摘 要： 通过总结和分析传统闭锁方式的缺陷及二滩电站原闭锁系统状况, 创新了智能防误闭锁系统技术, 投运以来不断完善, 设备运行良好、操作方便, 它不仅未增加操作人员的负担, 而且还有效控制误操作风险, 保障了设备安全稳定运行和人身安全, 切实担当起了电气操作安全卫士的作用。
关键词： 水电站; 五防系统; 闭锁方式; 智能; 防误;
Abstract： The defects of traditional locking modes and the status of the original locking system in Ertan Hydropower Station are analyzed. Then, an intelligent locking error-proof system is developed. Practical operation of the system shows that it could effectively control the maloperation risks and guarantee the safe and stable operation of the equipment and the personal safety without increasing the operation workload.
Keyword： hydropower station; five maloperation-prevention system; locking mode; intelligent; error-proof;
1、 电力系统“五防”形式及特点
防误闭锁装置经历了从机械闭锁、电磁锁、电气闭锁到机械程序锁、微机防误闭锁装置的发展过程[1], 各种闭锁各有特点:
1) 机械闭锁。因其操作简单、成本低廉、牢固耐用、使用方便等特点, 在电力系统中得到大范围的使用。但是, 机械闭锁只适用于开关、隔离刀闸等设备机械接触部位间的物理隔离, 对于电气元件的同一机械部位或者不属于同一平面、距离较远等电气设备之间则无法使用机械闭锁。而且, 对于大 (中) 型水电站来讲, 机械锁具配置较多, 容易造成钥匙丢失、管理混乱等后果。
2) 电磁锁。对现地操作的电气设备具有强制闭锁功能, 但该闭锁方式主要的缺点包括:一是对现地操作缺乏强制闭锁手段, 容易发生误操作;二是机械结构复杂, 安装工艺要求高[2,3];三是电磁锁闭锁逻辑设计复杂;四是不适应复杂接线方式水电站。
3) 电气闭锁。通过程序逻辑或者辅助继电器等装置来实现设备的闭锁功能, 结构简单, 操作简便。但其存在的主要缺点包括:一是设备操作频次和运行环境对继电器辅助开关的质量有影响, 二是跨间隔横向闭锁的电气闭锁逻辑回路设计复杂实施防误闭锁难度高;三是对需现地装设的接地线、电气设备、变压器柜门等缺乏有效的闭锁手段。
4) 微机“五防”系统。具有使用灵活、功能齐全, 隔离操作只需要一把钥匙, 能满足各种特殊操作的要求, 并且具有语音报警、提示和数字显示, 并可强制闭锁, 从而有效避免误操作事故的发生。
2、 二滩电站主系统“五防”闭锁现状
二滩水电站智能防误闭锁系统改造之前, 其主系统“五防”闭锁现状是机械闭锁和电气闭锁共存, 由于机械闭锁和电气闭锁本身的局限性, 存在以下风险。
1) 在现地进行发电机出口开关操作时, 存在非同期合闸的风险;可能存在带厂高变低压侧地刀误送电的风险或带电合厂高变地刀的风险。发电机出口PT及主变低压侧PT的机械闭锁无联锁机制, 存在运行时误拉出PT柜的风险;发电机中性点刀闸无有效的防误措施, 存在误入带电间隔及带负荷拉合隔离开关的风险。
