550kV电力系统(H―GIS)开关防误操作系统失效模式及对策分析

【摘 要】 对神华国华徐州发电有限公司500kV 采用的混合式气体绝缘封闭组合电器Hybrid Gas Insulated Switchgear（以下简称H―GIS）的防误操作系统的失效模式和相关对策进行了分析，根据设备机械装置、操作电路、联锁回路特点，指出H―GIS装置防误操作系统存在的缺点和提高其可靠性的措施，有效防止电力系统误操作事故的发生，对目前大量使用此（H―GIS）设备的电力企业有较高的参考价值和推广意义。

【关键词】 全封闭组合电器 防误操作 隐患分析 防范措施

混合式气体绝缘封闭组合电器Hybrid Gas Insulated Switchgear（以下简称H―GIS） 具有较高的安全可靠性，在我国220 kV及以上电压等级的升压站中得到越来越广泛的应用。它与传统分散元件式开关装置相比有很多新的特点，如果使用不当，会造成带负荷拉合刀开关等恶性事故。针对H―GIS的特点，正确设计和使用防误操作系统，才能减少误操作。

国华徐州发电有限公司一期工程500kV升压站，采用沈阳高压开关厂引进日本日立公司技术制造的ZF6-220户外型全封闭SF6组合电器，结合电厂气候特点，采用了室外升压站形式，一次主接线如图1所示。断路器为分相气动操作，隔离开关、接地刀闸操作机构为三相联动电动操作，接地刀闸只能就地操作，断路器、隔离开关可以远方、就地操作。

1 操作条件

边断路器5011分闸操作与隔离开关、接地刀闸无联锁；合闸操作条件：

50111、50112刀闸在合位。I母线侧隔离开关50111操作条件：断路器5011、接地刀闸501117、501127和I母线接地刀闸5117分闸。隔离开关50121操作条件：断路器5011、接地刀闸501217、501227和线路侧接地刀闸501167分闸。线路侧隔离开关50116操作条件：断路器5011、5012、两侧接地刀闸501167和5011617分闸。接地刀闸501117、501127操作条件：隔离开关50111、50112分闸。

1.1 失效模式

在正常联锁情况下，任意操作升压站内的断路器、隔离开关和接地刀闸一般不会发生误操作。但在特殊情况下，存在防误系统失效可能，如表1所示。

a）操作的不唯一性。每个间隔的隔离开关、接地刀闸共用一个控制电源，没有确定操作某一元件的措施，这样极易造成误操作。如图1所示的50136间隔，合上50136隔离开关所属的控制电源后，在该间隔的隔离开关50136和接地刀闸501367、50131617都分闸的情况下，用远方控制开关或就地合闸按钮就可将间隔内的任意一个隔离开关、接地刀闸合闸。例如在1号机组停机后，1号主变转为检修状态时，需要合上5013617接地刀闸，如果误合了501367接地刀闸，将造成带电合接地刀闸的恶性误操作。

b）联锁回路的接线相当复杂，有更多的辅助开关和接线端子，如机械锁的辅助开关等，如果元件的可靠性不高，会大大降低控制回路的可靠性。

c）当联锁回路存在缺陷或控制回路存在直流接地、绝缘受损和寄生电路等不正常情况时，合上控制电源后会使隔离开关或接地刀闸误动，这是该套防误系统存在的最大隐患。

1.2 隔离开关、接地刀闸的机械锁

H―GIS的隔离开关、接地刀闸都配有可锁定机构的机械锁，机械锁的转轴在隔离开关、接地刀闸分合操作时作圆周转动，操作完后机械锁卡位曲柄能将转轴卡住 ，可用编码挂锁锁住锁片将机械锁锁定，用一一对应的解锁钥匙才能打开，在防止隔离开关、接地刀闸误动时用机械锁将操作机构锁定。

2 提高防误操作系统可靠性对策

2.1 制定合理的操作规则

由于误分合隔离开关、接地刀闸的后果是很严重的，同时也是电力系统频发的事故，所以虽然H―GIS装置的电气联锁已很完善，但仍必须严格执行“安全操作规程”，制定合理的操作规则 ，避免人为的、设备缺陷造成的事故发生。为防止走错间隔和远方操作人员误分、误合刀开关，正常操作时采取了远方操作隔离开关、在升压站进行分、合控制电源等其它操作模式，防止走错间隔误操作隔离开关的事故发生；在不能电动操作隔离开关和接地刀闸时 ，由操作人、监护人向单元长、值长汇报情况后，在核对所有联锁条件已满足、相关的隔离开关和接地刀闸都分合到位的情况下，方可使用手动操作，若情况不紧急，不宜使用手动操作。

