電氣設(shè)備操作拓撲“五防”的實現(xiàn)

王 鳴，顧天雄

（寧波電業(yè)局，浙江 寧波 315000）

為了有效防止電氣設(shè)備5種誤操作的發(fā)生（以下簡稱五防），變電站的防誤已經(jīng)由最初的機械閉鎖、電磁閉鎖發(fā)展到現(xiàn)在的電氣閉鎖、微機五防、測控五防等多種類型，其中以電氣閉鎖和微機五防相結(jié)合的運用最多，即變電站內(nèi)單一間隔實現(xiàn)電氣閉鎖，間隔與間隔之間則采取微機五防的方式。但隨著變電站數(shù)量的不斷增加，現(xiàn)有的五防系統(tǒng)的弊端也逐漸顯露出來，主要表現(xiàn)在以下方面：

（1）變電站微機五防是通過維護人員直接定義設(shè)備間的操作閉鎖關(guān)系來實現(xiàn)，變電站的主接線的變化、閉鎖邏輯的調(diào)整都需要運行人員進行人工干預，維護工作量大，而且核對困難。

（2）無論現(xiàn)有哪種防誤裝置，均不能判斷斷路器拉、合對變電站乃至系統(tǒng)帶來的影響，所以也就無法實現(xiàn)防止誤拉、合斷路器的功能。

（3）變電站微機五防只能實現(xiàn)本站設(shè)備之間的操作閉鎖，無法實現(xiàn)和對端站設(shè)備間的操作閉鎖。

（4）變電站微機五防一般只配置1套系統(tǒng)，在微機系統(tǒng)故障而解除閉鎖時，五防功能完全失去。

（5）微機五防系統(tǒng)還存在“走空程”（操作過程中漏項）導致誤操作的問題。

隨著電網(wǎng)的發(fā)展，“集中監(jiān)控，分散操作”運行模式的確立和調(diào)控一體化系統(tǒng)的推廣，運行體制也隨之改變，在監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)（SCADA）中不僅設(shè)備數(shù)量龐大，而且設(shè)備變動也相對頻繁，如果仍采用常規(guī)人工定義操作邏輯的防誤方式，系統(tǒng)維護工作量將更加巨大，為此需要在監(jiān)控SCADA系統(tǒng)上采取新的五防判斷方式。

1 拓撲五防的設(shè)計思想和實現(xiàn)的功能

為了解決常規(guī)變電站五防系統(tǒng)存在的弊端，結(jié)合監(jiān)控SCADA的應(yīng)用，逐步提出了拓撲五防的理念。所謂拓撲五防，主要是根據(jù)電網(wǎng)內(nèi)電氣設(shè)備間的拓撲關(guān)系來自動實現(xiàn)設(shè)備操作的五防閉鎖。即根據(jù)設(shè)備之間五防操作閉鎖基本規(guī)則的要求，通過拓撲搜索，自動找出相互操作閉鎖的設(shè)備狀態(tài)，進行自動比較、判別，它不依賴于人工定義，自動適應(yīng)電氣設(shè)備和電網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)的變化。

電網(wǎng)拓撲分析中經(jīng)常用到的基本概念有：

電氣島：電網(wǎng)中連通的電氣設(shè)備所組成的集合。

接地島：電氣島中如果有接地隔離開關(guān)處于合位或者電氣島中的某些設(shè)備設(shè)置了接地標示牌，則該電氣島定義為接地島。

電氣活島：如果電氣島中有發(fā)電機或等值電源等設(shè)備，則稱為電氣活島。

電氣死島：如果電氣島中沒有發(fā)電機或等值電源等設(shè)備，則稱為電氣死島。

邏輯母線：是指通過1個或多個閉合開關(guān)和隔離開關(guān)相連的若干節(jié)點，最終表示了非開斷設(shè)備之間的連接關(guān)系。

連通支路：電氣設(shè)備的一端節(jié)點和另一端節(jié)點有路徑連通，這條路徑稱為連通支路。

2 系統(tǒng)拓撲五防的功能及其實現(xiàn)方式

監(jiān)控SCADA能實現(xiàn)遙控操作的設(shè)備主要有開關(guān)、閘刀和部分接地閘刀，以圖1為例，歸納幾種常規(guī)的典型拓撲五防實現(xiàn)方式。

