220kV全封闭组合电器(GIS)的防误操作系统

220kV全封闭组合电器(GIS)的防误操作系统
摘要：对湛江发电厂220 kV全封闭组合电器(GIS)的防误操作系统进行了分析，指出GIS装置防误操作系统的缺点，提出了提高其可靠性的措施。

关键词：全封闭组合电器开关设备防误操作
全封闭组合电器(GIS)具有较高的安全可靠性，在我国110 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GIS的特点，正确设计和使用防误操作系统，才能减少误操作。

湛江发电厂二期工程220 kV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，结合电厂地处沿海、气候潮湿和盐雾大的特点,采用了室内升压站形式，一次主接线为双母线接线，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。

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1 防误闭锁配置及存在的问题
在湛江发电厂GIS的防误操作技术措施中，防止误分、误合断路器是靠编制提示性设备双编号来实现的，
隔离开关与接地刀闸之间无机械闭锁，防止带负荷拉合刀开关、带电合接地刀闸、带接地刀闸合刀开关是靠刀开关、接地刀闸控制回路电气联锁、合理使用机械锁、合理投退控制电源及制定合理的操作规则来实现，防止隔离开关、接地刀闸分合不到位是通过在控制回路中设置分合到位停电动机回路、分合闸指示牌显示和机械锁指示来实现，GIS的金属外壳全部接地，不存在带电间隔，传统的防误入带电间隔就不存在了。

下面分别介绍这些措施。

1.1 隔离开关、接地刀闸的电气联锁
GIS以断路器或电压互感器为单位分成一个个间隔，各间隔的隔离开关、接地刀闸的电气联锁回路集中于间隔的汇控柜内，每个汇控柜设有总闭锁解除钥匙旋钮和“远方－就地”切换开关，控制、信号电源采用220 V直流电源，这些回路起到闭锁不正确操作的作用。

下面以3号主变压器2203间隔为例解析变压器－线路间隔的电气联锁(联锁投入时)，如图2所示。

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1.1.1 操作条件
断路器2203与隔离开关、接地刀闸无联锁。

主变压器出口隔离开关22034操作条件：断路器2203、断路器两侧接地刀闸2203B0和2203C0，以及出线接地刀闸220340分闸。

Ⅴ母线隔离开关22035操作条件：当Ⅵ母线隔离开关22036分闸时，断路器2203、断路器两侧接地刀闸2203B0和2203C0、Ⅴ母线接地刀闸225甲00分闸；当Ⅵ母线隔离开关22036合闸时，Ⅴ母线、Ⅵ母线母联断路器2056及两侧隔离开关20565、20566合闸，Ⅴ母线接地刀闸225甲00分闸。

Ⅵ母线隔离开关22036操作条件与Ⅴ母线隔离开关22035类似。

出口隔离开关出线侧接地刀闸220340操作条件：出口隔离开关22034分闸，主变压器低压侧检测无电压。

断路器两侧接地刀闸2203B0和2203C0的操作条件：断路器两侧隔离开关22034，22035和22036分闸。

1.1.2 存在问题
由图2可看出，除了出口侧有短路或未恢复热备用等非正常状态会造成人为误操作外，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都不会发生人为误操作。

但存在以下问题：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，这是会造成设备损坏的。

例如在该间隔的断路器、隔离开关和接地刀闸都分闸的情况下，合上间隔的控制电源后，
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，如图2所示的22034，22035，22036，220340，2203C0和2203B0都可合闸，每个开关间隔按断路器、隔离开关和接地刀闸、出线等共分为5个SF6气隔，当断路器气隔发生SF6泄漏故障要求合上接地刀闸2203B0时，若误合隔离开关22035或22036，断路器2203则承受220 kV电压，GIS装置可能因不能承受全电压而发生绝缘击穿事故，造成误操作。

如此等等，不一枚举。

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b）联锁回路的接线相当复杂，实际电路比图2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，这是该套防误系统最大的弊病。

1.2 隔离开关、接地刀闸的机械锁
GIS的隔离开关、接地刀闸都配有可锁定机构的机械锁，如图3所示。

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。

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2 提高防误操作系统可靠性的措施
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GIS装置的电气联锁已很完善，但仍必须严格执行“安规”，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、监护人向控长、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；而隔离开关因为双母线结构，在处理断路器气隔SF6泄漏等故障时需快速将负荷倒换母线，故在运行、备用时其机械锁在解锁位，在检修时将其锁定。

在某些操作如3号主变压器由Ⅴ母线切换到Ⅵ母线运行的操作中，合上控制电源后，若控制回路存在缺陷使隔离开关22035或刀开关22034误分闸，会造成带负荷拉刀开关事故，这种情况下
可预先将其锁定，操作完再将其机械锁置解锁位，在有可能发生事故时通过机械锁保证操作的唯一性，从而防止了合上控制电源后隔离开关误分、误合，弥补了防误系统本身存在的缺陷。

2.2.2 防止分合不到位
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。

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。

2.4 合理投退隔离开关、接地刀闸的控制电源
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 结束语
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，通过提高操作人员素质、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。

另外，为了避免GIS装置操作的不唯一性、操作无次序限制、防误分误合断路器无强制性措施等缺点，可以装设微机防误操作系统，使防误操作系统更加智能化、更加可靠。

参考文献
［1］罗学琛．SF6气体绝缘全封闭组合电器（GIS）［M］．北京：中国电力出版社，1999．
［2］DL 408—1991，电气安全工作规程：发电厂和变电所电气部分。