覆盖火电厂全厂的电气五防系统实现

方杨猛

【摘 要】本文以我厂建设覆盖全厂微机五防系统改造为蓝本，介绍了火电厂微机五防系统的建设方法，并从运行、安全管理、经济型等角度进行分析和比较，对“五防”问题提出了一些新的见解，对实施方法提出诸多开创性的办法，解决了微机五防覆盖全厂的技术瓶颈，可供同类型电厂进行五防系统建设参考，意在使电气防误工作更加完善可靠。

【关键词】五防 误操作 微机防误

1 引言

电力系统中的五防是指：防止误分、合断路器、防止带负荷分、合隔离开关‘防止带电挂（合）接地线（接地开关）、防止带接地线（接地开关）合断路器（隔离开关）、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。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。防误系统的建设原则是：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。为防止电气误操作，在人和设备之间，构筑技术措施防线，从设备操作过程全程防误的角度出发，采用不同的技术措施，从根本上杜绝电气误操作的发生。火电厂的微机电气五防系统长期以来并未覆盖到升压站以外的厂用电气设备，究其原因，既有重视程度不够的原因，更有技术方面实现起来困难较大的原因，本文结合我厂电气“五防”现状，从安全管理、五防技术、功能等方面进行了比较，对安装过程中存在的问题进行了分析，并由此提出火电厂防误系统设计安装较为可行的解决方案。

2 我厂“五防”未改造前状况

我厂电气设备“五防”系统既有传统的机械式、电磁式防误方式，又有微机防误方式。根据不同的电压等级，其防误方式、防误功能各不相同，下面分系统加以介绍：

2.1 厂用低压0.4kV PC馈线

采用低压抽屉柜，其自身具备机械程序闭锁装置，主要功能为断路器在试验位置合闸后不能推进工作位置，在工作位置合闸后，断路器不能拉出。但是无法防范人员走错间隔。

2.2 厂用高压10kV配电系统

其“五防”系统由传统的机械程序闭锁装置构成。其中机械闭锁装置的功能为：当接地开关及断路器在分闸位置时，手车才能从“试验/隔离”位置移至“工作”位置。只有手车处于“试验/隔离”或移开位置时，接地开关才能操作。断路器只有在断路器手车已正确处于“试验/隔离”位置或“工作”位置时才能进行合闸操作。断路器手车在“试验/隔离”位置或“工作”位置时，但没有控制电压时，断路器仅能手动分闸，不能合闸。手车在“工作”位置，二次插头被锁定，不能被拔除。当接地开关合闸后，电缆室才允许被打开，只有关闭电缆室门后，接地开关才允许被分闸。其原理为靠开关行程位置中的机械传动装置来完成闭锁，结构比较复杂，可靠性较强，但操作比较烦琐。尤其是运行人员定期测试设备绝缘时需要反复分合地刀。同样也不能防范人员走错间隔。

2.3 750kV升压站系统

其“五防”系统由GIS操作回路顺序互锁和微机防误装置构成。其中GIS操作回路顺序互锁的功能为：隔刀的操作需要在断路器和相邻地刀均拉开的情况下进行；地刀的操作需要在相邻的隔刀均拉开的情况下进行；线侧地刀需要在线路隔刀拉开且线路无电的情况下进行；断路器的操作不能在相邻隔刀的操作过程中进行。其微机防误闭锁系统的功能，除具有“五防”功能外，还具有监视、控制、防真培训等功能。其将NCS所监控的刀闸、断路器位置上传至微机五防系统，需要进行操作时，在五防系统中进行模拟，闭锁规则满足时，五防系统会按照模拟的操作顺序许可NCS远方操作，并且实时监视开关、刀闸的变位情况。上述五防系统均无法对大量的就地手动操作进行防误闭锁。