圖1中，電氣活島甲和電氣活島乙通過開關(guān)501形成1個電氣活島，電氣活島甲和電氣活島乙可以是變電站內(nèi)的不同母線，也可以是兩個不同的變電站。

2.1 開關(guān)的拓撲五防實現(xiàn)方式

圖1 開關(guān)、刀閘的連接

開關(guān)的五防原則主要是防止走錯間隔誤分、誤合開關(guān)，其拓撲五防規(guī)則有：

（1）開關(guān)斷開操作：如果開關(guān)斷開后，開關(guān)任一端節(jié)點的電氣島由活島變?yōu)樗缻u，則提示用戶斷開開關(guān)可能導致設(shè)備失電。如果開關(guān)斷開后，導致電氣島解列，則提示用戶斷開開關(guān)可能導致系統(tǒng)解列。

如圖1所示，假定開關(guān)501是電氣活島乙的唯一進線開關(guān)，開關(guān)501正常運行時，活島甲通過501開關(guān)使電氣島乙成為活島。如果執(zhí)行開關(guān)501斷開操作，電氣活島乙因失去電源而將變成死島時，則提示用戶斷開501開關(guān)將造成電氣活島乙（所接母線或者變電站）失電，從而實現(xiàn)防止誤分501開關(guān)。

（2）開關(guān)合閘操作：開關(guān)合閘操作有3個獨立判斷條件：開關(guān)任一側(cè)閘刀合上，且兩側(cè)連線均無接地時方可合閘；開關(guān)一側(cè)有電壓，另一側(cè)有接地時禁止合閘；開關(guān)兩側(cè)刀閘均在分位，不論是否有接地，均可合閘。

如圖1所示，假定閘刀甲已合閘，閘刀乙斷開，501開關(guān)乙側(cè)接地閘刀合閘位置，此時，不管閘刀乙是否帶電，開關(guān)501將不能合閘操作。

2.2 閘刀的拓撲五防實現(xiàn)方式

閘刀的五防原則主要有防止帶接地合閘刀和防止帶負荷拉合閘刀，其拓撲五防規(guī)則有：

（1）如果閘刀任一端節(jié)點屬于接地島，則不允許合閘操作，以免帶接地合隔離開關(guān)。

（2）如果閘刀一端連母線、線路、變壓器、負荷，另一端連開關(guān)且開關(guān)在合位，或者兩端都連開關(guān)或其他閘刀且它們都在合位，則禁止該閘刀分合閘操作。

（3）如果是等電位操作，必須母線處于同一個電氣島才可以進行隔離開關(guān)的分合操作。

如圖1所示，正常情況下開關(guān)501間隔沒有運行，處分閘位置，此時閘刀丙由于兩側(cè)接點的電氣島號不相同，將不能合閘操作；如果501開關(guān)投入運行，閘刀丙兩側(cè)接點的電氣島號被判斷一致，閘刀丙就可以合閘操作。

接地閘刀的五防原則是防止帶電合接地閘刀，其拓撲五防規(guī)則有：通過系統(tǒng)拓撲分析，將電網(wǎng)分解為活島和接地島。如果接地刀閘的一端節(jié)點為活島則禁止接地刀閘的合操作，以免帶電合接地刀閘。

2.3 拓撲五防系統(tǒng)人工置牌和人工置位

有些變電站由于遙信接點不足，其接地閘刀的信號并不能實時上傳，而部分設(shè)備檢修安全是掛接地線的形式，此時就可以通過人工置位或者人工掛牌的方式來實現(xiàn)拓撲網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場實際狀態(tài)的一致，無論是接地閘刀人工置合還是接地線人工掛牌，該點所連接的電氣設(shè)備均被判斷為接地島，從而實現(xiàn)防止帶接地線合閘的功能。

在拓撲網(wǎng)絡(luò)的邊界點，如某跨省線路的另一側(cè)并不在本網(wǎng)絡(luò)拓撲圖中，此時可以設(shè)置為活島標志或根據(jù)線路的電壓測量值大于一定的定值則自動判為活島,不允許合接地閘刀。

