发电厂6kV开关防误操作系统改造技术分析

华电国际十里泉发电厂 高 浩 邓荣立 高 飞

本项目结合目前已有的鹰眼防误触操作系统，通过在ECS 增设开关和接地刀闸二维码的方式避免人员误操作，同时充分利用ECS 电量采集功能将各动力电量采集由手动改为自动并结合PI 系统数据进行校验，进一步提高数据准确性。针对开关电动操作方式强化管理规定和技术措施，多措并举综合运用。该项目在提高6kV 开关防误操作水平和电量采集准确性、降低电气误操作风险，保证运行人员人身安全的同时，能够为#6机厂用电安全、经济运行提供重要保障，对电厂将产生明显的经济和社会效益。

1 概述

华电国际十里泉发电厂现有5台机组运行，总装机容量为2120MW。220kV 系统分为甲站和乙站两部分，甲站220kV 系统采用双母线单分段连接方式，#1母线单段运行、#2母线经分段断路器22F 分#2A和#2B 两段运行，分段断路器22F 正常时在合闸状态。乙站220kV 系统采用双母线双分段母线连接方式，#1母线经分段断路器21G 分为#1D 和#1E 两段运行，#2母线经分段断路器22G 分为#2D 和#2E两段运行，分段断路器21G、22G 正常时在合闸状态。

6号发电机为哈尔滨电机厂生产的水氢氢冷却发电机，于2008年进行了增容改造，容量由300MW增至330MW，型号为QFSN-330-2。6号主变为保定变压器厂生产的强油风冷变压器，6号发变组保护为PCS-985型微机保护，#6机组励磁调节器为ABB 公司生产的UNTROL6800型微机三机励磁调节器。#6机组6kV 工作A 段、B 段中压开关是西门子公司1996年生产、安装投入使用的，现已运行近20多年。

6kV 工作段高压开关柜是电厂重要的电气设备。高压开关柜的作用是在电力系统进行发电、输电、配电和电能转换的过程中，进行开合、控制和保护。高压开关柜内的部件主要有高压熔断器、高压隔离开关、高压负荷开关、高压操作机构等。

#6机组6kV 工作A 段、B 段中压开关的型号F-C 上、下层开关厂家已不再批量生产，属于淘汰类型产品。设备使用年限久远、在日常使用过程中设备存在很多质量隐患，其常见问题主要如下：开关“五防”功能不全。五防功能不全给人员和设备带来极大的安全隐患；多次出现开关拒分、拒合；机构卡涩。操作小车开关时，需要运行人员在就地进行操作。开关在摇进、摇出时，容易出现机构卡涩、操作困难等现象；真空泡试验时出现真空度下降超标；运行过程中还多次出现开关触头发热。开关设计不合理、环境温度高、运行负荷严重不平衡等因素易导致开关触头发热；开关使用的保护装置为江苏金智科技生产的WDZ-3型微机综合保护装置、现已停产，保护装置经常出现黑屏、屏闪等现象。

鉴于实际生产状况，我厂#6机6kV 工作段开关改造具有深切的必要性和紧迫性。该项目实施后，为#6机厂用电安全运行提供重要保障，对电厂将产生明显的经济、环境和社会效益。该项目实施后，可节省大量的操作工时、管理成本，保证操作人员人身安全的同时，有效地提高设备运行的稳定性和可靠性、提高工作效率。

2 设备安装时存在的主要危险因素及应对措施

从事电气作业人员应佩戴合格的个人防护用品和验电器：高压绝缘鞋（靴）、高压绝缘手套等必须选用具有国家“劳动防护品安全生产许可证书”资质单位的产品且在检验有效期内。作业时必须穿好工作服、戴安全帽，穿绝缘鞋（靴）、戴绝缘手套。根据需要携带相应电压等级的高压验电器，从事低压设备检修维护人员必须随身携带低压验电笔。

电气设备“五防”功能必须完备，严格按规定保管和使用万能解锁钥匙；电气设备、设施安全接地、接零应牢固可靠，不得将接地线接在金属管道上或其他金属构件上，并应定期测量接地阻值是否合格；配电盘前后标志清楚，严禁单人打开柜门进行拆装接地线工作，设备带电部位应设置明显的带电警示标识和安全色，定期检查，确保完好[1]。

