CN201541058U - 变电站一次设备智能防误操作系统 - Google Patents

Abstract

一种能够使变电站一次设备智能防误操作系统。它是在变电站(含电厂变电站)现场各开关、隔离开关、接地刀闸(接地线)最直接部位装置光电开关和单、双孔树脂隔离挡板；随设备转动(移动)，开、断红外光线，定位设备，各光电开关通、断给单元间隔PLC“信息”，PLC智能逻辑进行单元间隔内部和与旁路、母联单元间隔之间的设备状态判断，符合电力操作规程且需要进行倒闸操作的设备，独立输送需进行倒闸操作的“操作”电源和“电磁锁”电源，允许进行倒闸操作。各PLC信息上传，与电力系统现行的“二票”(工作票、操作票)系统完全配合，“二票”系统中运行方式自动检测确认，从源头防止误操作；在开、填、审票和现场操作各环节禁止误操作。

Description

变电站一次设备智能防误操作系统

所属技术领域

本实用新型变电站一次设备智能防误操作系统，尤其是能防止变电站倒闸操作断路器、隔离开关、接地刀闸(接地线)一次设备，因人为、设计、设备质量、安装调试、维修维护不当和现行微机“五防”锁具失灵误分，所发生事故和异常(简称：七防)：

1、误拉合断路器；

2、带负荷拉合隔离开关；

3、带接地刀闸(接地线)合闸；

4、带电合接地刀闸(接地线)；

5、误入带电间隔；

6、三相分、合错位(不到位)引发上述相关项误操作；

7、系统缺相运行和刀闸(开关)触头不到位接触不良过热。

背景技术

目前，公知的变电站“五防”闭锁有：机械闭锁、电磁闭锁、电气闭锁、微机闭锁。它们基本上相互独立，存在各自不足的方面，无法做到“根除误操作”。机械联锁是靠机械结构制约而达到预定目的的一种闭锁，因销杆脱落、变形、部件焊接断裂发生误操作；电磁闭锁是利用断路器、隔离开关、设备网门等设备的副触点，接通或断开隔离开关、网门电磁锁电源；电气闭锁是利用断路器、隔离开关副触点，接通或断开电气操作电源而达到闭锁目的的一种装置，由现场控制箱或机构箱内操作电源控制(现场均用同一把金属钥匙或电脑钥匙)，需操作时，工作人员合上箱内“刀闸操作电源”即可到需操作的设备前进行倒闸操作(所在间隔的各设备操作电源都已送达)，其主要解决了防止设备误动问题，对防止误操作有一定的作用，如已误开金属锁具或误开微机闭锁锁具，从客观上防止误操作已无作用(除非工作人员及时发现，人为停止操作)；微机闭锁是按事先编制的程序操作，由电脑模拟盘、电脑钥匙、电编码开锁、机械编码锁几部分组成，现场锁具或电脑钥匙异常误开锁具导致发生误操作；因设备传动机构异常、损坏，所操作的设备不能正确、可靠到位，现行变电站所有的“五防”闭锁均无法防止此类倒闸误操作，辅助接点在实际工作中无法100％确认倒闸操作真实“变位、到位”。以上单独或复合原因发生一次设备倒闸误操作事故，在我国电力系统一直未能有效解决。

