防误地线管理系统在发电厂中的应用

防误地线管理系统在发电厂中的应用

李广一朱涛王东珏

上海奉贤燃机发电有限公司上海201403

摘要：随着电力系统的不断发展、技术的不断更新，电气设备的防误技术也在不断地改进和完善。防止电气误操作逐步发展成为电力系统一项重要的分支，成为保障电力安全生产的重要措施之一。其中高压断路器柜是非常重要的电气设备，一旦发生误操作情况，会造成设备损坏，甚至发生人身伤亡、引发电力系统故障。多年的事实证明，单纯依靠规章制度来约束人的操作是很难达到最佳效果的，因此要求断路器柜必须具备完善可靠的“五防”连锁功能，从技术上防止人为误操作，保证人身和设备的安全。本文将结合防误地线管理系统在上海奉贤燃机发电有限公司的实地应用讨论该系统的工作原理，介绍防误地线管理系统的实地安装组成方式及操作流程，总结装设防误地线管理系统后所实现的功能及所带来的效益。

关键词：电气误操作；防误闭锁；地线管理

1立项背景

上海奉贤燃机发电有限公司（以下简称为奉贤燃机）装有4台美国通用电气（GE）9E级180MW燃气-蒸汽联合循环发电机组。

奉贤燃机高压厂用6kV母线段分别从汽轮发电机出口母线通过电抗器引出，备用电源由高备变供6kV备用Ⅰ段、6kV备用Ⅱ段，再通过6kV备用Ⅰ段供6kVⅠ、Ⅱ段母线，6kV备用Ⅱ段供6kVⅢ、Ⅳ段母线，6kV备用Ⅰ段、6kV备用Ⅱ段之间设联络开关（6kV系统一次图见图1.1）。6kV开关柜为上海柘中集团有限公司生产的KYN37-12型金属铠装式开关柜，6kV开关为上海西门子开关有限公司生产的3AH5404W型真空断路器。厂内电力系统通过220KV户外升压站及4回220KV母线上的出线与电网相连接。

图1.1

高压断路器柜除本身已具有的防止电击功能外，还应满足五种防护保护功能的要求，从而防止电击人身伤亡事故、电气火灾和电气设备损坏事故，确保操作人员和相关设备的安全。为了满足“五防”功能，一般在高压断路器柜中加装实现“五防”功能的闭锁装置。奉贤燃机自从2005年左右投产以来，依照当时的建设理念，6kV厂用断路器柜没有设计具有“五防”功能的闭锁装置。由于高压母线连接错综复杂，运行方式变化大，尤其是机组检修期间，时间紧、任务多、操作量大，原有的装置不能够起到可靠的防误效果。日常操作时只能依靠严格执行操作票的方式人为避免误操作，一旦发生误操作事件，有可能造成机组跳闸、母线、线路停电，甚至造成大面积停电、威胁设备和人员生命安全的特大事故，经济损失难以估计。此外，6kV配电室内地线存放状况不容乐观，大量地线简单堆置在配电室地线收纳柜中，无法做到统一编码和上锁，接地操作时可随意取用地线，难以统计地线挂设的数量和位置，修后拆除地线时易发生遗漏现象。

针对以上存在的问题，计划对奉贤燃机6kV厂用配电系统进行防误改造和地线管理系统升级。本次升级改造拟使用技术手段系统地管理接地作业，根据“五防”要求，针对接地作业应做到防止带地线合断路器、防止带电挂设地线、防止误入带电间隔。除确保接地作业正确进行外，还应能够规范地线的保管和存取，使接地作业更加流程化、清晰化、闭环化，保证人身和设备的安全。

2项目实施

2.1提出方案

在奉贤燃机两个运行集控室各安装一套防误地线管理系统，系统应包含一个防误主机、一个智能地线保管柜、经标识和编码的锁具和若干智能电脑解锁钥匙。原先堆放在配电室柜子中的地线全部编码置入智能地线保管柜，保管柜将地线在柜内锁住，非经合法流程操作不能取出，防止地线误用。防误主机与DCS通过光纤通信，获取DCS所辖6kV电气系统的实时状态信息。当需要进行挂地线操作时，需先在防误主机上开票，经系统判别状态符合挂地线要求后方可将智能地线保管柜内相关地线解锁取出，将相关操作下载至智能电脑解锁钥匙中，携带电脑钥匙去就地将地线桩上的对应锁具解除，即可挂设地线。完成挂设地线操作后，防误主机向DCS发出闭锁指令，对该地线挂设后禁止合闸的断路器进行闭锁。

