一起6kv开关带接地刀闸误合断路器的隐患防治

0引言

发电厂厂用电系统大多使用6 kV或10 kV金属铠装封闭中置式开关柜,因此,其设计合理性与运行可靠性直接影响整个厂用电系统的稳定性。接地刀闸作为开关柜的核心安全组件,能在设备检修期间提供接地保护,确保人员免受残余电荷或感应电压的危害。然而,在实际运行过程中,误合接地刀闸导致带接地线送电的恶性事故时有发生,严重威胁电厂安全。这类事故往往会造成设备烧损、系统短路、机组跳闸甚至电网崩溃等后果。

当前,虽已有开关柜本体构成的“五防”体系,但在设备老化、人为失误及管理漏洞叠加作用下,误操作风险依然存在,尤其是6kV或10kV系统作为厂用电核心电压等级,其开关柜操作频繁度较高,进一步增加了事故概率。因此,防止电气误操作的“五防”功能定位如下:除“防止误分、误合断路器”可采取提示性措施以外,其余“四防”功能必须采取强制性防止电气误操作措施[1]。

对此,对某电厂69A1、69B1开关存在的带地刀误合断路器的隐患进行分析,并通过对69A2、69B2开关柜进行改造从而彻底消除隐患。本文结合典型案例,系统分析开关本体“五防”功能与防止电气误操作“五防”功能定位,可为电力系统安全运行提供技术参考。

1事件

某火电厂6kV泵房段进线开关69A2、69B2“五防”检查发现:69A2开关接地刀闸在闭合状态,对侧电源开关6 kV公用02A段69A1断路器具备合闸条件;69B2开关接地刀闸在闭合状态,对侧电源开关6kV公用02B段69B1断路器具备合闸条件。检查69A2、69B2开关接地刀闸辅助触头,未反馈至6 kV公用段69A1、69B1断路器的操作回路;69A2、69B2开关接地刀闸与69A1、69B1断路器操作回路无电气联锁。

6 kV公用段69A1、69B1开关存在带接地刀闸误合断路器的风险隐患。

2设备概况

2.1 6 kv泵房段简介

6 kV泵房段双回路动力电源分别取自6 kV公用02A、02B段的69A1、69B1开关,直埋穿管敷设双回路电缆ZR-YJV22—6/63 × 70mm2 ,接至6kV泵房段69A2、69B2进线开关。6kV泵房段电源接线如图1所示。

2.2 开关简介

6 kV泵房段69A2、69B2进线开关,电源侧6 kV公用段69A1、69B1开关均采用西电三菱电机开关设备有限公司生产的金属铠装封闭中置式开关柜,型号:KYN36A-12(Z)(MA-EC);小车开关型号:10-VPR-40C(D)。该开关类型为出线开关柜,电缆室装有接地刀闸。

3分析

3.1设备运行工况分析

6 kV泵房段母线进线开关69A2、69B2互为联锁,一运一备,每月进行一次先断后合的定期切换工作。在既有联锁保护又有运行操作规程的双重保险下A、B两路电源不存在倒送电至69A1或69B1开关的风险,电源侧开关69A1、69B1地刀无须跟69A2、69B2断路器操作回路联锁。

6 kv泵房段双回路动力电源恢复送电倒闸操作流程:先合69A1再合69A2断路器或先合69B1再合69B2断路器,69A2、69B2开关一运一备。若69A2、69B2开关接地刀闸在闭合状态,69A1、69B1断路器具备合闸条件,合闸后将造成带地刀误合断路器事故。

3.2 开关柜自身“五防”功能[2]

1)防止误分、合断路器:未设专门防误措施,一般采取提示性措施,如操作时核对设备名称、编号,严格执行“两票三制”等。

2)防止误入带电间隔:手车室门未关闭,手车不能推入工作位置;二次插头未连接,手车室门不能关闭。手车在工作位置时及在推进、拉出过程中,手车室门不能打开。当线路侧有电时,闭锁后柜门。

3)防止带负荷分、合隔离开关:断路器在合闸状态下不能推进拉出;断路器在推进拉出过程中不能合闸。母联断路器不拉出至试验位置,隔离手车不能拉出至试验位置;隔离手车不推至工作位置,母联断路器不能推至工作位置。

4)防止带电挂接地线:断路器在试验位置或柜外时,接地开关才能合闸。电缆出线柜装有能反映线路侧有无电压的带电显示装置,当线路侧有电时,闭锁接地开关的操作。

5)防止带接地线合开关:接地开关合闸状态时,断路器不能推至工作位置。

综上所述,开关柜本体满足电力企业的“五防”功能要求,即防止误分、合断路器;防止误入带电间隔;防止带负荷分、合隔离开关;防止带电挂(合)接地线(接地刀闸);防止带接地线(接地刀闸合位)合隔离开关(断路器)。

3.3 防止电气误操作的“五防”功能

《防止电力生产事故的二十五项重点要求(2023版)》[1]3.1.1规定:“防止电气误操作的‘五防9功能,除‘防止误分、误合断路器9可采取提示性措施以外,其余‘ 四防9功能必须采取强制性防止电气误操作措施。强制性防止电气误操作是指在设备的电动操作控制回路中串联受闭锁回路控制的接点,在设备的手动操控部件上加装受闭锁回路控制的锁具,严禁出现走空程序。”