发明内容

为了克服现行“五防”闭锁，不能可靠起到变电站倒闸操作“七防”功能，本实用新型提供一种变电站综合智能电气设备防误操作系统(注：其功能已超出了“五防”闭锁功能，在技术上解决和完善了今后真实意义的“无人值班”变电站一次系统遥控倒闸操作“定位”)，该系统在程序上检测相关开关、刀闸正确动作“状态”，“逻辑”控制间隔单元内的各个开关、刀闸“变位”、“电磁锁”、“操作电源”。对间隔单元内的各个开关、刀闸“变位”状态实时监控；对操作程序上需要倒闸操作的一次设备提供“电磁锁”和“操作”电源，工作人员走错间隔或位置则无法操作，同时，在每步操作程序上做到上一步操作“正确、到位”，下一步要求操作的设备才能得到“电磁锁”和“操作”电源，方可进行操作。逻辑组合光电开关“检测”设备动作“正确、到位”。在程序上防止误操作；检测出设备机构异常“不动作、不到位”，自动报警，同时“禁止”下一步操作。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：在每一开关、刀闸、接地刀闸(接地线)，最终直接传动触头(刀头)的非导电部位(接地刀闸可在导电部位)安置U型组合光电开关(室内设备在柜内两侧安置对射式组合光电开关)和树脂双孔或单孔半园型档板，以每一单元间隔配置一台PLC，逻辑判断间隔内每一开关、刀闸、接地刀闸(接地线)每相实际位置；接受下传操作命令；逻辑判断操作命令正确性；执行操作命令；上传监控中心监控微机、安全运行专家系统(变电两票系统，工作票和操作票。发、供电力企业监控或子站均已安装该系统)。监控微机只能接受上传“报文”和遥控断路器分、合操作(目前各电网公司、发电企业只要求做到远方遥控断路器和主变中性点隔离开关分、合操作)。监控工作人员负责“监控”。安全运行专家系统中“操作票”系统，实时接受“现场”上传的单元间隔“**操作项正确完成”开关量，依据倒闸“操作票”内容程序(顺序)，安全运行专家系统得到间隔单元上传“**操作项正确完成”信息后，发出下步倒闸操作内容(485通讯使图4.1、图4.2虚线框内相应常开接点闭合)，且每次仅限发出“一项”操作(设备变位、检查核对设备状态，如合闸，分闸动作、状态)。在相关间隔单元“收到”一项操作指令后，间隔内PLC自动进行间隔内所有设备状态逻辑判断，并执行“操作”，如间隔内逻辑判断设备状态“错误”或操作“错位”，禁止上报安全运行专家系统“**操作项正确完成”开关量，安全运行专家系统处“等待”状态，禁止下步操作。间隔PLC现场发出光(声)报警同时向监控微机上传具体设备状态“错误”或操作“错位”报文。开启安全运行专家系统，进入“操作票”子项后，装置自动校核设备状态，可靠解决因操作票操作后未及时回填，设备状态不清楚，而错误填写操作票，现场误操作情况。在安全运行专家系统微机上“确认”正式执行“**操作票”后，整套“防误”系统才准许现场(就地)或远方进行倒闸操作。

本实用新型的有益效果是，可以最直接从“逻辑操作程序、设备定位”自动控制操作正确性，从技术上根除变电站一次系统误操作；为今后实现真正的数字化智能控制无人值班变电站，解决了一次系统远方遥控可靠操作的技术问题。将现行相互独立的“五防”闭锁系统“和“安全运行专家系统”合二为一，提高电力企业安全可靠性同时降低了电网投资，使“监控”台布局更加简洁合理。

附图说明

图1变电站户内间隔防误闭锁双孔定位电气控制

图2变电站户外宽间隔防误闭锁双孔定位电气控制

图3变电站户外宽间隔防误闭锁单孔定位电气控制

图4.1变电站间隔防误闭锁电源上方电气控制

图4.2变电站间隔防误闭锁电源下方电气控制

图5变电站间隔防误闭锁操作、电磁锁电源电气控制

图6变电站相关间隔(示范)主接线

图7变电站室内间隔防误闭锁光电单孔定位机械控制立体示意图

图8变电站室内间隔防误闭锁光电单孔定位机械控制主视图

图9变电站室内间隔高压开关防误闭锁光电双孔定位机械控制

图10变电站户外宽间隔三相联动示意立体图

图11变电站户外宽间隔防误闭锁光电双孔定位机械控制俯视图

图12变电站户外宽间隔防误闭锁光电单孔定位机械控制俯视图

图1中：24VDC保险，光电定位1#，光电定位2#，三相合闸定位，三相分闸定位，三相动作错位，三相合闸定位灯(就地)，三相分闸定位灯(就地)，三相动作错位灯(就地)，三相合闸定位远动(开关量)，三相分闸定位远动(开关量)，三相动作错位远动(开关量)。

图2中：24VDC保险，一相光电定位”1”，一相光电定位”1”，一相光电定位”0”，一相合闸定位，一相分闸定位，装置断电状态保持，一相动作错位，一相动作错位灯(就地)，一相动作错位远动(开关量)。

图3中：24VDC保险，三相光电定位2#，三相合闸定位，三相分闸定位，三相动作错位，三相合闸定位灯(就地)，三相分闸定位灯(就地)，三相动作错位灯(就地)，三相合闸定位远动(开关量)，三相分闸定位远动(开关量)，三相动作错位远动(开关量)。

