现场︱基于±500kV牛寨换流站GIS设备安全措施布置与研究
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中国南方电网超高压输电公司曲靖局的研究人员曹显武、周亚树、王电处、刘百爽，在2016年第3期《电气技术》杂志上撰文，结合牛寨换流站现有的3/2接线的GIS一体设备，研究不同接线方式下的GIS设备检修作业时停电、验电、接地、悬挂标示牌和装设遮栏等保证作业安全的措施如何布置才能达到作业安全、停电范围最小、人机功效最佳且简单、方便、实用、有效。
通过规范一、二次设备操作，确定间接验电措施、优化标识牌及遮拦布置，显化现场安全风险，最终实现GIS设备检修标准化安措布置。将研究成果应用牛寨换流站内的其它设备，并通过现场实践与验证不断进行完善后，将其推广至其它换流站或变电站，最终达到该套安全措施布置的方法适用于大多数的停电检修设备的目的。
鉴于GIS设备具有占地面积小，可靠性高等特点，其各变电站的使用不断增加[1]。因GIS设备为全封闭性设备，导致其检修周期相对其它敞开式设备来说过长也是变电站面临的一大问题。由于其为全封闭设备，不能按常规操作直接验电，对内部设备的运行状态只能通过一些辅助手段，如带电显示装置、表计、位置指示等。
在进行检修作业时，一方面要求检修作业的安全，另一方面也要求停电范围尽可能小，因此，掌握设备的实际状态对满足以上两个要求尤为重要。在进行安全措施布置时，若不能充分利用各种手段对设备状态进行全面的判定，有可能会出现设备实际状态与判定状态不一致，从而导致作业不安全或停电范围扩大等情况，严重时会危及人身安全。
而目前国内外都缺乏对如何让GIS设备检修作业时停电、验电、接地、悬挂标示牌和装设遮栏等保证作业安全的措施和如何布置才能达到作业安全和停电范围最小的目的的研究，研究成果很少，因此本文就是针对GIS设备检修作业时如何布置安全措施，使停电范围最小、作业最安全进行研究，并将成果应用于换流站或变电站，并在后期推广应用。
1 GIS设备安全措施布置现状
当前换流站GIS设备大体相同，基本上都采用3/2接线方式，其大致接线示意图如下：
图1GIS设备3/2接线图
1.1 停电、验电
据当前状况，换流站对GIS设备的停电操作一般是按照调度下达的指令进行顺序操作，因此一直没有针对GIS设备的特殊性形成一个明确的体系或者技术档案来对GIS设备的停电步骤进行规划，这样对停电步骤是否合理、停电范围是否足够没有依据来衡量[2]。
因此针对GIS设备继续梳理、商讨、论证出一份实用且贴合现场实际的GIS停电设备要求表，要详细列出每一串设备停电时，需要操作那些设备、操作到什么状态，是否需要断开电源空开、挂接地线，这对操作结束后的安措布置具有指导性意义。
鉴于GIS设备为全封闭性设备，不能按常规操作直接使用相应电压等级的验电器进行验电操作，对内部设备的运行状态只能通过一些辅助手段，如带电显示装置、表计、位置指示等，这样就给设备当前真实状态的判断埋下隐患，正是这种隐患的存在，影响到后续检修工作的开展，也给检修人员的人身安全带来威胁。因此，怎样对GIS设备状态的有效判断成为换流站亟需解决的一些问题。
1.2 悬挂标识牌、装设围栏
为最大保障检修人员人身安全，在停电的设备上也要布置安全措施来提醒或警示相关工作人员注意安全，禁止进入带点区域。但是，结合目前大多数换流站对GIS安全措施的布置主要就是悬挂“在此工作”、“禁止合闸，有人工作”等标识牌，装设围栏也仅仅是普通的围杆，很难起到禁止工作人员随意或误入的效果，也存在诸多漏洞与不足。
如：（1）警示牌无特定悬挂地点，值班人员只能悬挂于构架铁件上，常常由于风吹的原因使之翻转或脱落；（2）常规安全围栏无法隔离高处作业区域，停电、带电部分不易区分；（3）停电检修时，同一个设备上有多项工作需要开展，存在交叉作业现象，各项工作要求的安全措施有重叠但不完全相同，恢复先完工的作业所布置的安措时可能会误恢复其它仍在工作中的工作票要求的安措等，以上诸多问题都给检修工作带来了严重的安全隐患。
