变电站刀闸不拉开操作电源运行的安全性分析

陈锦祥，何惠东，刘 玲

(广州供电局，广东 广州 510260)

变电站刀闸不拉开操作电源运行的安全性分析

陈锦祥，何惠东，刘 玲

(广州供电局，广东 广州 510260)

阐述了变电站刀闸拉开操作电源运行的缘由和不拉开操作电源运行的需求。通过刀闸操作回路的电缆材料、端子材料与结构、端子箱结构、控制回路结构和电机回路绝缘破坏误动几率等方面因素的比较分析，讨论了操作回路结构与设备改进对刀闸不拉开操作电源运行安全性的影响，并结合一些应用情况给出了刀闸操作电源运行的建议。

变电站; 刀闸; 操作电源; 运行安全

上世纪90年代，发生了几起刀闸操作回路绝缘击穿导致运行中刀闸自动拉开的事故。为避免类似事故的重复发生，国家电网公司所属大部分企业在电气倒闸操作过程中都采取了刀闸操作前合上操作电源，操作完成后立即拉开操作电源的措施。该措施有效防止了刀闸因操作回路绝缘击穿而导致运行中刀闸自动分、合事故的发生。但是，该措施也增加了电气倒闸操作的项次，延长了操作时间，同时增加了误操作其他运行设备电源的几率。

1 刀闸不拉开操作电源运行的需求

目前，用电需求已远远超前电网的发展水平。在广东地区，无论是主网或是配网，线路、主变的容量很多都不满足N-1的要求，与此同时，供电部门对社会的供电承诺却空前提高。为了兑现承诺，提高服务质量，变电站运行操作人员必须严格执行设备停、送电操作的时间规定。然而设备停、送电操作的时间规定，相对于现有变电站管理模式和运行人员数量的配置，则显得有点不对称。以往一个110kV变电站约有6～8人管理，但现在部分地区平均每站已不足1.5人。在这样的形势下，供电部门对社会供电的高承诺，与运行人员配置不足及电网发展水平相对滞后的现实便形成了矛盾。

提高变电站综合自动化和智能技术水平是解决矛盾的有效途径之一，后台机远方操作和程序化操作为提高电气操作效率和安全性带来了契机。但是刀闸操作电源的投退需在现场由人工操作，大大降低了后台机远方操作和程序化操作的价值。如果按措施要求执行，操作一把刀闸需增加投、退刀闸控制和电机电源空开4个操作项目，完成一个操作项以15 s的时间计算，一把刀闸操作便增加了1 min的时间，如果计算变电路途和走位时间将更长。如果刀闸不拉开操作电源运行，便可节省不少操作时间，同时也便于后台机远方操作和程序化操作的执行，因此有必要深入分析刀闸不拉开操作电源运行的安全性。

2 刀闸操作回路安全性对比分析

2.1 电缆材料的对比

随着我国科技的发展，在变电站刀闸的控制回路、电机电源回路中已基本淘汰了油纸和橡胶皮电缆，采用了带铠甲外皮保护的聚乙烯电缆、交联聚乙烯电缆、ZC-KVVP或ZR-KVVP阻燃电缆。这些电缆与过去一般使用的聚氯乙烯、油纸或橡胶皮电缆相比，绝缘击穿强度提高了60%，介质损耗降低为过去的1/200，可持续工作温度达80～90℃。回路绝缘自然击穿或受外力破坏，特别是鼠害破坏的几率很低。

2.2 端子材料及端子结构的对比

过去的刀闸控制回路基本上都采用敞开式结构，以“电木”材料做端子。这种端子容易积污，且在污垢受潮后绝缘下降明显。另外，“电木”材料较脆，容易破损，破损后端子间短路的机会很大。现在的刀闸控制回路基本上都采用封闭式结构的端子，以高绝缘强度塑料制成。这种端子不易破损、结构科学，且没有报道过因端子积污导致绝缘击穿的案例。

2.3 端子箱的结构对比

端子箱作为二次元件及回路端子的封闭器件，其结构是否合理，对二次回路绝缘影响很大，特别是户外端子箱的二次回路。

早期端子箱的结构粗糙、密封差，仅依靠安装灯泡作为驱潮装置。由于端子箱没有温湿控制器，安装的灯泡距二次线较近，为避免灯泡长期投入致使局部温度过高，往往只在梅雨天气或发现端子箱内有凝露时才把灯泡打开。另外，箱体上部没有散气孔，潮气有入无出，仅依靠人工清抹或在天气转晴后打开箱门让潮气自然散走，因此户外端子箱凝露现象普遍。

现在的户外端子箱，基本上配有带温湿控制装置的驱潮器，箱体上部设有带尘埃过滤网的气孔，箱底部与电缆沟衔接的位置加装了底座，有利于电缆沟内的潮气上升散发，从而使端子箱的防尘、防潮效果大大改善，凝露的几率大大下降。