2.2方案论证

实现防误地线管理的功能，涉及到“五防”中的三项内容，一是防止带地线将断路器合闸，二是防止带电挂设地线，三是防止误入带电间隔。本方案从三个源头的控制上实现了这三项功能。一是对DCS合闸逻辑的控制，防误主机可向DCS发出闭锁指令，阻断DCS向相应断路器发出合闸指令，从而实现带地线闭锁断路器合闸。二是智能地线保管柜对地线的管理，地线不再允许随意取用，所有地线通过编码后被锁入柜中，只有在防误主机开票申请并获准的情况下，才允许解锁取出相应编号的地线。运行人员携带指定地线到就地设备处，需先用智能电脑钥匙将地线桩上的锁具解锁，才能挂设地线，从而实现了防止带电挂设地线的功能。三是就地地线桩锁具均设有编码，非对应编码的锁具不可解锁，如此杜绝了走错间隔的情况。通过此方案，仅需要增加一套防误地线管理系统，借用DCS远方控制的功能，在合闸控制逻辑中实现闭锁，同时读取DCS中的实时状态数据，对智能地线保管柜中的接地线实现闭锁。不需要额外布设电缆去就地各个设备，就实现了双向的防误闭锁功能。

使用布设硬接线的方式实现防误闭锁功能是更加可靠的方法，但是由于此方法需要向就地设备大量增设电缆，施工难度大，成本高昂，故采用与DCS之间通讯的方式，借用DCS与就地电气设备的硬连接实现防误闭锁。本方案仅需增加少量硬件，即可系统地管理接地作业，充分利用了已有硬件及软件设施，做到了利用发电厂控制逻辑和就地机械强制锁具两方面相互冗余的可靠防误管理模式，在低成本的情况下大大提高了电气操作的安全性，降低了因接地作业误操作而带来的风险。

2.3方案实施

第一阶段：设计阶段

根据方案描述，对防误地线管理系统设备布置、供电电源、系统连接结构进行设计。绘制系统结构示意图，屏柜电源及信号接线图。对所涉及的电气设备进行统计、命名和编码，确定该系统中所需的地线和锁具的数量。

第二阶段：设备选型

通过市场调研，从设备可靠性，经济性等方面对各类型系统进行评估，选定本次系统具备如下特点：

（一）防误地线管理系统利用开放的接口和规范实现与电厂控制系统接口，实现信息资源共享。

（二）防误地线管理系统的图形界面上实时直观地反映现场一次设备运行状态。

（三）系统不仅支持在线模式下的按序操作，同时兼容传统电脑钥匙的离线操作，电脑钥匙通讯方式可根据需求选择适配器通讯和无线网络通讯。

本项目包含#1、#2、#3和#4四个机组，共1单元（#1、#2机组）和2单元（#3、#4机组）两个区域的防误系统改造和地线管理系统升级。在本项目1单元厂区的电气主控室设置电脑主机一套（主机界面如图2.3.1），主机具备4个串口，安装防误管理系统和地线管理系统，其中防误管理系统软件与站内已有的DCS系统通讯，通讯采用MODBUS规约；在2单元厂区电气主控室设置电脑主机一套，主机具备4个串口，安装防误管理系统和地线管理系统，其中防误管理系统与DCS系统通讯，通讯采用MODBUS规约。在1、2单元指定区域各安装智能地线保管柜一面（图2.3.2），各管理12组地线。

防误系统具有带“五防”逻辑功能的模拟预演功能、实时反馈遥信、遥测功能及遥控功能，它通过通用适配器（图2.3.3）实现与就地设备的实时状态同步及下发接收操作信息。通迅适配器能接收经过模拟预演后的倒闸操作指令，并能准确无误地传输给电脑钥匙；同时负责接收电脑钥匙倒闸操作后的反馈信息，并转发给模拟系统。可实现PC机与电脑钥匙通讯的通讯转换功能。

操作票能够传给电脑钥匙（图2.3.4，具备彩色显示屏、语音提示、全程录音、高速红外传输、超低温运行功能），1、2单元主控室电脑钥匙各设置2把，实现操作过程全程录音，全程语音提示。电脑钥匙在收到防误主机下传的操作票后，按照操作票内容依次对编码锁具进行解锁操作。对与操作票不符的操作，电脑钥匙自动以语音报警并强制闭锁。地线管理系统可对接地线取用和归还进行管控，确保无误挂和漏拆地线的情况发生，保证日常操作的安全。