图4.1中：24VDC保险，1开关合(线路送电)，1开关分(线路停电)，11刀闸合(线路送电)，11刀闸分(线路停电)，12刀闸合(线路送电)，12刀闸分(线路停电)，13刀闸合(线路送电)，13刀闸分(线路停电)，120刀闸合(开关检修)，120刀闸分(开关检修恢复)，130刀闸合(开关检修)，130刀闸分(开关检修恢复)，10刀闸合(线路检修)，10刀闸分(线路检修恢复)。

图4.2中：14刀闸合(旁代线路)，14刀闸分(旁代线路恢复)，11刀闸合(倒母线)，11刀闸分(倒母线)，12刀闸合(倒母线)，12刀闸分(倒母线)。

图5中：220VAC，1开关总电源，11刀闸总电源，12刀闸总电源，13刀闸总电源，14刀闸总电源，120接地刀闸总电源，130接地刀闸总电源，10接地刀闸总电源。

图6中：1出线单元(间隔)，4旁路单元(间隔)，00母联单元(间隔)。

图7中：A、B、C三相隔离开关(刀闸)水平位置单孔板位置1，A、B、C三相隔离开关(刀闸)竖直位置单孔板位置2。

图8中：A、B、C三相隔离开关(刀闸)和安装在高压开关柜柜体两侧柜壁上光电开关主视图。

图9中：可垂直升降的高压开关动触头绝缘杆和双孔光电挡板。

图10中：户外隔离开关(刀闸)A、B、C三相联动立体示意图。

图11中：户外宽间隔隔离开关(刀闸)任一相双孔定位俯视示意，树脂半园挡板固定在转动底盘，“U”型光电开关。

图12中：户外宽间隔隔离开关(刀闸)任一相单孔定位俯视示意，树脂半园挡板固定在转动底盘，“U”型光电开关。

具体实施方式

在图1中，主要是为户内封闭式开关柜设计，一般都是10kV、35kV电压等级，其三相相间距离短，采用2组“对射”式光电开关，安装在开关柜内，隔离开关(刀闸)两边的柜壁上，结合图7中上、中图机械构造，隔离开关(刀闸)竖立位置(设为合闸状态)，光电定位1#红外光通过树脂单孔，常开接点闭合，LJ1常开接点闭合。光电定位2#红外光被阻隔，LJ2常闭接点仍闭合，LJ3带电，隔离开关(刀闸)置合闸位置。相关RD1红灯亮，远动LJ3常开接点闭合。同理，光电定位2#、LJ2、LJ4动作，GD1绿灯亮，隔离开关(刀闸)置分位位置。若LJ1、LJ2都通电或都不通电，LJ5带电，隔离开关(刀闸)置不对位(错位)位置。此刀闸方案也可应用于户外开关(刀闸)中，但容易受环境影响，误发信号。对于真空等开关，由图7中下图机械构造，其动触头上下运动，固定在绝缘(金属)杆上的双孔挡板随着上下运动，在分、合到位后两对光电开关仅一对动作，确定开关动作准确状态。

在图2中，主要是为户外开关(隔离开关、接地刀闸)设计，一般都是110kV、220kV、500kV及以上电压等级的变电设备上采用，其三相相间距离长，在A、B、C三相分别安装由图8机械构造的一只“U”槽型光电开关和树脂半园双孔挡板，在第一个孔位置，1#光电开关常开接点闭合，ST1常开、常闭接点动作，由于ST3通电延时打开，LJ6(设备运行状态确定，图3中详细说明)置开关(隔离开关、接地刀闸)在合闸或分闸状态，确定LJ8或LJ9合闸或分闸定位。进行倒闸操作，图8中树脂双孔半园挡板随刀闸转动主轴转动，“U”槽型光电开关红外光线被阻隔，ST1常闭接点闭合，ST1常开接点断开，LJ8或LJ9断电，LJ8或LJ9常开接点断开，ST1常开延时接点延时打开，ST2常开、常闭接点动作，随图8中树脂双孔半园挡板随刀闸转动主轴转动到第二个定位孔，1#光电开关常开接点再次闭合，ST1常开、常闭接点动作，ST2延时常开接点延时打开，LJ7常开、常闭接点动作，同时图3中LJ6通电或断电，LJ8、LJ9通电，完成开关(隔离开关、接地刀闸)分闸或合闸“到位”且“定位”。单相分、合不到位，同上。此方案也可应用于户内开关(刀闸等)中，元器件增加，结构复杂，投资增加。