2.4 刀闸、地刀控制回路结构的对比

早期接地刀闸的机构完全是手动操作的，刀闸的控制回路基本没有“电气五防”闭锁功能，回路结构处于初始阶段，如图1所示。

由图1可知，刀闸在合闸状态，如果控制电源kk不拉开，当FA按钮接点或2C1自保持接点发生绝缘击穿，运行中的刀闸就会自动分闸；同理，刀闸在分闸状态，如果HA按钮接点或1C1自保持接点发生绝缘击穿，刀闸会自动合上。这样的回路结构，即使运行中刀闸操作电源不拉开，误分、误合刀闸的危险性也极高。

随着各种设计规范的标准化，隔离刀闸及接地刀闸的控制回路结构已得到很大的优化。为防止刀闸、接地刀闸的误分、误合，在刀闸、接地刀闸控制回路中加入了“电气五防”电气闭锁、后台机远方操作逻辑判断。这样的回路结构不但能防止人为误操作，也能有效地防止刀闸、接地刀闸因控制回路绝缘击穿而发生的误分、误合事故。图2是现行双母线接线隔离刀闸控制回路图，分析如下：1M母线侧隔离刀闸的合闸、分闸接触器线圈1C、2C的电源由“五防”电气锁WFS和后台机的逻辑闭锁断开，接触器零线侧回路由2G刀闸、BO和CO接地刀闸及断路器的辅助接点断开。同理，接地刀闸由隔离刀闸辅助接点断开。由此可见，现有的刀闸、接地刀闸的控制回路结构，即使电源开关kk合上，接触器线圈任一侧回路绝缘击穿，也不会引发隔离刀闸和接地刀闸的误分、误合。

图2 双母接线1M母线侧隔离刀闸控制回路

2.5 电机回路绝缘破坏误动几率分析

刀闸、接地刀闸的传动，一般采用三相交流电机，电源回路如图3(a)所示；小部分采用直流电机传动，电源回路如图3(b)所示。

由图3(a)可知，三相电机电源开关K合上，即使接触器1C或2C的接点一相或者二相击穿，电机是不会转动的，而电机电源回路接触器C接点三相均击穿的几率则低之又低。因此，交流电机传动的刀闸、接地刀闸运行中合上电机电源，主回路绝缘击穿而导致误分、误合的可能性极微。

图3(b)是直流电机刀闸电源回路，理论上存在接触器一极接点粘死，另一极接点绝缘击穿的可能。但现实中直流电机接触器接点到电机之间的线路一般很短，基本安装在箱内，线路单极绝缘受损的机会很少，双极击穿的机会更少。为避免因接触器接点粘死或击穿而造成刀闸误动的情况，直流电机电源回路可按照图3(c)设计，在电源回路串入接触器双接点，这样，由于绝缘受损而造成误分、误合的可能性也就基本可以排除。

3 讨论与建议

广东部分变电站GIS设备拉开操作电源后会造成“刀闸控制回路断线”信号长发，为避免信号长发而影响监控中心对设备的监视，变电站采用GIS设备刀闸不拉开操作电源的运行方式，运行多年并未发生过因控制回路或电机回路绝缘击穿而出现刀闸误分、误合的情况。

由此可见，随着刀闸控制回路结构和设备条件的改进，部分二次回路可靠性高、运行环境良好的刀闸不拉开操作电源运行是具有较高可行性的。结合变电站电气操作的需要、设备条件和运行环境，对刀闸操作电源的运行建议如下。

(1) 对于GIS、HGIS等可靠性较高的组合电器设备，如果安装在室内或者在室外的运行环境良好的情况下，刀闸可以不拉开操作电源运行。

(2) 对于敞开式设备，如果设备运行环境良好，且控制回路有完善的电气“五防”闭锁，电机回路为非单接触器接点直流电机，可根据需要不拉开操作电源运行。

(3) 对于采用程序化操作的变电站设备，由于设备可靠性较高，为提高程序化操作的实用性，一般情况下刀闸可不拉开操作电源运行。

(4) 对于部分未经改造的老旧变电站和刀闸控制回路还没有完善的电气“五防”闭锁，电机回路采用单接触器接点或二次回路运行环境恶劣，影响绝缘的变电站，刀闸的操作电源还是需要拉开运行。

4 结束语

随着社会对电网供电要求的不断提高，变电站已全面实现综合自动化配置，同时程序化操作等智能技术也在发展，运行人员对变电站全面实行远程监控的管理模式已势在必行。当今的设备条件，无论是元件质量抑或是回路结构都得到了很大的提高和改进，因回路绝缘击穿而导致刀闸、接地刀闸误分、误合的几率甚微。如果刀闸操作过程中必须对刀闸电源空开进行现场操作，将给变电站全面远程监控管理带来不便。如何有效解决刀闸操作便利性和安全性的问题，还需结合技术现状进行深入的实践验证分析，以求问题得到科学的解决。

1 赵辉程，孙玉文，陈韶伟. 变电站程序化操作若干问题探讨[J]. 江苏电机工程，2009，28(5):24-28.

2011-03-17)