开关，误入间隔等容易造成恶性事故而设计的，它只能满足运行 人员的操作要求，并不能完全解决检修人员和其它人员的误操作问题。对于检修 人员，误操作主要发生在检修、试验过程中，不在微机防误系统的控制之内。对 于老变电所而言，可以在改造过程中适当保留部分老的闭锁方式来解决；对于新 变电所直接安装微机防误装置而言，则该问题现在只能依靠管理手段来解决。 4 、变电所二次部分的操作在防误系统中虽有体现，但并不包含在操作规 则之内，即没有闭锁，只能依靠运行人员的技术水平和责任心来保证此部分不出 问题。 2 3 防误装置的设计安装的原则和技术要求 1 9 8 0 年1 0 月，水利电力部召开第一次全国电力安全生产会议，提出要在技 术上采用一些闭锁装置，防止五种恶性误操作事故的发生。此后，水利电力部又 l l 浙江大学硕士学位论文变电所五防配置研究 多次发出文件和通知对防误工作和防误闭锁装置的安装进行了具体的布置和要 求。 1 9 8 2 年1 2 月，水利电力部在镇江召开了防止电气误操作经验交流会。1 9 8 5 年5 月，水利电力部和机械工业部联合在广西的柳州召开了第二次防止电气误操 作闭锁装置经验交流会。1 9 9 0 年8 月，能源部安环司和机电部第一装备司又在 兰州召开了全国第三次防止电气误操作工作会议。这次会议系统总结了开展防误 工作的经验，明确的提出了防止电气误操作的原则和技术要求，并在1 0 月份正 式颁发了防止电气误操作装置管理规定。 规定是十年问在两部倡导和推动下，在全国范围内开展研制和安装五 防闭锁装置的经验总结，为此后防误工作的深入开展指出了应遵循的基本原则和 要求。这些基本原则主要是下边一些： 凡是有可能发生人员失误而引起误操作的高压电气设备都应装设防误装 置。装置的性能、质量应符合产品标准和有关文件的规定。 防误装置应实现以下功能( 简称五防) ： 防止误分误合断路器 防止带负荷拉合隔离开关 防止带电挂接地线、合接地刀 防止带接地线( 接地刀闸) 合闸送电 防止误入带电间隔 防误装置的结构要简单、可靠、操作维护方便，尽可能不增加正常操作和 事故处理的复杂性。 在成套的高压开关柜中的防误装置要优先选用机械闭锁。开关柜和全封闭 组合电器要满足“五防要求”。 “五防”中除“防止误分误合断路器”可采用提示性的装置外，其他四防 应采用强制闭锁。 另外，防误工作中还有两个问题应予以足够重视：一是组织措施和技术措施 的关系问题。明确提出防止电气误操作工作的组织措施和技术措施两者并重，不 可偏废。强调人的因素，强化“两票三制”的贯彻落实。二是要把防误装置的安 装贯穿始终，提出防误装置必须严格作到“三同时 ，即同时设计，同时施工， 同时投运。设计部门要把好第一关。 1 2 浙江大学硕士学位论文 变电所五防配置研究 时间又过去了十多年。长时间的防误工作实践证明，上列一些主要防误原 则是正确的。在这些原则精神的指导下，电力系统的防误工作取得了巨大的成绩， 恶性误操作事故发生的次数大为下降，防止误操作闭锁装置的原理研究和产品开 发都取得了新的进展。 涉及到防误装置的设计和安装原则和对防误产品的技术要求也应进行不断 的完善和提出更为严密的要求，以期把防误工作推向新的高度。 根据防误工作的发展，需要对下列一些防误原则和技术要求进行讨论和明 确： 1 、双向闭锁的原则。 变电站的操作，主要是停电、送电操作和倒闸操作。一般人们把停电操作 的闭锁作用称为“正向闭锁”，而把送电操作的闭锁作用称为“反向闭锁”，任何 一个闭锁装置应该同时满足停电和送电( 即正向和反向) 的闭锁要求。 一些固定安装的强制性闭锁锁具在正向闭锁解锁之后随着操作的进行能随 之自动转入反向闭锁状态。所以一般正向闭锁和反向闭锁都能成立。而非强制性 闭锁的锁具，如程序挂锁和编码挂锁，当其正向闭锁解锁操作之后，要靠操作者 将锁具锁向操作后的极限位置。如果操作者失误，忘记了这一辅助操作动作，则 当送电操作时，该操作部位即处于无闭锁的状态。所以编码挂锁的反向闭锁不一 定成立。 再如，高压带电显示闭锁装置在停电操作过程中，能起到防止带电合接地 刀的作用；但是在送电过程中，却不能保证必须在地刀拉开后将线路合闸送电。 只有单向闭锁功能的闭锁装置，在变电站中只能作为辅助性的闭锁措施，而不能 担纲作为主要闭锁装置使用，否则其反向闭锁不一定成立，给误操作事故的发生 留下隐患。 