在图3中，主要是为户外开关(隔离开关、接地刀闸)设计，一般都是110kV、220kV、500kV及以上电压等级的变电设备上采用，其必须与图9、图2配套应用，一只“U”槽型光电开关和树脂半园单孔挡板，在单孔位置，图9中2#光电开关常开接点闭合，LJ6常开、常闭接点动作，图2中的LJ8常开接点闭合，LJ3动作，确定开关(隔离开关、接地刀闸)“变位”。若开关(隔离开关、接地刀闸)单孔挡板随主轴转动，图9中2#光电开关的红外光线被阻隔断，LJ6常闭接点闭合，图2中的LJ9常开接点闭合，LJ4动作，确定开关(隔离开关、接地刀闸)“变位”。若图2中LJ10动作，图3中A、B、C任一相拒动或不到位，则LJ3、LJ4失电，LJ3、LJ4常闭接点闭合，则图3中LJ5动作，其它同图1相关说明。

在图4.1、图4.2中(二图是连续的)，是依据图6的主接线(示范)，根据开关、隔离开关、接地刀闸的电力操作程序(国家电力相关规程和防措，必须严格遵守执行的操作程序)，如1线路送电运行于I母线，11隔离开关合闸，必须1开关断开、12隔离开关断开、13隔离开关断开、120接地刀闸断开、130接地刀闸断开，故1LJ4、12LJ4、13LJ4、120LJ4、130LJ4常开接点均在“合位”，上位机操作票操作程序检测确认1线路开关断开、12隔离开关断开、13隔离开关断开、120接地刀闸断开、130接地刀闸断开，485通讯传输现场1线路PLC的11隔离开关合闸开关量，图4.1中虚线框图内“(1)11合”常开接点闭合，11LJ通电，图5中的11LJ常开接点闭合，220VAC送至11刀操作电源空开和11刀电磁闭锁电源，现场或远方才能进行倒闸操作。其它类同工作原理。

在图5中，通过图4.1、图4.2中1LJ、11LJ、12LJ、13LJ、14LJ、120LJ、130LJ、10LJ逻辑动作，其常开接点相应闭合，完成给按倒闸操作需要的开关、隔离开关、接地刀闸送“操作电源”和“电磁锁电源”。

在图6中，是电力系统的一种“典型‘双母线带旁路接线，相对需控制的点较多，倒闸操作较复杂，故代表性强。

在图7中，是针对变电站35kV及以下的室内一次设备(完全可应用于GIS变电站防误操作)。树脂单孔挡板与动触头(刀开关末端)或绝缘瓷柱直接固定连接，并随动触头转动而转动的三相单孔定位控制机械立体示意图。

在图8中，对射式光电开关固定在开关柜内壁两侧，达到“定位”设备同时光电隔离，其电路控制由图1组成。有效解决了高电压设备运行状态过去限于辅助接点间接监控一次设备运行状态(特别是开关已拉开，运行电流为0安培时，远方只能依托辅助接点动作情况判断设备运行状态)，而辅助接点常因多种原因和一次设备销、轴脱落，变形，辅助接点不能正确提供设备运行状态。

在图9中，固定在绝缘杆上的树脂双孔方挡板随高压开关触头上、下移动，与图1电路控制组合，二对光电开关分别定位开关分、合状态。

在图10中，是针对变电站110kV及以上的户外一次设备。A、B、C三相由“三相同步水平操作杆”操作立体示意图(220kV及以上电压等级开关是分相操作)，随操作杆移动，A、B、C三相同时分闸或合闸。

在图11中，在A、B、C三相的每相转动底盘上水平安装树脂双孔半园挡板，“U”槽型光电开关固定在设备构架上，树脂双孔半园挡板随主轴转动，无论分、合，均由一孔通红外光，挡板转动到位后另一孔转至光电开关位置，使光电开关再次导通，其电路控制由图2组成。

