基于綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的斷路器遙控操作分析

李 曄，朱 江，吳 玲

(徐州供電公司，江蘇徐州221003)

綜合自動(dòng)化技術(shù)在變電站現(xiàn)場(chǎng)已得到廣泛應(yīng)用，形成了由遠(yuǎn)方控制中心（監(jiān)控中心）對(duì)無人值班的變電站設(shè)備不間斷監(jiān)控，運(yùn)行維護(hù)人員對(duì)變電站設(shè)備進(jìn)行操作維護(hù)的一種工作方式?；谧冸娬揪C合自動(dòng)化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)斷路器快速有效遙控操作，保證了電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。因此，工作人員必須對(duì)基于綜合自動(dòng)化的斷路器遙控原理要有清楚的認(rèn)識(shí)，特別是在遙控過程中出現(xiàn)的異?；蜻b控失靈情況下，準(zhǔn)確分析判斷，消除隱患，找到正確的操作和控制方法，提高安全管理的水平。

1綜合自動(dòng)化系統(tǒng)

1.1綜合自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)概述

綜合自動(dòng)化系統(tǒng)是指利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和數(shù)字信號(hào)處理等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站主要設(shè)備的自動(dòng)監(jiān)視、測(cè)量、控制、保護(hù)以及實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站進(jìn)行運(yùn)行操作、信息遠(yuǎn)傳與調(diào)度通信等綜合協(xié)調(diào)的自動(dòng)化功能。

變電站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞慕Y(jié)構(gòu)形式，向上作為遠(yuǎn)方控制中心的網(wǎng)絡(luò)終端，同時(shí)又相對(duì)獨(dú)立，站內(nèi)自成系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)分為兩部分：站控層和間隔層，層與層之間應(yīng)相對(duì)獨(dú)立。采用分層、分布、開放式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)各設(shè)備間連接。分層分布式結(jié)構(gòu)系統(tǒng)具有以下明顯的優(yōu)點(diǎn)：（1）可靠性提高，任一設(shè)備故障只影響局部，而不影響其他設(shè)備，當(dāng)站級(jí)系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)故障，僅僅影響到監(jiān)控部分，而繼電保護(hù)、控制功能仍可繼續(xù)運(yùn)行；（2）可擴(kuò)展性和開放性較高，有利于工程的設(shè)計(jì)及應(yīng)用。采用分層、分布、開放式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)各設(shè)備間連接，如圖1所示。站控層網(wǎng)絡(luò)均采用雙以太網(wǎng)，主網(wǎng)與備用網(wǎng)同時(shí)運(yùn)行，主網(wǎng)故障退出，備網(wǎng)自動(dòng)切換成主網(wǎng)運(yùn)行，并能夠滿足與電力系統(tǒng)其他專用網(wǎng)絡(luò)連接及容量擴(kuò)充等需要的要求。

站控層網(wǎng)絡(luò)與間隔層網(wǎng)絡(luò)采用直接連接方式，站控層、間隔層設(shè)備一般采用集中布置，即220 kV和110 kV及主變的測(cè)控設(shè)備集中布置在繼電器室內(nèi)，35 kV及以下的測(cè)控設(shè)備按分散方式布置在配電裝置室內(nèi)，其35 kV或10 kV保護(hù)及測(cè)控采用了在開關(guān)室就地分散布置，且采用保護(hù)與測(cè)控一體的裝置。

1.2綜合自動(dòng)化斷路器控制方式

斷路器操作控制方式，可按遠(yuǎn)方控制中心或者操作隊(duì)、站控層、間隔層、設(shè)備級(jí)的分層操作原則來考慮。通過斷路器“選擇切換開關(guān)”的切換，操作的權(quán)限也由遠(yuǎn)方控制中心-站控層-間隔層-設(shè)備級(jí)的順序?qū)訉酉路?，原則上站控層、間隔層和設(shè)備層只作為后備操作或檢修操作手段。

依據(jù)IEC 870-5-103《繼電保護(hù)設(shè)備信息接口配套標(biāo)準(zhǔn)》及IEC 870-5-104《遠(yuǎn)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)傳輸規(guī)約》和IEC 870-5-101《基本遠(yuǎn)動(dòng)任務(wù)配套標(biāo)準(zhǔn)》，遠(yuǎn)方控制中心的控制命令從選定的通道向選定的一臺(tái)數(shù)據(jù)處理及通信裝置發(fā)出，收到命令的數(shù)據(jù)處理及通信裝置向站內(nèi)測(cè)控裝置發(fā)令，執(zhí)行后仍由該臺(tái)數(shù)據(jù)處理及通信裝置原路返送信息。工作人員下達(dá)遙控操作預(yù)置命令，由綜合自動(dòng)化系統(tǒng)完成斷路器的遙控操作，并將操作有關(guān)控制狀態(tài)信息發(fā)出相關(guān)報(bào)文，如圖2所示。在控制中心監(jiān)控機(jī)上，通過人工控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)方變電站間隔層設(shè)備進(jìn)行控制。上述三層的操作控制方式從圖1可以看出，間隔層設(shè)備操作在220 kV測(cè)控裝置上完成，利用操作員工作站完成站控層操作.而由遠(yuǎn)方控制中心完成對(duì)監(jiān)控區(qū)域設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)方操作與控制，或由操作隊(duì)利用綜合自動(dòng)化系統(tǒng)在操作隊(duì)完成操作，無論斷路器處在哪一層操作，開關(guān)運(yùn)行狀態(tài)和操作選擇切換開關(guān)的狀態(tài)都應(yīng)處于綜合自動(dòng)化計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)視中。當(dāng)任何一級(jí)在操作時(shí)，其他級(jí)操作均應(yīng)處于閉鎖狀態(tài)[1]。