所以，对变电站中的主要闭锁装置，有必要进一步申明双向闭锁的原则：闭 锁装置的正向闭锁( 停电过程的闭锁) 和反向闭锁( 送电过程的闭锁) 的功能都 要能够成立。 2 、关于“走空行程”现象。 所谓“走空行程”，是指闭锁装置的锁具在开锁之后，未对操作机构进行操 作，即可转入下一步操作的现象。这种情况的出现可能导致误操作事故的发生， 是一个能够造成严重后果的原则问题。在电力系统所发生的误操作事故中，有相 浙江大学硕士学位论文变电所五防配置研究 当一些是由于所装设的闭锁装置出现了“走空行程现象所造成的，应予充分重 视。 在前述防误原则中，只强调了强制闭锁的问题，而对“走空行程”问题没 有进一步申明。其原因是在上世纪的八十年代所应用的机械闭锁、和大多程序锁 都是固定安装的强制性闭锁，其“走空行程”现象不甚突出( 实际上某些有弹子 程序锁和一把钥匙的无弹子锁也存在“走空行程”现象) 。及至到了九十年代初， 微机闭锁出现之后，由于其锁具采用了编码挂锁，该种锁具与操作机构之间没有 任何机械联系，明显地出现了开锁之后不作操作即可转入下一步的认码开锁，而 且不时发生因“走空行程”而导致的误操作事故。所以“走空行程”现象就被突 出出来，引起了电力部门有关人员的关注，并引发长时间的争论。 由于编码挂锁在安装时不需停电，挂上就可，再加上它是具有高技术含量 的微机闭锁的锁具，所以行业领导和有关人员对此问题持少有的宽容态度，至今 未作定论。笔者在从事防误工作中曾与众多的变电站运行和管理人员讨论“走空 行程”问题，多数认为“走空行程”现象能导致误操作事故发生，是安装防误闭 锁装置后，变电站安全运行的隐患。“走空行程”现象是防误装置设计和安装中 的原则问题，是防误装置性能上的严重缺陷，必须引起重视，加以解决。 研制具有防止“走空行程”功能的锁具并不是一件太难的事，而且已经有 不存在“走空行程”现象的产品问世，其安装虽稍为复杂，对户外装置可以在 不停电情况下进行，并提高了整个闭锁装置的性能和技术含量，基本上实现了闭 锁功能和可靠性的统一。所以现在应明确提出：闭锁装置在技术上应该能确保不 出现“走空行程”现象。并应将其作为评价防误装置性能的一项重要指标。 关于接地防误环节的闭锁要求。 在变电站装设接地线、接地刀是保证设备和线路检修时人员安全的重要措 施。但它同时又是一柄双刃剑，如果闭锁措施不当，不是发生带电挂接地线、合 接地刀，就是给带地线( 地刀) 合闸送电的误操作造成条件。所以在装设接地环 节的闭锁装置时，决不能顾此失彼，必须兼而顾之。 根据电力部门的统计数字表明：五种恶性误操作事故中，带地线( 或地刀未 拉开) 合闸所酿成事故的比例最高，在3 0 一4 0 之间；如果和带电挂接地线( 合 地刀) 的事故合在一起，几乎占到所发生的误操作事故总数的5 0 - 6 0 。这一数 字充分表明接地防误环节存在的问题最为严重。必须将其作为防误工作的重中之 1 4 浙江大学硕士学位论文 变电所五防配置研究 重，做出严格的要求。 装于接地环节上的闭锁装置必须满足以下操作闭锁的要求：挂临时接地线 ( 或合地刀) 时，在其两侧( 或多侧) 与地刀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，而且在地刀和隔离开关之间要形成可靠的互锁关 系：即只有两侧( 或多侧) 的隔离开关已经拉开并形成明显的断开点后，才能挂 地线或合地刀；反之，只有地线( 或地刀) 拆除( 或拉开) 后，相关回路才能合 闸送电。 只要满足上述的闭锁要求，既可以防止带电合接地刀，也绝不会发生带地 刀合闸送电的事故。因此上述要求也称为接地环节的双防原则。 按照双防原则，当断路器停电检修时，必须将其两侧的隔离开关分断，形 成明显断开点之后才能在断路器两侧挂临时地线( 或合接地刀) ；检修结束必须 先行拆除地线( 分地刀) 之后，隔离开关方能合闸送电。隔离开关和接地线( 地 刀) 之间要形成可靠的互锁关系，而且在检修过程中其状态不能更动。 同样，当变压器和母线停电检修时，变压器两侧或三侧的隔离开关与地刀 之间或连于该母线所有回路母线侧隔离开关与母线地刀之间都必须满足以上闭 锁要求，并形成可靠的互锁关系。特别是在大中型变电站中，当连于母线的回路 数目较多时更应该严格要求，一个也不能少! 