3 现场实际情况对防误闭锁系统提出的要求及解决方案

为了弥补设备自身现有五防功能的不足，按照现场实际需要，结合技术可行性、经济性综合

3.1 0.4kV低压配电系统

（1）0.4kV转机。数量较多、操作频繁，正常运行中绝大多数时间运行运行态、或热备态，远方操作受热控逻辑连锁控制。（2）0.4kV静态负荷。数量多，操作较为频繁，在正常运行中绝大多数处于运行态，双电源切换一般由就地实现。其防范重点在于冷、热备转换操作时走错间隔，实际实施中采用给进出车操作孔加闭锁的方法，闭锁错误的进出车操作。（3）PC母线。在PC母线PT柜外安装母线专用接地桩，闭锁带电挂母线接地线。

3.2 10kV配电柜

（1）10kV转机。数量较多、操作频繁，正常运行中绝大多数时间处于运行态或热备态，远方操作受热控逻辑连锁控制，操作回路设计中已禁止在工作位置就地合、分闸。其防范重点在于防止冷、热备转换操作时走错间隔，防止带电合地刀、带地刀送开关。实际实施中采用在小车上安装位置检测器、进出车操作孔加装机械编码锁、地刀操作孔加装机械编码锁。当开关在分位时开放出车，当检测到开关处于非工作位时开放合地刀，地刀分开后开放进车。（2）10kV干式变。数量较多、操作不频繁，正常运行中基本处于運行态，高压侧开关远方操作受DCS连锁逻辑闭锁，高压侧开关操作回路设计中已禁止在工作位置就地合、分闸，低压侧开关远方操作受DCS连锁逻辑闭锁，低压侧开关操作同时受就地互锁逻辑及备自投等自动装置控制。其防范重点在于防止冷、热备转换操作时走错间隔，防止带电合地刀，防止带地刀送开关，防止变压器带就地接地线送开关，防止误入带电变压器。实际实施中小车上安装位置检测器、进出车操作孔加装机械编码锁、地刀操作孔加装机械编码锁、变压器柜门安装机械编码锁、变压器就地安装变压器专用接地桩头、变压器低压侧开关进出车操作孔加装闭锁。当高压侧开关在分位且低压侧开关也在分位时，开放高、低压侧开关出车；当检测到高压侧开关处于非工作位，且低压侧开关也处于非工作位时开放高压侧合地刀、低压侧挂接地线，开放变压器柜门；高压侧地刀分开后且低压侧地线拆除后且变压器就地柜门上锁后，开放高、低压侧开关进车。（3）10kV母线工作及备用进线。正常运行中一个处于运行态、一个处于热备态，远方操作受DCS互锁逻辑闭锁且受快切装置控制。其防范重点在于防止误入带电间隔，防止带电挂接地线，防止带接地线送开关。实际实施中，在开关后柜门开门螺栓处加装机械编码锁、进出车操作孔加装机械编码锁、后柜门外安装进线专用接地桩头。当相关启备变或发变组全部停电、包括本开关不在工作位时开放后柜门，开放接地桩头允许进行安装接地线操作；发变组或启备变系统接地线包括本柜接地线全部拆除后开放开关进车。（4）10kV母线PT。母线安装专用母线接地桩，在10kV母线PT柜开柜螺栓上设机械编码锁，当该10kV段所有开关均不在工作位时开放后柜门开门，允许加挂接地线，当接地线线未拆除时闭锁该10kV段所有开关进车。