2.2 合理使用隔离开关、接地刀闸的机械锁

2.2.1 防止操作的不唯一性

由于操作的不唯一性，作为电气联锁的有效补充，在运行时将H―GIS装置全部接地刀闸通过机械锁锁定，只在分合操作接地刀闸时才将相应的接地刀闸机械锁置解锁位，杜绝了运行时接地刀闸误合的恶性事故。在有可能发生事故时通过机械锁的辅助作用，保证了操作的唯一性，从而防止了合上控制电源后隔离开关误分、误合，弥补了防误操作系统本身存在的缺陷。

2.2.2 防止分合不到位

H―GIS装置通过在均匀电场中充入SF6来大大提高绝缘强度。若隔离开关、接地刀闸分闸不到位，就会影响电场的均匀性，从而大大降低耐压强度；若隔离开关合不到位，就会引起一次触头发热熔化等异常现象发生。因此对其到位检查要求非常严格。本厂在2013年5月13日11：58’曾出现过国山5612线停电操作时，50231闸刀分闸操作不到位的情况，闸刀至中间位时机构停止不动，后经检修人员人工手动摇至合闸状态，重新分闸。

H―GIS装置隔离开关和接地刀闸的一次触头不可见、无专门的精确到位指示，虽然隔离开关、接地刀闸的操作回路中都有合到位、分到位、停电动机回路，但在传动机构脱销、卡涩变形等情况下，电气联锁回路就不能正确反映隔离开关、接地刀闸的到位情况。这时可通过观察机械锁转轴来判断隔离开关、接地刀闸的到位情况，在隔离开关、接地刀闸分合操作后检查分合闸指示牌、传动联杆、机械锁指示，间接地观察隔离开关、接地刀闸的分合闸到位情况，防止隔离开关、接地刀闸分合闸不到位。

2.2.3 防止走错间隔

用不通用的挂锁给机械锁上锁，每个锁每把钥匙都印上双编号，解锁钥匙在控制室定点放置，在操作隔离开关、接地刀闸时拿上一一对应的解锁钥匙才能进行解锁操作，有效地防止了走错间隔。

2.3 提高电气联锁回路可靠性

由于H―GIS装置隔离开关与接地刀闸之间无机械闭锁，电气联锁几乎承担了全部的防误功能，所以必须采取措施提高辅助开关、接线端子的可靠性，才能提高整个控制回路的可靠性。主要措施有：

a）在H―GIS安装后进行完整的电气联锁试验，避免在运行了很长一段时间后才发现电气联锁接线有误的情况发生。

b）定期检查断路器机构箱内的压缩空气微漏装置是否正常，保证断路器机构箱门关好，使内部的辅助开关接点、接线保持干燥洁净。

c）当相对湿度达80%时，启动汇控柜、机构箱内的加热装置驱潮，每年雨季来临前进行试验，检查加热装置是否良好，保证柜门关闭严密，使汇控柜和机构箱保持干燥洁净。

d）保持升压站内干燥清洁，在周围的地面上铺上草皮，防止起尘。

每个间隔的汇控柜内配有共用的控制电源和信号电源，两电源是分开的，正常运行时将信号电源投入，作为断路器、隔离开关和接地刀闸的位置指示、联锁解除报警、SF6和压缩空气压力低报警，方便监视设备状态；控制电源专供隔离开关、接地刀闸分合闸用 ，在操作之前合上控制电源，操作完毕后切开控制电源，这样就有效地防止了正常运行时由于直流接地、绝缘受损等原因引起的隔离开关、接地刀闸误动。

3 结语

H―GIS装置与传统分散元件开关装置相比，具有结构紧凑、外壳全接地、断口距离小且不直观、隔离开关与接地刀闸之间无机械闭锁、电气联锁接线复杂、隔离开关和接地刀闸分合到位要求严格等特点，通过制定严格合理的操作规则，合理使用机械挂锁、合理投退控制电源，就能有效地防止误操作事件的发生。

参考文献：

[1]罗学琛.SF6气体绝缘全封闭组合电器（H―GIS）[M].北京：中国电力出版社，1999年版.

[2]DL 408―1991，电气安全工作规程：发电厂和变电所电气部分.