防止电站送出线路停电时带电合地刀的方法研究

李 煜 曾 懿

（北京京能清洁能源电力股份有限公司华南分公司，广东 湛江 524000）

0 引言

电力系统中有五类误操作对其安全运行破坏最大，防止这些误操作的技术措施被称为“五防”措施。“五防”是指：1）防止带负荷拉、合隔离开关；2）防止误拉、合开关；3）防止误入带电间隔；4）防止带接地线（接地刀闸）合开关（隔离刀闸）；5）防止带电挂（合）接地线（接地刀闸）[1]。微机五防装置的使用，可以有效减少误操作事故的发生，但是不能防范电站与变电站之间的带电合接地刀闸，因此对现有的微机五防技术进行优化升级就显得十分必要。

1 光伏电站升压站一次系统概况

某公司现管辖13个光伏发电站，项目分布在广东、湖南两省，其中11个集中式光伏电站、2个分布式光伏电站，累计投产装机容量为1 173.43 MW。对于该公司11个集中式光伏电站升压站：1）送出线路电压数据、电流数据分别由室外PT（电压互感器）和TA（电流互感器）提供；2）送出线的接线方式相同。以其中某一光伏电站为例，该电站送出线路如图1所示。

图1 某某光伏电站110 kV ××线路电气一次系统图

该电站5103-1接地刀闸位于线路出线侧，当线路由冷备用转检修时，需将5103-1合闸，此时如果对侧变电站还未停电，则有可能造成带电合接地刀闸的风险。

2 线路侧接地刀闸闭锁原理

如果对侧变电站尚未停电，线路将带电，此时如果合上接地刀闸会导致严重的误操作事故。因此，在接地刀闸控制回路设计时必须考虑采用闭锁回路来避免此类事故。在常规设计中，通常采用电压继电器对线路电压情况进行检验，并利用电压继电器辅助接点来构成闭锁回路，原理图如图2所示。

图2 某某光伏电站110 kV ××线路5103-1接地刀闸闭锁回路原理图

在图2中，110 kV ××线路利用3个DY-34/60C电压继电器与相应的辅助接点构成闭锁回路。DY-34/60C电压继电器结构如图3所示，此继电器为电磁式，瞬时动作，磁系统有两个线圈（2-6、4-8），线圈出头接在底座端子上，当线圈串联时可使继电器整定范围增加一倍。继电器配有两对动断触点（1-3、5-7），在此回路中，继电器电压升至整定值或大于整定值时，继电器就动作，动合触点闭合，动断触点断开；当电压降低到0.8倍整定值时，继电器就返回，动合触点断开，动断触点闭合。

图3 DY-34/60C电压继电器结构图

在线路带电闭锁接地刀闸合闸回路的设计中，将3个DY-34/60C电压继电器线圈分别接至二次电压A、B、C、N中，由此获得三相二次电压，可采用各相电压继电器的一对动断触点串联接至接地刀闸合闸回路中，如图2 BS303-回路。当任意一相电压大于电压继电器整定值时，电压继电器动作，动断触点断开回路，此接地刀闸合闸回路断开，从而实现闭锁接地刀闸功能。当三相电压均低于整定值时，BS303-回路各相电压继电器动断触点接通接地刀闸合闸回路，此时允许接地刀闸合闸。

3 微机五防工作原理

鉴于电站运行的安全性，该公司管辖的所有光伏电站都采用了微机五防装置。微机五防装置又称微机型防止电气误操作装置，用于防止高压开关设备电气误操作，通常主要由主机、模拟屏、电脑钥匙、机械编码锁和电编码锁等功能元件组成。电站倒闸操作前，先在微机五防闭锁装置的模拟屏上操作一遍，由电脑分析判断操作步骤正确后，再把操作逻辑导出到电站相应的开关刀闸等设备上，即采用计算机技术在电脑上模拟，依靠PLC组态、大数据分析、逻辑判断和分析，实现对断路器、隔离开关、接地刀闸、地线、开关柜门的闭锁，以达到防误操作的目的[2]。

4 微机五防存在的安全漏洞

目前，电站的独立微机五防装置已经基本可以防范电站内部的误操作发生，但是还存在两个防范薄弱点：

1）对于电站与变电站之间带电合接地刀闸或挂接地线的防范仍然不是非常可靠[3]。这是因为现阶段所有微机五防装置都只能识别开关量信号，无法识别模拟量信号，由于对侧变电站带电与否信号属于模拟信号，而非开关信号，所以微机五防装置无法判断对侧变电站是否已经停电。另外，由于有些光伏电站送出线路属于GIS式设备，所有开关和刀闸都是封闭模式，无法在挂接地线前进行验电，从而给线路倒闸操作埋下了带电合接地刀闸的风险。

2）对电站与变电站之间接地刀闸合闸时送电则完全没有技术防范措施[3]。但光伏电站不存在此薄弱点，因为光伏电站送电顺序和其他电站不同，送电应先送主变高压侧，然后再送主变低压侧，如果对侧有接地刀闸未分闸，则光伏电站无法送电，所以此薄弱点不在本次讨论范围。