电气设备停电检修、测量绝缘、装设接地线等工作前必须验电，检查确认已布置的安全措施正确可靠后，方可开始工作；工作前必须进行危险点分析和安全交底、熟悉了解工作任务、作业范围、已布置的安全措施、带电部位和安全注意事项，严禁扩大工作范围和越权操作。

在电气设备附近工作时，必须与带电部位保持足够的安全距离，高压电气设备带电部位对地距离不满足设计标准时周边必须装设防护围栏，门应加锁，并挂好安全警示牌；在做高压试验时，必须装设围栏和警示标识并设监护人，非工作人员禁止入内，操作人员应站在绝缘物上。试验电源应装设有明显断开点的刀闸，试验中改接线时应先断开电源，确认有明显的断开点，进行验电、挂临时接地线后方可进行改接线。

电气设备着火时，应立即切断有关设备的电源，然后进行救火，应使用干式灭火器、二氧化碳灭火器灭火。在不能判明是否带电的情况下，必须使用消防水灭火时必须采取使用喷雾水枪，加装接地线，戴绝缘手套，穿绝缘靴、均压服等安全措施，站在绝缘板上，以点射的方法使水滴落在火源上，其他人员不得接近正在灭火的消防员、燃烧区和积水区。

3 智能中压开关柜方案

3.1 负载变化的实时诊断技术

采用安全可靠的无线射频技术实时采集并监测高压开关设备的温升及断路器特性数据，及时识别设备的潜在故障，并在缺陷初期发出预警，有效地防止潜在故障的进一步发展，大大地降低非预期停电发生的概率。同时在线监测及诊断系统可为后续进行开关设备的失效预测分析及寿命预测分析提供真实可追溯的运行记录，为设备健康状况评估提供有效的依据。

3.2 开关设备温度在线监测

智能中压开关柜的“开关设备温度在线监测及诊断功能”涵盖了柜体及断路器两大部分：实现对柜体电缆部位及母线部位，断路器上下触臂的实时温度监测。所测温度能够独立测温且在现场安装的操作面板上可显示实际测量温度，并上传在集中监控主机上，显示所有被测点的实时温度。同时，通过智能分析监测点的温度，诊断设备的健康状态；通过对比实际测量温度值和理论计算温度值，分析开关设备在负荷变化时，运行温度是否在合理的范围内。若实际运行温度超过理论计算温度，将预警告知用户，从而诊断出潜在的故障点[2]。

3.3 视频远程监测

本项目改造的开关柜搭载视频监视系统，可远程观察设备运行状态。通过远程智能监控技术，实现开关设备的无人值守。搭载了视频监视功能的开关柜，可以使用户在远方控制室实时观察设备的运行情况，从而确保设备稳定的运行。

3.4 开关柜防误功能

高压开关柜应具备防止误分、误合断路器，防止带负荷分、合隔离插头，防止接地开关合上时（或带接地线）送电，防止带电合接地开关（或挂接地线），防止误入带电隔室等五防功能。开关柜馈线侧（电缆侧）应有带电显示。电缆测绝缘可以通过外购或第三方的厂家现场安装相关的试验测试设备实现安全防护。

无论接触器还是断路器，在合闸状态下会通过机械闭锁住手车，无论电动还是手动都将禁止操作。开关在工作位置时，防止接地刀闸操作把手插入操作孔的闭锁采用纯机械闭锁方式。接地刀闸分闸后防止误入后下侧带电隔离室功能采用柜外椭圆形闭锁后下柜门方式。

3.5 全电机驱动开关

配备专业的电动机驱动保护装置，当遇到卡滞等非正常工作情况时，电机输出电流增加，保护程序启动，切断电机电源并闭锁电动操作，同时保护指示灯亮并发故障信号（红色）防止发生不可逆的机械损伤；断路器或接触器等手车电动操作功能是在手车底盘上增加了一个驱动电机，由该电机牵引手车本体完成在工作位置和试验位置的切换。必须配置防堵转功能的智能监控单元，防止手车机械故障误判，同时在发生电机故障时自动保护电机及驱动机构，故障指示灯点亮并发报警信号。