因此怎样合理、有效布置GIS安全措施，使工作人员在安全区域内工作，最大限度的保障工作人员的人身安全是换流站面临的一大难题。
2 GIS安全措施布置研究成果
从前文GIS设备安全措施布置现状来看，研究并提出一套合理有效符合现场实际的安全措施布置方法对保证换流站设备安全可靠运行具有重大意义。
因此，本文结合牛寨换流站GIS设备安全措施布置经验，总结其中的缺点与不足，经过半年的现场实地勘察研究与召开专题分析讨论会，提出一整套关于GIS设备安全措施布置方案，并经过现场实地应用与改进，得出一套行之有效的安全措施布置方案，下面就一一阐述。
2.1 停电
停电是检修工作开始前最重要的步奏，如何快之有效的做好停电工作是保障检修人员人身安全的重要前提，因此结合GIS设备3/2接线常规的特点，整理出每一串设备停电时应操作的设备和操作到的状态表单，无论操作前或操作过程中都可对照表单进行核实，确保停电操作正确，同时保证同等安全的前提下，使操作的设备达到最小化。
2.2 验电
GIS设备的一次设备元件都在封闭的金属罐内，无裸露验电部位，故无法对设备接地部位进行一次高压验电[5]。但在电力系统“五种类型恶性操作事故”中，带接地刀闸合闸(或带电误合地刀)误操作事故占有相当大的比重。
之所以将其定性为“五种恶性误操作事故”之一，是因为其危害相当大，直接威胁人身和设备安全，易造成大面积停电、电网瓦解、系统稳定破坏事故，所以GIS设备接地之前必须进行有效的验电。根据《安规》第4.3.3条规定：“对无法进行直接验电的设备，可以进行间接验电”[3]。
间接验电是通过电力设备的测量仪器、仪表等所显示的诸多参数变化而综合认定的，由于不如直接接触式验电方法简单，直接，为确保判断的准确性，对间接式验电要求准确把握设备“多元”的变化，从各角度进行综合分析判断。
所谓多元判断，是指对一个事件从多个角度、多项变化的显性参数进行综合判断的过程。如设备停电，有机械指示器变化，电气位置变化，仪表读数变化等。
其中由于机械位置变化最直接、简单，实际操作中应以其分合的判断为主依据，电气位置作为辅助判断依据。结合GIS设备特点，特提出四种方法相结合来判断设备真实状态：
（1）机械指示法：设备操作机构分、合的拐臂动作后方向以及设备本身携带的机械指示来判断设备状态；（2）监控主机上反映的一次设备的电流、电压值及有功功率、无功功率数值；（3）带电显示闭锁装置判断；（4）电压互感器二次验电
根据以上四种间接验电方法相结合，大大提高了间接验电的准确性，也在牛寨换流站得到了实际应用。
2.3 标识牌、装设围栏
为了隔离带电区域，提醒、禁止工作人员误进入带电区域，采取了悬挂标识牌和装设围栏等措施来隔离带点区域。但是传统的标识牌和普通围栏只是根据文字或颜色来提醒现场工作人员，故其所起到的作用在不断降低，特别是外来工作人员对现场不了解，对设备不熟悉，更容易误入带电区域。
综合以上原因，结合现场实际情况，根据已有的标识牌、围栏，加以改造、创新、重新设计，使其发挥更大的作用，具体如下介绍：
（1）工作票信息指示牌
该工作票信息指示牌是结合现场实际需要，创新出的一种指示性标识牌，能直观反映出检修工作地点的工作票编号、工作负责人信息。其可以防止工作班成员误入非本班工作区域。同时还有该检修工作存在的风险及控制措施的提示，便于运行人员和工作负责人安全交底时使用，也可为工作班成员工作前和工作过程中人身风险辨识和控制提供参考。
图2工作票信息指示牌
（2）交叉安措管理装置
该装置主要是针对换流站出现的误恢复工作中安全措施的普遍现象进行设计，其能有效对现场交叉安措进行管理，减小在办理工作票终结时误恢复工作中的检修票的安全措施，导致检修人员现场检修安全不能得到保障。
其主要由主要有两部分组成，第一部分为安措背板，该部分主要采用铁板印刷经整理后的该区域可布置的安全措施，第二部分为亚克力板制作的带方格的固定格，格内采用双色磁铁，一面为红色，另一面为背景颜色，每一块磁铁代表一份工作票中的一个安措项目。
在办理工作票终结时，需要恢复该安措则将对应的磁铁翻转为背景色，直至该安措对应的空格全部翻转为背景色后恢复该安措。
图3交叉安措管理装置
