1、电气五防系统
电气“五防”是指防止电力系统倒闸操作中引起的五种误操作事故,为避免设备损坏和人员伤亡的情况,任何正常倒闸操作都必须经过五防系统的模拟预演和逻辑判断后方可进行操。电气系统的“五防”是指:① 防止带负荷分、合隔离开关(断路器、负荷开关、接触器合闸状态不能操作隔离开关)。
② 防止误分、误合断路器、负荷开关、接触器(只有操作指令与操作设备对应才能对被操作设备操作)。
③ 防止带地线(接地开关)合断路器、负荷开关(只有当接地开关处于分闸状态,才能合隔离开关或手车才能进至工作位置,才能操作断路器、分荷开关闭合)。
④ 防止带电挂(合)接地线(接地开关)(只有在断路器分闸状态,才能操作隔离开关或手车才能从工作位置退至试验位置,才能合上接地开关)。
⑤ 防止误入带电间隔(只有隔室不带电时,才能开门进入隔室)。
电气设备防误装置的“五防”功能除“防止误分、误合断路器”现阶段因技术原因可采取提示性措施外,其余四防功能必须采取强制性防止电气误操作措施。高压开关柜的“联锁”是保证电力网安全运行、确保设备和人身安全、防止误操作的重要措施。一般把“联锁”描述为:
① 防止误分、误合断路器;
② 防止带负荷分、合隔离开关(高压开关柜内的断路器小车在试验位置合闸后,小车断路器无法进入工作位置;高压开关柜内的断路器在工作合闸运行时,无法退出小车断路器的工作位置);
③ 防止带电挂(合)接地线(接地开关)(高压开关柜内的断路器在工作时合闸,合接地刀无法投入);
④ 防止带接地线(开关)合闸(高压开关柜内的接地刀在合位时,小车断路器无法进合闸);
⑤ 防止误入带电间隔(高压开关柜内的断路器在合闸工作时,盘柜后门用接地刀上的机械与柜门闭锁)。① 防止误入带电间隔。工作小车摇到“隔离/实验”位置以后,接地的金属隔板,自动落下遮住带电的静触头部分,防止进入柜体检修的人员接触带电部分。开关接地闸刀合上以后,后柜门的机械连锁才允许打开柜门。
② 防止带负荷分合一、二次触头:当接触器处于合闸状态时,与接触器连动的机械连锁挡板推进机构上的连杆使推进机构螺旋无法转动,通过这种设计,在带负荷时,不能够分合一、二次触头。
③ 防止带电挂地线:当小车进入工作位置时,推进机械的挡板抵住接地开关合闸机构的帘板装置,使帘板无法打开,接地开关不能合闸。
④ 防止带地线合闸:当接地闸刀合上时,帘板装置挡板将阻碍小车进入柜内,从而避免了接地状态下合接触器的可能性。
⑤ 防止断路器误分误合:运行操作人员时刻牢记规程,按照操作票操作。KYN28A-12型高压开关柜为例,开关柜内装有高压带电显示装置。以下为高压开关柜“五防”联锁功能的几点应用:
① 防止误分、误合断路器。安装在面板上的防误型转换开关主要作用是防止误分、误合断路器。② 防止误入带电间隔。原理是断路器手车处于试验位置后,静触头盒自动被活动隔板隔开。在电缆进线柜、母线分段柜和变压器方案中,由于进线电缆侧带电,为确保在电缆侧带电时不能进入电缆室,则在下门上安装电磁锁。③ 防止带负荷误拉断路器手车。当断路器手车处于柜体工作位置并且断路器处于合闸状态后,位于底盘车内部的闭锁电磁铁会被锁定在丝杠上,断路器手车则不会被拉动。④ 防止带接地刀闸操作断路器手车。当接地刀闸处于合闸位置时,其主轴联锁机构中的推杆被推入柜中的手车导轨上,于是断路器手车不能被推进柜内。⑤ 防止带电合接地刀闸。断路器处于工作位置并且断路器处合闸状态,出线侧带电,此情况接地刀闸不能合闸。接地刀闸主轴联锁机构中的推杆被阻止,其操作手柄无法操作接地刀闸主轴。在高压开关柜中,虽然以机械闭锁为主,还需以其他闭锁方法为辅,才能全部达到防误要求。比如,在高压开关柜出线电缆侧装设高压带电显示装置和验电器,用于对线路侧接地刀闸操作的有电闭锁;对断路器的就地操作按钮加装闭锁盒以防止误分合断路器;尽管不同的开关柜在结构上有较大的差异,但都具有最基本的隔离开关和接地刀闸之间的机械闭锁。
ABB高压柜高压开关柜为例
闭锁1:断路器室门打开时,手车无法摇向运行位置。如下图示:断路器手车允许操作插槽A1和门板解锁插件A2,与丝杆配合,实现断路器室门打开时,手车摇把无法放入手车操作插孔,不能操作手车断路器。