接地开关电动操作功能具备与断路器手车电动操作保护功能一样的智能监控单元。该监测单元不仅具备电动操作和保护电机的功能，同时还能实现与断路器/接触器手车的闭锁功能，如：断路器在工作位置时自动闭锁电动合接地开关；接地开关合闸时自动闭锁电动操作断路器手车。手车与接地开关全电动操作大大提高效率和保障操作人员安全，运行人员不必再亲临开关室操作开关设备，提高了人员的工作效率和设备的使用率，减少了负载切换的等待时间，同时避免操作故障对人身的损害[3]。充分利用ECS 电量采集功能将各动力电量采集由手动改为自动并结合PI 系统数据进行校验，进一步提高数据准确性。

4 智能化方案的实施

4.1 智能化方案的实现方式及现状

目前国产品牌智能化的元件或驱动机构都是使用第三方外购的产品，特点如下：

电动驱动使用外购的产品，性能及稳定可靠性低，容易发生断路器与电动手车之前的卡滞；大部分都不配置专用的电动驱动电机保护模块，在电机发生卡滞时无法快速保护电机及驱动机构，造成不可逆的机械损伤；无线测温元件使用第三方产品，需要更换电池，并使用外挂或表带式，减少了绝缘距离的同时还容易发生电池失电不易更换而增加大量的维护工作，不是免维护的产品；没有专业的智能测量和诊断系统，只能监测部分在线数据，无法进行智能的判断，需要人工二次干预方能解决温升等数据的变化而引起的预警信息，但实施起来又非常困难；在线视频技术不完善，通常也都是外购第三方的技术，非自主研发的产品，容易发生配合不稳定或通讯故障等问题。

综上所述，本项目推荐使用智能化系统及元件全部为自主研发，技术成熟、业绩较多的的合资产品。同时为了保证安全，断路器无线测温技术必须有第三方认证的型式试验报告，断路器无线测温严禁使用外挂式测温技术，推荐使用触臂预埋式自供电技术。

4.2 整体联调及实施效果对比

智能化控制功能程序应接入十里泉电厂原ECMS 系统，由ECMS 系统实现智能开关的顺序控制和特性监测，在ECMS 上实现上述一键操作、监测及预警功能，在DCS 上应保留的合分闸操作功能、断路器的分合闸监视、电流监视、保护动作监视，远方就地监视、控制回路电源监视等相关信号。开关经过改造后，通过近几个月的观察，开关运行情况统计如下：开关发热情况0次；开关机构卡涩情况0次；运行人员操作开关工时对比操作时间明显缩短。

4.3 改造后存在的问题：

远方电动操作存在的管理问题：变压器类负荷合接地刀闸前的验电问题也无法在远方实现，虽然有带电指示器，但目前在远方无法观察到；电动操作用的电动操作电源开关正常必须断开，以保证安全防止误动。电动操作电源开关的位置设置需要综合考虑。

摄像头的问题：摄像头的灯常亮，若灯坏则无法监视。尤其是接地刀摄像头，如果不停母线无法更换；目前采用摄像头自带的移动监测，自动弹出设备操作画面。实际操作当中，由于操作设备振动较大，导致画面经常跳转到附近开关。建议视频应与操作指令进行联系，用操作指令调用摄像头，而不是用移动监测，提高显示的可靠性。

综上，根据以上调查及存在的问题，由于6kV开关柜存在较大的安全隐患，严重制约着本厂#6机6kV 工作段设备安全稳定运行，急需对开关柜进行整体换型改造。通过对#6机组高压开关柜进行智能化升级改造后，通过跟踪运行效果发现，该系统在提高6kV 开关防误操作水平和电量采集准确性、降低电气误操作风险，保证运行人员人身安全的同时，能够为#6机厂用电安全、经济运行提供重要保障，对电厂将产生明显的经济和社会效益。