5 五防技术应用的信息盲区

一般电站监盘的监控后台是可以将遥信的模拟量信号转换成开关量信号，转发给微机五防装置，从而实现五防逻辑闭锁的。但是一来平常值班运行人员几乎不会进入电站监控后台查看底层数据，存在对监控后台功能的不了解；二来一般电站监控厂商和微机五防厂商是不同厂家，由于微机五防装置厂家对现场运行方式了解的局限性，其内置的闭锁逻辑公式往往不能适应现场各种倒闸操作的需求，其中缺少对电气一次送出线路是否带电的判断功能这一问题尤为突出，所以很多时候微机五防的电气五防能力并没有得到充分体现。

各光伏电站监控画面厂家的操作基本一致，仅为界面有区别，以南瑞PCS-9700为例，下面通过对闭锁逻辑公式的优化应用来实现对电气一次送出线路是否带电的判断功能。

6 微机五防系统

6.1 微机五防系统的逻辑设定

微机五防装置是接收监控后台转发过来的遥信信号，装置内编写相关的逻辑公式实现逻辑判定，从而实现电气五防的装置。

6.1.1 公式格式

微机五防的逻辑表达式格式为：设备编号=动作（状态）方向。

6.1.2 公式含义

情况条件和状态表达式都允许有多种情况（或状态）存在，表达式之间可以是“，”“+”及“（）”之一。“，”表示逻辑“与”关系，也就是说“，”两边的表达式是并列关系。比如说表达式“A，B”意味着A和B必须同时成立。“+”表示逻辑“或”关系，也就是说“+”两边的表达式是选择关系。比如说表达式“A+B”表示A、B两者满足其中之一即可。

6.2 微机五防系统的应用

以图1为例，修改后的5103-1地刀合条件为“110 kV××线路侧5103刀闸分闸，110 kV××线路无电压=某某光伏电站110 kV××线路侧5103-1地刀合闸”。

某某光伏电站110 kV××线路侧5103-1地刀分条件为“无”。

根据以上逻辑设定，某某光伏电站出线线路停电时，必须5103刀闸分闸和110 kV××线路无电压才可以将5103-1地刀合闸。5103刀闸分闸会让110 kV××线路有一个明显的断开点，从而不会出现电站侧带电而合接地刀闸的情况；而110 kV ××线路无电压，可避免对侧变电站还未停电而出现带电合地刀的情况。以上逻辑设定保证了线路停电合地刀时人身和设备的安全。

7 后台监控系统

由于“110 kV××线路无电压”在后台监控系统中是模拟信号，而五防系统只能利用开关量来配置五防逻辑，故不能直接将“110 kV ××线路无电压”加入五防系统逻辑判别之中，因此需要在后台监控系统将模拟量合成一个开关量虚拟遥信信号转发至五防系统参与逻辑判别。

以南瑞PCS-9700监控后台为例，根据图4，在南瑞PCS-9700监控后台界面依次找到“采集点配置—装置测点—遥信”，点开“遥信”信息栏，在“遥信”信息栏的子栏目中找到“合成信息”（这个装置不需要手动添加，添加厂站的时候默认就会生成）。装置下面默认生成若干个遥信和遥测，在界面上端点击“+”“-”按钮可以增加或删除相关的合成的虚拟遥信信息。

图4 南瑞PCS-9700微机五防装置界面合成虚遥信图

通过图4界面，可以将相关的遥信的模拟信号转换为遥控的开关量信号，同时该界面也会显示相应的逻辑计算公式，若此页面未显示计算公式，需在允许标记里勾选计算点，通过手动输入逻辑判定公式来达到合成虚拟遥信的目的。

7.1 线路测控逻辑设定

式中：110 kV××线Uab、Ubc、Uca分别为数据库中线路AB、BC、CA线电压，其值为三相线电压二次值，额定值为100 V。

通过编写此逻辑式，得到一个110 kV ××线失压的合成信号，即线路AB、BC、CA线电压二次值均小于30 V时，判定110 kV ××线失压。经过此操作后，模拟量合成为一个虚拟的遥信位置，此功能与图2中的闭锁功能一致。

7.2 转发五防

在得到“110 kV ××线路无电压（虚遥信）”后，由于测控后台不配置五防功能，需将此遥信信号转发至五防系统，参与微机五防装置线路侧接地刀闸闭锁逻辑的判定。如图5所示，在五防系统组态中将厂站监控系统转发过来的虚拟遥信量加入逻辑判别中，可以将线路失压信号加到线路侧接地刀闸合闸运行中。同时，在五防系统数据库中也可看到监控系统转发过来的“110 kV ××线路无电压”遥信量，此遥信量为开关量，即可参与“某某光伏电站110 kV××线路侧5103-1地刀合闸=110 kV ××线路侧5103刀闸分闸，110 kV ××线路无电压”的逻辑判别，实现与第2章中闭锁回路同样的闭锁功能。

图5 五防转发

8 结论

改进后的微机五防装置实现了完整的五防功能要求，杜绝了一些主观及客观因素的影响，真正意义上实现了光伏电站送出线路停电时的本质安全。该项研究成果可以应用到其他电站的线路停电倒闸操作中，将传统微机五防装置添加一个检测线路是否带电的闭锁接地刀闸的条件，使运行人员在对电站送出线路进行倒闸操作时，即使无法进行线路验电，也能保证自身安全和设备安全，提升了光伏电站运维的可靠性。