3.3 750kV系统

（1）断路器。数量少、操作较少，正常运行中绝大多数时间处于运行态，电动操作受就地电气逻辑连锁控制，就地无法手动操作。防范重点在于NCS上远方误操作，就地操作走错间隔。实际实施中，在开关就地操作把手上加装编码闭锁盒，在后台设置五防远方闭锁。在后台五防系统进行开关操作预演，五防逻辑通过后，开放NCS上进行远方操作，当选择就地操作模式時开放开关就地操作把手闭锁盒，允许进行就地操作。（2）隔刀、地刀。数量多、操作较少，正常运行中隔刀常处于合闸状态，地刀常处于分闸状态，电动操作受就地电气逻辑连锁控制，就地手动操作无闭锁。其防范重点在于NCS上远方误操作，就地电动操作走错间隔，手动操作走错间隔。实际实施中，在隔刀、地刀就地操作把手上安装编码闭锁盒，在后台设置五防远方闭锁，在隔刀、地刀就地机构箱安装三相分相机械编码锁，在隔刀、地刀就地机构箱安装分、合位置检测器。在后台五防系统进行隔刀、地刀操作预演，五防逻辑通过后，开放NCS上进行远方操作，当选择就地电动操作模式时开放开关就地操作把手闭锁盒，允许进行就地电动操作，当选择就地手动操作模式时，开放隔刀、地刀就地柜门，允许进行就地分相手动操作，如隔刀、地刀需要连续操作，可以通过就地位置检测器实时进行对位。

4 系统结构组织方案

为了能够实现覆盖全厂电气设备的五防系统，需要得到所辖设备的实时状态，实际中这些设备既有受DCS监控的、也有受外围系统监控的，要求五防系统能够同时从主机和外围监控系统中取得数据，实现实时、在线、自动对位，这在实际中是存在困难的，因为不论是主机DCS还是外围监控系统可能都没有预留有与五防系统通讯的位置，而且即便是能够提供通讯，外围系统数量较多，通讯系统的设计将会变得极为复杂。为了解决这一问题，我们在实际实施中采用从SIS系统中取得相关开关刀闸位置，并且数据接口比较简单，不必在SIS中制作数据转发表，仅需得到所需开关量在SIS中的点描述即可。

对于750kV升压站设备，在NCS系统中监控，因为仍需由五防系统对远方遥控操作进行闭锁，必须与NCS系统直接通讯，故750kV设备的状态信息由NCS直接转发至五防机，更加可靠。

五防系统控制范围包含全厂0.4kVPC及以上所有电气设备，覆盖面广，相互之间距离较远，仅在集控室布置五防工作站已不现实。考虑分别在设备相对集中的主厂房、脱硫、除尘、化水、输煤等五处值班室设置五防工作站。值班员需要对相关电气设备进行操作时就近模拟操作、传票，操作结束后就近进行钥匙回传对位。工作站电脑配置上，主厂房所辖设备较多，操作量大，需要独立配置电脑，而对于外围厂房，鉴于毕竟日常操作较少，独立配置五防工作站电脑使用率太低，可以由原已配置MIS电脑兼任。由于五防系统闭锁逻辑设计中，外围系统与主厂房之间存在相互闭锁，如某个外围系统干式变由运行转检修需要高、低压侧开关均断开且均不在工作位，由检修转冷备又需要高、低压侧地刀、接地线均已撤除才可进行，为了实现类似这样的闭锁逻辑功能，这就要求各五防工作站之间尚需进行数据交换，对于现有厂站单独为五防系统通讯敷设光缆显得工作量较大，且使用效率较低，可以使用现有各控制室与通讯机房已有通讯光缆的备用芯来实现组网。网络拓扑借鉴集控站模式，即主产房五防工作站作为五防主机兼做服务器，外围厂房五防工作站作为五防子站。对脱硫、除尘、化水、输煤四台外围系统MIS兼做的五防子站电脑加装五防专用网卡，组成独立五防网络。电气五防系统结构图1所示。

从上面的描述可以看出五防主机既要与实时控制I区的NCS系统通讯，又要与管理信息IV区的SIS外部区域和管理信息IV区的MIS客户端通讯。按照电力二次系统安全防护的要求需要在系统中设置横向物理隔离装置，在具体设防位置的考虑上，我们最终决定在NCS与五防主机之间采取隔离措施，这样隔离装置的数量较少，便于施工，节约费用。

5 结语

经过改造后的微机五防系统，覆盖全厂0.4kVPC及以上所有电气设备。系统结构较为简单，工作十分稳定，操作简便。此种实施方案完全可以作为其他火电厂实施五防系统改造的范本。