闭锁2:手车在运行位置或中间位置时,断路器室门无法打开。如下图所示,手车位置联动断路器室门锁定装置B1,当手车在工作位置或中间位置时,锁定装置B1与断路器室门锁定装置B2相扣,断路器时门无法打开。


闭锁3:电缆室门打开时,接地开关无法操作。如下图所示。当电缆室门解锁插件C1,插入插槽C2时,接地开关锁定销C3向左缩进隐藏,接地操作杆才能插入地刀操作孔,允许操作。

闭锁4:接地刀闸分闸时,电缆室门和柜后门无法打开。如图所示,接地分闸时,电缆室门锁定装置D1向下移动与电缆室门板上D2相扣,致使电缆室门无法打开。后柜门道理与此相似,使D3与D4相互联锁,不能打开后柜门。接地刀闸合闸之后,柜门才能打开。



闭锁5:接地刀闸只有手车在“试验/隔离”或接出开关柜时才能合闸.如图所示: 手车只有在试验/隔离位置,或被拉出时,手车侧板不会阻档锁定装置E2弹出。当E2弹出时,滑片才能按下,才能允许操作接地刀闸。
闭锁6:接地开关合闸时,手车无法从“试验/隔离”位置移向运行位置。如图所示接地刀闸在合闸位置时,G2处于弹出状态顶到G1,G1向右移动,当丝杆H轻微转动,丝杆与G1会咬合在一起,致使丝杆H不能旋转,手车就无法移动。

防误装置的设计原则是:凡有可能引起误操作的高压电气设备,均应装设防误装置和相应的防误电气闭锁回路。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。
3.1 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,具有闭锁直观,不易损坏,检修工作量小,操作方便等优点。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,与电器元件动作间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莫及。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。
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。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:①某些程序锁功能简单,只能在较简单的接线方式下采用,由于不具备横向闭锁功能,在复杂的接线方式下根本不能采用;②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;③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;④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,致使一定时间内失去闭锁功能;⑤倒闸操作中,分、合两个位置的精度无法保证;⑥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。3.3 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。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:①一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;②作为闭锁元件的电磁锁结构复杂,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;③需要敷设电缆,增加额外施工量;④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;⑤在断路器的控制开关上,一般都缺少闭锁措施。4、微机防误闭锁装置
微机防误闭锁系统一般由防误主机、电脑钥匙、遥控闭锁控制单元、机械编码锁、电气编码锁及智能锁具等功能元件组成。4.1 工作原理
微机五防系统工作原理是倒闸操作时先在防误主机上模拟预演操作,防误主机根据预先储存的防误闭锁逻辑库及当前设备位置状态,对每一项模拟操作进行闭锁逻辑判断,将正确的模拟操作内容生成实际操作程序传输给电脑钥匙,运行人员按照电脑钥匙显示的操作内容,依次打开相应的编码锁对设备进行操作。以上全部操作结束后,通过电脑钥匙的回传,从而使设备状态与现场的设备状态保持一致;对于那些地线、网门等无实际位置的设备,也要过电脑钥匙回传来保证状态的一致。4.2 系统组成
① 站控层防误(监控五防),目前变电站常用的五防监控系统都属于此类;
② 间隔层防误(间隔五防),部分地区的变电站另外增加了这种防误模式;
③ 设备单元电气闭锁,常见的一次设备很多自身都具备五防功能;
4.3 主要功能
① 微机五防包括五防数据库配置、五防接线图绘制、五防权限设置、操作票编辑、执行、管理、工作票管理等功能。② 模拟五防操作。计算机五防系统在模拟操作中检验操作票的正确性。错误操作时发出语音信号,并咨询正确操作步骤,避免出现多种误操作。③ 具备设备防误操作规则,应用自动化系统电气设备闭锁功能,实现防误闭锁。自动控制系统经过五种防御规则的校验,如果不符合五种防御规则,就会提交五种防御规则,指出哪些规则不符合要求,禁止远程控制。在满足五防规则的情况下,自动系统向设备发出遥控指令。④ 能实时、准确地采集自动化系统遥信,保证与实际设备状态一致。⑤ 微机五防系统可以自动存入正确的操作步骤(操作票),并将正确的操作票输出存入电脑钥匙,同时打印操作票。4.4 倒闸操作过程
当需要倒闸操作时,值班负责人指定操作人后,操作人填写好操作票后进行自审后交由监护人对操作票进行初审,值班负责人复审,签字确认后,操作人、监护人模拟操作预演,通过五防系统核对变电站一次主接线图和每一个设备的操作规则,如正确无误模拟完毕后将操作票下传到电脑钥匙。当运行人员对任何一个设备进行遥控操作,监控系统向五防系统发遥控命令。五防系统根据预先编写好的操作票判断:如果操作步骤与操作票步骤一致,五防系统向监控系统发遥控运行命令,允许操作。并通过电脑钥匙回传设备状态;如果操作步骤与操作票不一致,五防系统想监控系统发遥控禁止命令,拒绝操作。当工作站或者网络出现问题时,运行人员可将下载有正确操作票的电脑钥匙拿到现场,对开关、刀闸、地刀、网门等进行操作。
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