智能變電站防誤操作系統(tǒng)研究①

周嵐++楊凌曦

摘 要：防誤操作系統(tǒng)是防止電氣誤操作的必備技術(shù)手段，是變電站自動化系統(tǒng)的重要組成部分，隨著傳感和通信技術(shù)的發(fā)展，防誤操作系統(tǒng)隨之產(chǎn)生了新的變化。該文主要探討了基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的智能變電站的技術(shù)現(xiàn)狀，結(jié)合新建變電工程實際情況，分析智能變電站防誤操作系統(tǒng)的現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢以及不足之處。提出智能變電站防誤操作系統(tǒng)必須解決的問題及具體方案。

關(guān)鍵詞：智能變電站 防誤 邏輯閉鎖 GOOSE 智能終端

中圖分類號：TM911 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）06（b）-0068-02

防止電氣誤操作是保證電網(wǎng)安全運行的重要內(nèi)容，變電站采取的各種防止電氣誤操作的技術(shù)措施對于減少誤操作及惡性事故的發(fā)生，保證人身、電網(wǎng)、設(shè)備的安全起到了重要作用。防誤操作系統(tǒng)是防止電氣誤操作的必備技術(shù)手段，是變電站自動化系統(tǒng)的重要組成部分。

近年來，隨著傳感和通信技術(shù)的發(fā)展，基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的智能變電站建設(shè)全面展開，防誤操作系統(tǒng)隨之產(chǎn)生了新的變化[1]。

1 常規(guī)變電站防誤系統(tǒng)簡介

目前，國內(nèi)外主要使用的防誤閉鎖裝置主要分為機械，電氣及微機五防三類[2]

1.1 機械類

（1）機械聯(lián)鎖：機械聯(lián)鎖裝置與高壓開關(guān)設(shè)備一體化，且不增加額外的操作，用相互制約和聯(lián)動的機械機構(gòu)達(dá)到先后動作的閉鎖要求，機械連鎖動作可靠但不易實現(xiàn)遠(yuǎn)距離和設(shè)備橫向間的聯(lián)鎖。

（2）程序鎖：程序鎖能滿足設(shè)備縱向，橫向間和較遠(yuǎn)距離等不同操作要求，但除設(shè)備的正常操作外，需要增加開、閉鎖操作動作。

1.2 電氣類

（1）電氣聯(lián)鎖：在電動操作設(shè)備的操作回路上串接反映其他設(shè)備狀態(tài)的輔助觸點，從而實現(xiàn)閉鎖功能。電氣聯(lián)鎖原則是可實現(xiàn)任何電氣主接線方案的聯(lián)鎖，且不增加額外的操作，但不適用于手動操動機構(gòu)。

（2）電磁鎖：電磁鎖可靈活適應(yīng)各種操作要求，操作比較簡單，但需要增加操作電源和提供輔助接點，一般用于戶內(nèi)開關(guān)柜柜門。

1.3 微機五防類

微機防誤裝置通常由微機，模擬屏，電腦鑰匙和各類編碼鎖組成：微機可預(yù)先編入正確操作程序，接收模擬屏模擬實際操作的程序后，經(jīng)邏輯判斷，將符合規(guī)定的程序向電腦鑰匙傳輸。接收完畢，操作人員按電腦鑰匙顯示的當(dāng)前操作項和鎖號，用電腦鑰匙逐一打開鎖號正確的編碼鎖，依次操作高壓開關(guān)設(shè)備，直至完成操作票規(guī)定的全部操作內(nèi)容。鎖號錯誤，不能被電腦鑰匙開啟，防止了誤操作的發(fā)生。電腦鑰匙對鎖具的識別是通過數(shù)字編碼實現(xiàn)的，編碼方式有觸點、光電和磁電三種[3]。

2 智能變電站中防誤系統(tǒng)的特點分析

在智能變電站中，常規(guī)站的大部分防誤閉鎖裝置仍然存在，但各自又有新的變化和發(fā)展，大致可以分為三個類別：設(shè)備自帶、邏輯閉鎖和后臺五防。

2.1 設(shè)備自帶防誤裝置

各類設(shè)備自帶的機械類和電氣類防誤裝置。主要包括一次設(shè)備本身在出廠和現(xiàn)場安裝時由本廠家人員負(fù)責(zé)防誤正確性和可用性的一類防誤裝置。常用的主要有以下幾種。