（3）二次设备安全隔离装置
本装置主要有两部分组成，第一部分为透明隔离板，该部分主要采用亚克力板制作，两侧印有“运行设备”字样，提醒检修人员不要误碰运行设备；中间采用透明的亚克力板，可以方便运行人员对运行设备的监视。
第二部分为双向吸盘，一面吸住透明隔板，一面吸住装置，采用双向吸盘可以适应现场各种情况下的固定要求。具体结构如下图：
图4二次设备安全隔离装置
（4）检修通道指示牌
检修工作中，为防止工作人员误入带电间隔，目前大多数换流站都是采用在检修区域入口处设置“从此进入”标识牌来提醒规定检修人员从此进出。显而易见，由于这种标识不明显、不突出，很难起到指引工作人员按照预定的路线进出的作用，特别是外来人员进站工作时，由于对现场不熟悉，误入带电间隔的几率大大增加。
为此，经过对本站检修人员、外来工作人员进行问卷调查、探讨，并结合现场实际设计出的检修通道指示牌，来直观、清晰、准确的指引工作人员按照预定的路线进出工作区域，有效的降低了工作人员误入带电区域的风险，也在牛寨换流站得到切实的推广使用。
该指示牌由箭头、水平旋转和固定装置、垂直旋转和固定装置组成。箭头用于指示通道方向；水平旋转和固定装置可以实现箭头在水平方向上360°旋转和固定功能。具体结构如下图：
图5检修通道指示牌
（5）双色触摸式光控太阳能报警围栏
该装置主要鉴于传统的围栏不能有效的防止工作人员进入带电区域进行创新设计。对擅自越过工作区域或不小心靠近围栏区域的不安全行为起到提醒警示作用。
其由围栏和报警装置组成。首先为了充分利用电力系统“红色表示有电危险，绿色表示无电可通行”的共识，使员工能够通过更直观的颜色辨别是否可以靠近，而不用通过警示带上面的文字辨别报警装置可通过，其采用深红色制作成的警示带来提醒现场工作人员。
而触摸式报警围栏由触发或光触发组成，报警灯采用低功率LED闪光灯，即当有人触碰到围栏时发出声音（有电危险，请勿靠近）和灯光（闪光）报警，或者通过光传感器控制，白天光纤较强时不报警，夜晚光纤较暗时触发灯光（闪光）报警。
这种声光报警围栏采用太阳能充电和220V交流电源充电的方式，在天气较好的时候能自动充电，节省了大量的能源，另一优点就是该装置适用于所有检修工作。
图6双色触摸式光控太阳能报警围栏
3 结论
安全措施的布置是保证现场作业人身安全的重要措施，但由于换流站接线方式和平面布置的不同，以及工作任务的差异，使其在现场应用中还存在诸多问题。
为此，笔者和所在部门人员一起，通过对不同换流站、变电站的深入调查、对比、研究，结合工作实际，研究、创新、设计出了这一系列的安全措施布置装置，并且以牛寨换流站为平台，结合牛寨换流站2014年度停电检修期间为契机，将研究、创新、设计出的一系列安全措施在工作现场实施应用，取得了良好成效。
并根据现场应用情况不断进行改进与完善，最终达到可以初步适用于其它换流站、变电站不同接线方式下设备停电检修。经过应用总结，其主要作用体现在以下三个方面：
3.1提高了运行人员GIS设备安全措施布置效率
通过这些安全措施布置研究成果的应用推广，可以有效缩短运行人员GIS设备安全措施布置的时间，一定程度上缩短了设备停电的时间，为检修人员争取了更多的检修时间。
3.2 提高了GIS设备检修的安全性
通过本研究成果的应用，可以最大限度的确保GIS设备检修作业人员和设备的安全，间接产生了经济效益。
3.3 改善了运行人员GIS设备安全措施布置工作人机功效
通过研究成果的应用，最大限度避免运行人员进行GIS设备安全措施布置过程中的抬举、攀爬、搬运重物等工作，达到改善运行人员GIS设备安全措施布置工作人机功效的目的。
本研究成果虽然经过现场应用取得了一定的成效并在其它换流站得到推广应用，但由于缺乏足够的运行经验，且安全措施制定与实施又是一个非常复杂的过程，只有积累足够的现场运行经验，不断进行改进、完善，才能将新设计的安全措施完美的细化到日常停电检修工作中去，弥补由于人为原因等带来的不安全因素，最大限度保证人身、设备安全。
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