2.4 拓撲五防在實際中的應(yīng)用

以某典型事故案例說明拓撲五防在工作中的應(yīng)用。在圖2中，系統(tǒng)甲和系統(tǒng)乙分別屬于2個獨立的220 kV變電站，線路2PXX處于線路檢修狀態(tài)。線路工作結(jié)束后，進行送電操作，調(diào)度下令系統(tǒng)甲側(cè)2PXX線由線路檢修改為冷備用，接著下令系統(tǒng)乙側(cè)2PXX線由線路檢修改為冷備用。當系統(tǒng)甲側(cè)2PXX線由線路檢修改為冷備用操作完畢后，由于調(diào)度疏忽，在沒有再次核對系統(tǒng)乙側(cè)操作是否已經(jīng)完成的情況下，調(diào)度即令系統(tǒng)甲側(cè)2PXX線由冷備用改為運行，在系統(tǒng)甲側(cè)進行2PXX線空充線路操作時，造成了系統(tǒng)甲側(cè)2PXX開關(guān)帶接地合閘的誤操作事故。如果采用拓撲五防進行校驗，就可以避免此事故?，F(xiàn)以拓撲五防校驗來分析說明：

（1）線路2PXX工作結(jié)束，系統(tǒng)甲側(cè)2PXX線改為冷備用后，由于系統(tǒng)乙側(cè)2PXX線路接地閘刀尚處合閘位置，2PXX線路還是屬于接地島。

圖2 系統(tǒng)操作示意圖

（2）調(diào)度下令系統(tǒng)甲側(cè)2PXX線由冷備用改為運行，由于2PXX線路尚處于接地島，系統(tǒng)甲側(cè)2PXX線路閘刀因合于接地島而不能通過防誤校驗。

上述情況，尤其是送電線路對側(cè)處在接地島上而本側(cè)進行送電操作，現(xiàn)有防誤裝置均無法實現(xiàn)防誤功能，通過拓撲五防的校驗，可以有效防止同類事故的發(fā)生。

3 拓撲五防的應(yīng)用及其前景

綜上分析，拓撲五防具備開關(guān)、閘刀和接地閘刀操作的基本五防功能，它的核心理念是在監(jiān)控SCADA系統(tǒng)中的所有設(shè)備均可以通過節(jié)點實現(xiàn)相互關(guān)聯(lián)，并自行通過拓撲進行分析判斷實現(xiàn)開關(guān)、閘刀和地刀的防誤操作，無須單獨進行邏輯設(shè)置和人工維護，相對其他五防系統(tǒng)，拓撲五防有著常規(guī)五防系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)勢，特別是在非常規(guī)接線的送電操作和防止對側(cè)來電功能上，甚至還可以在整個監(jiān)控中心所轄的設(shè)備上輕松實現(xiàn)電網(wǎng)的防誤校驗。

但對單一變電站由于狀態(tài)有較多的未知量，在現(xiàn)場檢修人員和運行人員就地操作中并不能很好地實現(xiàn)其防誤功能。基于現(xiàn)有變電站五防系統(tǒng)和拓撲五防各有其優(yōu)缺點，現(xiàn)階段可以在倒閘操作中將拓撲五防和現(xiàn)場變電站防誤系統(tǒng)相結(jié)合，形成1套具備電網(wǎng)五防校驗功能的組合系統(tǒng)。操作前，首先在監(jiān)控中心終端對需要操作的設(shè)備實施拓撲五防校驗，校驗通過后再實施倒閘操作；監(jiān)控中心也可以根據(jù)各級調(diào)度的操作任務(wù)，在監(jiān)控系統(tǒng)中開展模擬操作和系統(tǒng)的防誤校驗，以此驗證調(diào)度操作任務(wù)的正確性；應(yīng)用成熟后，可以逐步在監(jiān)控SCADA實施遙控操作，為全面推行程序化操作奠定基礎(chǔ)。

目前無人值班變電所實行 “集中監(jiān)控，分散操作”的方式已經(jīng)確立，隨著變電設(shè)備的自動化程度不斷提高，監(jiān)控中心將實現(xiàn)開關(guān)、閘刀、接地閘刀甚至二次系統(tǒng)的遙控操作。因此，要實現(xiàn)電網(wǎng)區(qū)域防誤，采用拓撲五防是必然的趨勢。在今后的工作中，結(jié)合現(xiàn)場五防裝置，完善管理機制，拓撲五防在電網(wǎng)的防誤應(yīng)用方面能夠發(fā)揮更大的作用。

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