（1）室外高壓隔離刀閘與本身接地刀閘之間的機械閉鎖，高壓開關(guān)柜內(nèi)開關(guān)、手車和地刀之間的機械閉鎖裝置。

（2）電動GIS設(shè)備中，串入各刀閘和地刀控制回路的反映間隔內(nèi)其他地刀和刀閘位置的輔助接點，使得間隔內(nèi)刀閘，地刀，開關(guān)之間相互閉鎖的電氣閉鎖裝置。

（3）在高壓開關(guān)柜內(nèi)，用來閉鎖柜門，防止不符合安全條件下開關(guān)柜門的電磁閉鎖裝置。

智能變電站中的這類防誤裝置與常規(guī)站中的區(qū)別不大。且不依賴于站內(nèi)其它設(shè)備，只要本設(shè)備的機械和二次部分完好，就可以實現(xiàn)可靠閉鎖。

2.2 邏輯閉鎖系統(tǒng)

圖1是一個邏輯閉鎖系統(tǒng)示意圖。智能變電站邏輯閉鎖系統(tǒng)主要涵蓋IEC61850三層兩網(wǎng)結(jié)構(gòu)中的過程層和間隔層設(shè)備。作為過程層設(shè)備的智能終端，在防誤系統(tǒng)中主要負(fù)責(zé)信號采集和閉鎖執(zhí)行：把通過二次開入接點采集的開關(guān)刀閘位置信息打包成GOOSE報文，通過GOOSE網(wǎng)絡(luò)接口發(fā)布到過程層網(wǎng)絡(luò)。作為間隔層設(shè)備的測控裝置主要負(fù)責(zé)邏輯判斷：訂閱智能終端發(fā)布的GOOSE報文，接收開關(guān)刀閘位置信息，通過特定的閉鎖邏輯運算后得出閉鎖結(jié)果，然后再通過GOOSE報文把結(jié)果返回給智能終端。智能終端訂閱含有閉鎖結(jié)果的GOOSE報文后，把結(jié)果翻譯成開出接點輸出。開出接點串接在隔離開關(guān)的操作回路上，通過接通和斷開操作回路現(xiàn)實刀閘的解鎖和閉鎖。

可見，邏輯閉鎖依賴于設(shè)備過程層和間隔層設(shè)備以及GOOSE網(wǎng)絡(luò)，間隔層及以下設(shè)備網(wǎng)絡(luò)完好才能實現(xiàn)正確可靠閉鎖，但其閉鎖過程應(yīng)與站控層設(shè)備無關(guān)。

2.3 后臺五防

智能變電站的后臺五防與常規(guī)站的微機五防沒有本質(zhì)區(qū)別，都是由五防電腦鑰匙和編碼鎖組成。不同點在于，常規(guī)站中有專用的五防電腦，五防電腦通過網(wǎng)絡(luò)傳輸取得監(jiān)控后臺的開關(guān)刀閘位置信息，并通過本身的I/O接口操作電腦鑰匙。而在智能變監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計規(guī)范中[4]，五防軟件集成在監(jiān)控后臺機上，通過進(jìn)程間通信取得開關(guān)刀閘及各種設(shè)備狀態(tài)信號。并通過監(jiān)控后臺的I/O接口操作電腦鑰匙。

后臺五防不但依賴于設(shè)備本身、過程層和間隔層設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)完好，還依賴于站控層的監(jiān)控后臺。

3 智能變電站中防誤系統(tǒng)工程實現(xiàn)中所產(chǎn)生的問題

3.1 實現(xiàn)間隔間邏輯閉鎖所產(chǎn)生的相關(guān)問題

在智能變電站中，如果邏輯閉鎖系統(tǒng)涉及多個間隔間的閉鎖，如母線地刀與線路間隔靠母線側(cè)刀閘之間的閉鎖等。如圖2中，刀閘1的閉鎖邏輯需要采集刀閘2的位置，那么測控裝置1就需要采集刀閘2的設(shè)備位置，也就是說，測控裝置1需要和刀閘2所在間隔的裝置進(jìn)行通信。實際工程中，通常有兩個選擇，可以采用I方式，即測控裝置1可以通過站控層的GOOSE網(wǎng)絡(luò)與測控裝置2通信，從而取得刀閘2的位置信息；也可以采用II方式，即直接通過過程層的GOOSE網(wǎng)絡(luò)與智能終端2通信，取得刀閘2的位置信息。而這兩種方式在IEC61850規(guī)范中，都可找到相應(yīng)依據(jù)[5]。