2) 500 kV开关只存在电气回路方面的闭锁和一个现地/远方切换把手, 并无其他机械方面的闭锁, 如果电气闭锁失效, 存在误分合开关的风险;500 kV系统隔刀和地刀存在相对合理的电气闭锁, 其设置的机械挂锁为相对独立, 与相关设备之间的挂锁无逻辑联锁关系, 存在向停电检修设备误送电的风险, 且机械挂锁操作较繁杂, 难以适应电站无人值班发展的需要。
3、 二滩电站智能防误系统建设
针对上述问题, 二滩电厂从2013年立项科研题目, 开始着手研究水电站智能防误操作系统, 2014年底正式启动智能防误系统建设的招标工作, 2015年开始对电厂防误闭锁设备进行改造, 2016年11月智能防误系统上线投入试运行。经过3年多的建设和发展, 已经形成了较为完整的智能防误系统, 并具有以下几个特点。
1) 二滩运行部和厂家联合设计并研发了一套全新的智能防误操作系统, 软件分为windows和ios两大操作平台, 主要硬件包括:智能锁具、电脑钥匙、智能锁具柜和地线柜、防误系统主机等。该系统整合了操作票管理、智能地线管理、闭锁管理以及设备挂牌管理等主要功能。
2) 所有的操作票已经实现了无纸化管理。操作人员工作时使用的移动操作模块由PDA和电脑钥匙组成, 监护人手持PDA, 操作人使用电脑钥匙, PDA与子站“五防”网通过Wi Fi无线连接, 电脑钥匙与PDA通过无线蓝牙连接。防误系统根据操作票步骤, 对还未操作的步骤进行闭锁, 防止跳项操作和不按顺序操作[3]。在操作前必须先要阅读和执行风险预控提示卡, 才能开始实际的操作步骤。即使在操作过程中遇到操作票与实际设备状态不对应时, 监护人可以向值长申请此项不执行或增加备注, 并闭锁整个操作票流程。只有在值长审核同意后, 操作票流程才会解锁, 操作人继续完成操作任务。此外值长可以实时监控, 特别是上百步的大项操作任务, 当操作人执行到较为关键、风险较大的步骤时, 值长可以掌控操作时间和流程, 及时提醒操作人员, 真正做到“运筹帷幄, 决胜千里”。
3) 对全厂接地桩进行改造, 使用五防系统专用接地桩, 便于加装智能锁具。正常情况下, 接地线放置在接地线柜内, 通过智能地线管理主机对其进行管理。智能地线管理主机与防误系统主机实时通讯, 达到接地线的实时管理功能, 并且运行人员可以通过显示器在线查看全厂接地线的状态。在操作中只有正确选择了对应设备的接地线后, 才能将接地线取出, 并且只能装设在指定位置。如果走错间隔, 则无法打开接地桩上的智能锁具, 进而无法装设接地线, 可以有效的防止带电装设接地线的事故发生[4]。同理, 可以避免因误插接地线造成带接线送电的情况发生。而且, 当地线柜内的湿度达到预设值后, 智能地线柜自动开启除湿和加热功能, 保证地线和绝缘夹具不受潮, 延长工器具的使用寿命。
4) 现场所有开关、阀门以及重要带电设备的柜门 (自用变、励磁变、接地变、机组出口PT柜等) 的闭锁, 已经由传统的机械锁更换成了智能防误闭锁。锁码和被加锁设备的名称编号绑定到一起, 智能锁具通过蓝牙与电脑钥匙连接, 电脑钥匙通过PAD将锁码上传到防误闭锁管理系统中, 运行人员可以实时掌握哪个设备处于被加锁的状态。在进行加、解锁时必须写进操作票流程, 并配合使用电脑钥匙。只有操作步骤到了加、解锁时, 且锁码和设备编号名称匹配正确, 才能进行加、解锁操作。即使不慎走错间隔, 在解锁时, 电脑钥匙检测到锁码和被加锁设备编号名称不对应, 锁具不能解开并发出报警提醒操作人员。进一步降低了误操作的风险。