就地所有挂设地线的桩头在未挂设地线时均使用带有唯一标识码的机械锁具（图2.3.5）上锁，可以防止地线挂设位置错误。当需要挂设地线时，需持智能解锁钥匙按照正确流程将就地锁具解锁，方可操作。

图2.3.5

3效果分析

3.1实现的具体功能

相关硬件设备安装调试完毕后，防误系统实现了以下功能：

（一）监控功能

防误地线管理软件可通过模拟图形符号，实时显示全部接地线在位与否的状态。系统具备与DCS接口的功能，可实现断路器在线自动对位、数据共享等功能，运行人员可方便直观地监视整个6kV电气系统中电气设备的状态和接地情况。

（二）地线管理

系统通过对接地线进行射频编码和识别，对地线的存储和取用进行身份识别管理，确保地线的取用和存放符合操作任务的要求，地线能被正确取用和及时存放。用户对地线的取用采取授权许可机制，并记录地线的取用信息形成地线使用日志。每副地线均与就地设备一一对应，设备接地点所对应的地线都是唯一的。

（三）防误功能

当日常操作中涉及到地线的挂接时，防误地线管理系统根据挂接要求自动解锁地线保管柜中对应的地线，同时发送操作票至电脑钥匙，挂接操作时，操作人员手持电脑钥匙至相对应的地线桩处使用电脑钥匙打开地线桩上的锁具后才可挂地线，保证地线挂接在正确的地方。地线取用操作时只能取出操作任务指定的一组或多组地线，若遗漏未取离将报警提示。

防误地线管理软件与DCS相结合，对地线使用情况实现双向管理，实时、准确、直观地显示接地信息，发出相应错误报警。地线归还位置错误或未在设定的时间内足数归还，系统将通过灯光、语音发出报警，并禁止DCS系统遥控现场一次设备的合闸，避免发生挂地线送电的恶性事故。

（四）“五防”模拟操作

在模拟操作时，微机“五防”系统检验操作票是否正确，错误操作时，发出语音信号，防止各种误操作的产生，同时也起到仿真培训的作用。

3.2带来的效益

通过增加防误地线管理系统，电气操作安全性大大增加，符合反措要求。奉贤燃机四台机组6kV高压厂用电接地作业得到了有效管理，大大降低了与挂设地线有关的电气误操作所带来的严重后果，为保障人身和设备安全提供了有力的技术手段。地线的保管和存取更加规范化，方便了使用也方便了管理。

通过利用已有软硬件构建该系统，增设硬件少，工程量小，避免了使用硬接线闭锁而大量增设电缆的复杂施工。在保证系统可靠的同时，与向就地电气设备布设硬接线的方式相比，节省资金约50万元，也避免了因大规模改造而引发既有设备损坏的隐患。

4投用反馈及后期改进

4.1运行反馈

防误地线管理系统投产后，系统运行状况良好，之前的地线简单堆置以及依靠人员防止误操作的情况得到了很大改观。但在使用过程中也发现了两项缺陷：

（一）智能地线保管柜内的地线锁柱与柜内壁距离太近，导致取出地线时容易遭内壁阻挡，不易存取地线。

（二）无法检测防误地线管理系统与DCS的通讯状况，如果两者通讯中断，防误系统对DCS的闭锁将保持，这种情况下可能发生误闭锁，导致正常开关无法合闸。

4.2后期改进

针对以上两项缺陷，进行如下改进。

（一）将智能地线保管柜内的地线锁柱角度由垂直调整为向外倾斜45度（图4.2.1），如此即可轻易存取地线，不会受到柜内壁的阻挡。

（二）研发了通讯检测功能，在防误地线管理系统工作画面上增加通讯中断报警点（图4.2.2），一旦检测到通讯中断，即发出报警。此时运行人员可在DCS相关画面上使用一键投切按钮（图4.2.3）将五防闭锁功能切除，防止误闭锁的情况发生。

5结束语

奉贤燃机安装防误地线管理系统后，极大方便了运行人员监视、操作6kV厂用高压电气接地设备，做到了规范化管理，从技术上避免了因接地设备误操作造成的电气事故。系统运行安全可靠，取得了良好成效。未来将在奉贤燃机二期机组加装同类型防误管理系统，使奉贤燃机电气防误管理提升一个层次，电气系统将在升级改造中走向更加智能化、信息化、数字化的明天。

参考文献

[1]长园共创.上海奉贤燃机发电有限公司220kV升压站五防系统升级改造6kV中低压配电室地线管理系统技改工程技术协议.2016，12.