上述闭锁关系是由闭锁装置的功能来保证的，存在“走空行程”现象，反向 闭锁不一定成立，需要靠人的帮助才能得以实现的闭锁装置，不能满足接地环节 “双防 原则的要求，装有此类性能的闭锁装置，在人员失误的情况下，就可能 发生带电合接地刀和带地刀合闸送电这两种最为严重的误操作事故! 当变电站的进出线回路检修线路侧的隔离开关其它设备和线路时，应将线 路侧地刀接地( 或挂临时接地线) ，以保证工作人员的人身安全。 按照上述原则，应在线路侧隔离开关和对端变电站线路侧的隔离开关均已 拉开，并形成明显断开点时，才能将线路地刀合闸。但对方隔离开关远在几十公 里或上百公里的另一个变电站内，目前尚无法监控其隔离开关及对端地刀的状 态。无法按双防原则进行闭锁，存在带电合地刀和带地刀合闸送电的可能。 在线路侧装设高压带电显示闭锁装置进行装置验电和闭锁地刀，能起到防 止带电合接地刀的作用，但是在本侧变电站和对侧变电站都存在着带地刀合闸送 电的可能，对此必须要有清醒的认识。 浙江大学硕士学位论文变电所五防配置研究 第三次全国防止电气误操作工作会议上曾将“研制防止对端地刀接地时合 闸送电的闭锁装置”列为第1 项技术攻关项目，迄今尚未圆满解决。所以目前任 何类型的防误装置都不能完全满足线路地刀的双防要求。 关于断路器的强制闭锁问题： 在能源部关于防止电气误操作装置管理规定中第- ：- 十条第八款是这样 规定的：“五防中除防止误分误合断路器可采用提示性闭锁装置外，其余四防应 采用强制闭锁”。 从上世纪九十年代以来，情况发生很大变化。随着国民经济的快速发展和 人民生活的提高，对供电的可靠性提出了越来越高的要求。不间断供电的比率要 求达到9 9 9 以上。 中断供电会造成重大的经济损失和危及人的生命安全，影响社会秩序安定 和人们正常的生活。由于电力系统容量越来越大，误分断路器严重时甚至会造成 系统解列。过去那种认为“误分误合断路器只是产生供电中断，不会造成严重的 设备损坏和人身事故，可以降格要求”的看法应予改变。 再者，根据有关统计数字，误分误合断路器的机率几乎占到所有误操作事 故的2 0 ，其主要原因也是由于断路器处于非强制性闭锁的状态，意外的误碰及 跑错间隔都极易导致误分误合断路器的事故发生。 鉴于上述原因，提高对断路器的闭锁要求已势在必行。有必要将强制闭锁 的要求扩展至断路器。即五防闭锁的锁具均应达到强制性闭锁的要求。 断路器的分合有远程的微机控制和就地的转换开关或按钮操作，转换开关 及按钮系人工操作，均应使其达到强制性闭锁的要求。 关于变电站实现微机保护和监控之后断路器与隔离开关的闭锁衔接问题。 新建变电站大都采用微机保护和微机监控装置，而老的变电站在两网改造 中也逐步进行技术改造实现变电站的综合自动化。 在这些变电站中断路器的分合均由微机控制，面对这一新的情况，原有的 电磁锁及开关柜上的机械闭锁能够满足隔离开关与断路器之间闭锁要求，而程序 锁则不能。所以原先已安装有程序锁的变电站，在进行微机保护和控制技术改造 之后，其闭锁失去作用。在新建的变电站中，不能采用单一的程序锁作为闭锁措 施，只有采用电磁程序联动锁，利用电气程序转换锁在断路器与隔离开关之间建 立起闭锁上的联系，方能满足这一新情况下的闭锁要求。 1 6 浙江大学硕士学位论文变电所五防配置研究 采用电磁程序联动锁的要点是在送电过程中隔离开关的分闸钥匙必须返回 电气程序转换锁之中，将合闸控制回路预先接通，断路器方能合闸送电。在断路 器合闸之后，该钥匙即被锁住。否则，既可能发生在断路器合闸状态下，误合隔 离开关的事故，也可能由于隔离开关的分闸钥匙处于不可控之中，而可能发生带 负荷拉隔离开关的误操作事故。 关于防误工作中的组织措施和技术措施亦即人和闭锁装置之间的关系问 题。 在防误工作中组织措施与技术措施要两者并重不可偏废。在操作中应体现 人的因素的主导作用，闭锁装置应简单可靠，操作方便，当操作者按操作票的要 求正确操作时，闭锁装置应尽快开锁不增加或少增加辅助操作，而当操作者出现 失误时，要求闭锁装置实现可靠的闭锁，形成一道可靠的第二道防线，阻止误操 作的进行。所以闭锁装置在闭锁环节上不能存在漏洞和缺陷，否则，这第二道防 线就不可靠了。 还应强调技术措施应作到万无一失，“不能用组织措施弥补技术措施的不 足”闭锁装置的功能要靠装置自身去完成，而不能依赖操作者的帮助，否则人 若失误，闭锁功能亦不复存在。闭锁装置就失去了其存在的意义。 编码挂锁在开锁之后，要求操作者对操作机构进行操作，在操作到位后把 锁具移向操作后的位置并将其锁住，才能