在图12中，是针对图11配套确定设备在分闸或合闸运行状态。在A、B、C三相的任一相转动底盘上水平安装树脂单孔半园挡板，“U”槽型光电开关固定在设备构架上，树脂单孔半园挡板随主轴转动，光电开关由“通”、“断”二状态，分别对应设备“合闸”、“分闸”运行状态，其电路控制由图3组成。图2、图3、图10、图11、图12组合构成了户外宽间隔电气一次高压开关、隔离开关(刀闸)、接地刀闸设备的状态控制系统。

Claims (6)

1.变电站一次设备智能防误操作系统，由光电开关、树脂单、双孔挡板、固定支架构成机械部分；24VDC保险，220VAC保险，二只光电开关，5只LJ1、LJ2、LJ3、LJ4、LJ5继电器，红、绿、黄指示灯各一只，组成专为升降压变电站35kV及以下的一次设备倒闸操作防误操作的逻辑电路；四只光电开关，3组各3只ST1、ST2、ST3时间继电器，3组各8只LJ3、LJ4、LJ5、LJ6、LJ7、LJ8、LJ9、LJ10继电器，红、绿指示灯各一只，黄指示灯4只，组成专为升降压变电站110kV及以上的一次设备倒闸操作防误操作的逻辑电路；变电站两票系统按操作程序向下发送1分、合，11分、合，12分、合，13分、合，14分、合，120分、合，130分、合，10分、合开关量或接收现场PLC上传的开关、隔离开关和接地刀闸分、合闸变位情况；8只1LJ、11LJ、12LJ、13LJ、14LJ、120LJ、130LJ、10LJ中间继电器组成逻辑电路，给1开关、11刀闸、12刀闸、13刀闸、14刀闸、120接地刀、130接地刀、10接地刀操作电源和电磁锁开锁电源，其特征是：一次与二次光电隔离，固定在高压电气一次设备高压开关、隔离开关、接地开关最终传动轴上的树脂单、双孔挡板随设备运行状态接通或阻隔红外光线来驱动智能防误操作电气回路；设备光电定位；单元间隔内设备智能逻辑控制操作步骤；同时从电磁锁电源和操作电源两方面控制倒闸操作；与现行二票系统完全结合，完善了二票系统中开操作票和开、审工作票中的一次设备运行状态与现场一次设备运行状态一致且自动确认。

2.根据权利要求1所述的变电站一次设备智能防误操作系统，其特征是：一次设备与测控设备光电隔离，固定在高压电气一次设备高压开关、隔离开关、接地开关最终传动轴上的树脂单、双孔挡板随设备运行状态旋转或上下移动，树脂挡板孔按设备运动轨迹接通或阻隔红外光线来驱动智能防误操作电气回路。

3.根据权利要求1所述的变电站一次设备智能防误操作系统，其特征是：单元间隔内每一设备的每步倒闸操作，首先按电气工作原理智能逻辑判断是否准许其进行操作，准许操作才提供所需操作设备的电磁锁电源和操作电源，技术上杜绝误操作，操作后判断是否准确到位，不到位则闭锁后面的全部操作，旁路代和倒母线同样与需倒闸操作单元逻辑控制，各单元间隔之间相互独立，都与旁路和母联进行逻辑控制联系。

4.根据权利要求1所述的变电站一次设备智能防误操作系统，其特征是：PLC具备装置自检功能，装置故障报警，监控会及时发现进行处理，导通光电开关在未进行倒闸操作时故障，设备状态指示灯和远动信号会发生改变，可及时发现并处理，不导通光电开关在未进行倒闸操作时故障，虽不能被及时发现，但倒闸操作后，错位报警会发出，现场和监控人员同样会发现被处理。

5.根据权利要求1所述的变电站一次设备智能防误操作系统，其特征是：从电磁锁电源和操作电源两方面同时控制倒闸操作，仅对准许操作的设备同时提供电磁锁电源和操作电源，防止了现行五防闭锁中只要现场控制箱，一个站使用同一把钥匙，内刀闸操作电源空气小开关合上，间隔内所有设备均有操作、电磁锁电源的情况。

6.根据权利要求1所述的变电站一次设备智能防误操作系统，其特征是：与现行变电站二票系统完全结合，在写工作票、审工作票、填写操作票时显示屏显示的设备运行状态与现场一致，填写操作票必须满足规程要求，现场实际进行倒闸操作又必须满足规程要求，防止误操作。

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