5) 新增检修人员挂牌和拆牌功能。在办理工作票许可手续时, 工作负责人需要将工作票中涉及到需要做措施的开关和阀门在智能防误系统中进行挂牌, 运行人员确认挂牌设备正确后, 才能办理许可手续。此时被挂牌的设备就会被闭锁。当需要恢复被挂牌的开关和阀门时, 工作负责人必须先要进行拆牌, 运行人员许可拆牌流程后, 才能进行解锁操作, 形成完整的闭环式管理。若解锁操作前没有事先进行拆牌流程, 那么被挂牌的设备就会一直处于闭锁状态, 整个解锁操作票就会被挂牌流程闭锁, 无法进行操作。
4、 智能防误系统功能优化
当然在现场实际应用中, 运行人员也发现了智能防误系统存在的问题, 并和厂家人员不断对其完善, 取得了一定的优化效果。
1) 由于全站有少部分开关和阀门名称存在相同的编号名称。因此在最初使用时, 智能锁具就可能会与多个设备进行匹配, 在解锁时有一定误操作的风险。针对上述问题, 运行人员对全厂3 800多个开关、阀门进行全面清查, 编制了二滩电厂智能防误闭锁目录树。现场所有的开关、阀门按照标准进行了双重名称编号和命名, 并分类管理。确保一个设备只能对应一个名称编号, 为闭所管理奠定了基础。
2) 二滩电厂大多电气设备在装设接地线时均使用的是便携式接地线, 存在一组地线可能会装设到短路容量不同的电气设备上, 不能达到智能防误地线管理的要求。因此, 运行人员根据地线装设地点的不同短路容量和电压等级, 对全厂便携式接地线的尺寸进行重新校对, 形成137组便携式接地线的智能地线管理系统。
3) 在每个月的个人民主考核和安全月报中, 需要对全厂当月的总操作票数, 个人的总操作项数和不执行项进行统计。运行人员以原MAXIMO为模板, 对智能防误系统中操作票模块进行升级, 实现指定时间内对制定操作人、监护人、值长的操作票及操作项数一键式统计。不仅保留了原MAXIMO操作票的功能, 而且节约了原先大量统计时间, 达到提质增效的目的。
4) 特别针对6 kV小车开关, 对原有的机械闭锁进行了改造。其一:在高压侧静出头挡板上增加了智能防误闭锁, 未解锁时小车开关不能推入至工作位置, 也不能打开静出头的挡板;其二:在地刀解锁孔上装设智能闭锁, 只有对其解锁操作, 地刀解锁孔才能打开;其三:在开关柜上新增一个智能带电显示装置。
5) 目前智能防误系统还不能与MAXIMO系统进行很好的融合及匹配, 有些功能闭锁和管理功能还是依靠人为被动的完成。例如在进行挂牌操作时, 不能与MAXIMO中的工作票相关联。针对该问题, 两个厂家正在积极研究解决。
5、 结语
自2016年11月起, 二滩电厂智能防误闭锁系统正式投入运行和不断完善。投运以来, 设备运行良好、操作方便、闭锁可靠, 切实起到了安全防护的作用。由于充分采纳了运行人员的建议, “五防”闭锁系统不仅并未增加操作人员的负担, 而且还有效控制误操作风险, 保障了设备安全稳定运行和人身安全, 切实担当起了电气操作安全卫士的作用。虽然防误系统有着显而易见的优点, 可以保证有效的安全操作, 但是安全把关最终还是靠操作人员本身[5], 所以提高相关人员的安全意识和业务技能也是相当重要的。
总之, 防止电气误操作事故、保障电力安全生产是一个永无止境的课题, 必须树立不断探索的理念, 多方面加强安全管控, 为安全生产工作创造坚实的基础。
参考文献：
[1] 韩光伟.浅谈综合自动化变电所的防误闭锁装置[J].城市建设理论研究:电子版, 2013 (36)
[2]郭敏.变电所五防系统分析与应用[J].科技创新导报, 2012 (3) :94-94
[3]陈铭, 鲍文富. FY2000PDA型五防闭锁系统在配网设备上的应用[J].电力安全技术, 2008, 10 (5) :60-62
[4]朱建立, 李玉冰.厂用电系统“五防”闭锁改造方案及其实施[J].电力安全技术, 2016, 18 (2) :34-37
[5]梁健波.变电站综合自动化五防系统功能应用[J].武汉轻工大学学报, 2008, 27 (2) :52-55