在工程實際中，發(fā)現(xiàn)兩種方式各有其優(yōu)缺點。

采用I方式時，虛端子連線清晰，本間隔智能終端只需與本間隔測控聯(lián)系。但這種方式降低了防誤系統(tǒng)的可靠性，閉鎖依賴于站控層網(wǎng)絡(luò)，而站控層網(wǎng)絡(luò)可靠性低于過程層網(wǎng)絡(luò)，在實際運行中出現(xiàn)過因母線測控站控層以太網(wǎng)絡(luò)接口松動，使得全站母線側(cè)刀閘不能操作的故障。

采用II方式時，測控裝置1直接通過過程層網(wǎng)絡(luò)接收智能終端2的GOOSE報文。這種方式提高了防誤系統(tǒng)的可靠性，但同時也產(chǎn)生了新的問題：即當(dāng)智能終端2故障或置檢修時，測控裝置1會報GOOSE斷鏈或GOOSE檢修不一致，嚴(yán)重干擾運行人員對故障點的判斷。

3.2 實現(xiàn)五防一體化所產(chǎn)生的問題

由于常規(guī)站時期系統(tǒng)集成廠家一般不做五防設(shè)備，國內(nèi)五防廠家所采用的獨立五防機通常采用WINDOWS操作系統(tǒng)。智能站推廣以來，監(jiān)控系統(tǒng)后臺都采用的UNIX/LINUX操作系統(tǒng)，五防廠家在這個平臺上的軟件不夠成熟，各集成廠家監(jiān)控后軟件的通訊接口也不是很穩(wěn)定，常造成五防進(jìn)程通訊中斷。并且一旦發(fā)生故障，往往不容易區(qū)分責(zé)任，造成管理難題。

4 對智能變電站防誤系統(tǒng)的進(jìn)一步思考

4.1 新的間隔間邏輯閉鎖實施方法

為了避免圖2中方案I與方案II的缺點，可以設(shè)計圖3所示的方案III，兩個間隔的測控裝置通過過程層GOOSE網(wǎng)絡(luò)相互傳遞刀閘位置信號，從而提高了可靠性，又不會因其他間隔智能終端的故障和檢修產(chǎn)生本間隔GOOSE報警。

4.2 五防一體化問題的新思路

圖4中a方案產(chǎn)生問題的根源在于，在監(jiān)控主機上需安裝兩個廠家的軟件，通過進(jìn)程間通信傳遞設(shè)備位置信息。五防進(jìn)程收到位置信息后需按配置的五防邏輯判斷，判斷后還需把結(jié)果通過串口發(fā)送給電腦鑰匙。這種復(fù)雜的通訊機制造成了防誤系統(tǒng)可靠性的降低。而且一旦安裝五防軟件的監(jiān)控主機故障，整個五防閉鎖系統(tǒng)就失去作用。

如果采用方案b，問題可以得到根本解決。集成商在監(jiān)控后臺軟件中集成五防邏輯判斷功能（已存在），可通過多方認(rèn)可的通訊協(xié)議把操作票發(fā)給由五防廠家提供的電腦鑰匙，電腦鑰匙操作過程中監(jiān)控后臺可實時對位，免去回傳對位步驟。并且在一臺監(jiān)控主機故障后不影響其他監(jiān)控主機通過電腦鑰匙操作。同時也理清了各廠家的責(zé)任界限，便于管理。

5 結(jié)語

智能變電站防誤系統(tǒng)需要從多方面考慮，確保系統(tǒng)的正常運行，上述方案我們應(yīng)用在一些變電站中，效果較好，但也還存在一些問題，如監(jiān)控集成五防與其它五防廠家電腦鑰匙配合易出現(xiàn)死機等現(xiàn)象，有待我們做進(jìn)一步研究。

參考文獻(xiàn)

[1] 唐成虹，宋斌，胡國，等.基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的新型變電站防誤系統(tǒng)[J].電力系統(tǒng)自動化，2009，33（5）：96-99.

[2] 袁大陸，杜彥明，等.電力系統(tǒng)的防誤操作情況及防誤操作裝置的應(yīng)用[J].高壓電器，2002（5）：8-11.

[3] 黃金生.綜合自動化變電所防誤閉鎖裝置淺析[J].浙江電力，2002（3）：62-64.

[4] 國家電網(wǎng)公司.智能變電站一體化監(jiān)控系統(tǒng)功能規(guī)范[S].2011.

[5] IEC61850-7-1.Communication networks and system in substation-Part7：Basic communication structure for substation and feeder equipment-Principles and models[S].GENEVA，SWITZERLAND：IEC Central office.2003.