依据规定,69A2、69B2开关接地刀闸在合闸状态,为避免6 kv公用段69A1、69B1断路器带地刀误合闸,69A2、69B2开关接地刀闸辅助触头应串入69A1、69B1断路器的合闸回路。但现场检查69A2、69B2开关接地刀闸与69A1、69B1断路器操作回路无电气联锁。因此,6 kv泵房段双回路动力电源母线进线开关与电源侧出线开关接地刀闸的配置及联锁回路存在重大隐患,严重违反“五防”功能防止带接地线(接地开关)合闸的规定。

3.4 结论

开关柜 自身“五防”功能完善,但6kv公用段69A1、69B1开关存在带地刀(69A2、69B2开关接地刀闸)误合断路器的隐患,这属于外部因素,不在开关柜自身“五防”功能的保护范围内;该隐患违反防止电气误操作“五防”功能的要求:强制性防止电气误操作。因此,必须构建以设备、系统为基础的“五防”机制,最大限度减少人因失误风险。为防止69A1、69B1开关带地刀误合断路器,69A2、69B2开关接地刀 闸辅助触 点应 串入69A1、69B1 断路器 的合 闸回路。

4解决方案

4.1解决方案-

4.1.1拆除69A2、69B2开关接地刀闸

拆除6 kV泵房段69A2、69B2进线开关接地刀闸,保留机械及电气联锁回路。因进线开关装设接地刀闸,在未与上级电源侧开关联锁的情况下,上级电源侧开关存在带地刀误合断路器风险。地刀拆除后设备检修时可在电缆室内挂接地线。

4.1.2拆除地刀后存在的问题

69A2、69B2开关由负荷开关柜改为进线柜,地刀拆除后电缆室柜门机械联锁失效,在电缆带电状态下,旋开柜门内六角固定螺栓,电缆室柜门可被打开,存在误入带电间隔风险。

4.1.3开关接地刀闸联锁回路原理

电源空开MCB6在合闸位置,开关柜电缆室柜门限位开关33—3在闭合位置(确认电缆室柜门在关闭状态),带电显示器VD常闭辅助触头在闭合位置(确认开关下口无电压),这时按下E/S活门按钮开关,打开活门,地刀具备操作条件。电缆室柜门限位开关33—3功能:柜门在闭合状态接地刀闸允许合闸,地刀合闸后允许打开电缆室,以有效防止人员误入带电间隔。带电显示器显示开关下口带电情况,其辅助触头串入接地刀闸联锁回路,以有效防止带电误合接地刀闸。接地刀闸联锁回路原理如图2所示。

在69A2、69B2开关柜电缆室柜门上加装电子锁,并把电子锁的操作回路串接至接地刀闸联锁回路。

如开关下口带电,在带电显示器作用下电子锁闭锁,柜门不具备打开条件,可有效防范带电打开电缆室柜门的风险。

4.2解决方案二

由69A2、69B2进线开关接地刀闸辅助触头发位置信号反馈至69A1、69B1断路器合闸回路。联锁逻辑关系:69A2、69B2进线开关接地刀闸在闭合位置,69A1、69B1断路器远方、就地均无合闸条件。

4.3确定方案

由于方案二存在装置风险,如辅助触头损坏造成地刀状态反馈错误,通信设备故障等都可能造成系统风险,所以最终决定采用方案一。该方案拆除69A2、69B2开关地刀后可彻底消除69A1、69B1开关带接地刀闸误合断路器隐患。

5 69A2、69B2开关柜改造

采用方案一对6 kV泵房段69A2、69B2进线开关柜进行改造。

1)拆除6 kV泵房段69A2、69B2母线进线开关接地刀闸,拆除开关电缆室柜门上的机械联锁装置及限位开关。

2)保留接地刀闸电气联锁回路,在两台开关柜电缆室柜门上分别加装电子锁,把电子锁的操作回路串接至接地刀闸联锁回路。改造后接地刀闸联锁回路原理如图3所示。

3)改造后6 kV泵房段A路从电源开关6 kV公用02A段69A1至6 kV泵房段69A2进线开关沿线69A1开关带接地刀闸,6 kV泵房段B路从电源开关6 kV公用02B段69B1至6 kV泵房段69B2进线开关沿线69B1开关带接地刀闸。69A2、69B2开关互相联锁,一运一备,从而彻底消除69A1、69B1开关带接地刀闸误合断路器的隐患。

6结束语

在6 kv供电回路设计中,必须严格遵循防止电气误操作的“五防”要求,明确区分母线进线开关与电源侧出线开关的功能定位,同时遵循如下安全机制:

1)联锁强制原则:若母线进线开关电缆室配置接地刀闸(地刀),其状态信号必须采用硬接线方式接入电源侧断路器合闸回路,实现地刀合闸时强制闭锁断路器合闸的联锁逻辑。在双回路供电系统中,若母线进线开关有倒送电至电源侧开关的可能,其断路器合闸回路必须与电源侧开关接地刀闸联锁。

2)无联锁禁止条款:严禁在无可靠联锁的情况下于进线开关装设接地刀闸,以彻底消除对侧电源开关带地刀误合闸导致三相短路接地故障的风险。

[参考文献]

[1] 国家能源局关于印发《防止电力生产事故的二十五项重点要求(2023版)》的通知:国能发安全 (2023)22号[A].

[2] 西电三菱.KYN36A—12(Z)(MA—EC)型铠装式金属封闭开关设备(中置式)使用说明书[Z],2009.

《机电信息》2025年第18期第4篇