圖2 IEC 60870-5-104規(guī)約遙控流程圖

2斷路器遙控基本原理

2.1直流電源輸入

220 kV變電站繼電保護(hù)及斷路器操作電源由直流電源系統(tǒng)提供，分別由1號(hào)充電機(jī)、蓄電池、控母與合母直流母線等設(shè)備組成并提供第一組直流電源系統(tǒng)，第二組直流電源系統(tǒng)組成同前。目前變電站廣泛采用DC 220 V作為保護(hù)及斷路器操作控制電源，為滿足220 kV保護(hù)雙重化要求，要求直流小母線分列運(yùn)行，每組小母線分別提供各自獨(dú)立的保護(hù)電源和斷路器操作控制電源，如圖3所示。即1L+，1L-為第一組直流電源輸入回路，2L+，2L-為第二組直流電源輸入回路。第一組直流電源經(jīng)1K空氣小開關(guān)，送至斷路器操作機(jī)構(gòu)，另一路送至CZX-12R操作箱。第二組直流電源經(jīng)2K空氣小開關(guān)，也分別送至斷路器機(jī)構(gòu)及操作箱。12JJ，2JJ電壓繼電器用于監(jiān)視直流電源回路，當(dāng)直流電源出現(xiàn)故障時(shí)，綜合自動(dòng)化發(fā)出“直流電源消失”信號(hào)。

圖3 CZX-12R操作箱直流電源輸入與監(jiān)視回路

2.2斷路器遙控開出

2.3斷路器三相合閘

變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)具有手動(dòng)控制和自動(dòng)控制2種控制方式。手動(dòng)控制包括遠(yuǎn)方控制中心控制、站內(nèi)主控室控制、就地手動(dòng)控制（含間隔層和設(shè)備層操作），并具備遠(yuǎn)方控制中心/站內(nèi)主控室、站內(nèi)主控室/就地手動(dòng)的控制切換功能?？刂萍?jí)別由高到低順序?yàn)椋壕偷?、站?nèi)主控、遠(yuǎn)方控制中心，3種控制級(jí)別間相互閉鎖，同一時(shí)刻只允許一級(jí)控制。在實(shí)際工程應(yīng)用中，220 kV測(cè)控裝置與保護(hù)裝置是分別各自獨(dú)立組屏的。以變電站某間隔層設(shè)備測(cè)控裝置來分析斷路器的遙控操作過程如圖4所示。

由站控層工作站或遠(yuǎn)方控制中心工作人員下達(dá)遙控操作指令后，綜合自動(dòng)化系統(tǒng)會(huì)將操作的設(shè)備名稱、編號(hào)和設(shè)備惟一的節(jié)點(diǎn)號(hào)與數(shù)據(jù)處理裝置進(jìn)行比對(duì)后，再將滿足條件的返校結(jié)果顯示在控制中心的監(jiān)控機(jī)上，工作人員可繼續(xù)執(zhí)行操作，同時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)具有操作監(jiān)護(hù)功能，允許監(jiān)護(hù)人員在操作員工作站上實(shí)施監(jiān)護(hù)，防止誤操作。即工作人員在監(jiān)控機(jī)桌面上依次做選擇、返校、執(zhí)行、撤銷、超時(shí)、告警、遙控執(zhí)行時(shí)間等記錄或操作，才能完成對(duì)斷路器的遙控操作控制（見圖2）。正常情況下220 kV無人值班變電站中測(cè)控裝置面板上，斷路?

器的“就地/遠(yuǎn)方”切換開關(guān)1QK均切至“遠(yuǎn)方”位置，此時(shí)其輔助接點(diǎn)“⑦⑧”接通，直流操作電源1L+經(jīng) 1YK1～1YK5 開入到測(cè)控裝置“701，703”端子，當(dāng)滿足遙控合閘條件時(shí)，測(cè)控裝置接點(diǎn)HJ閉合，溝通“703，704”端子，操作電源經(jīng) 1LP5壓板開入 1YK9去執(zhí)行斷路器合閘；當(dāng)滿足遙控分閘條件時(shí)，測(cè)控裝置接點(diǎn) TJ閉合，溝通“701，702”端子，操作電源經(jīng) 1LP4壓板開入到1YK7去執(zhí)行斷路器分閘。

經(jīng)分析看出，站控層工作站或遠(yuǎn)方控制中心對(duì)斷路器遙控操作時(shí)，測(cè)控屏上的遙控合閘1LP5壓板及遙控分閘1LP4壓板應(yīng)投入，同時(shí)1QK“就地/遠(yuǎn)方”切換小開關(guān)切至“遠(yuǎn)方”位置；而測(cè)控屏上的手合、手分?jǐn)嗦菲?，只需?QK“就地/遠(yuǎn)方”切換小開關(guān)切至“就地”位置，而不經(jīng)遙控壓板控制，此時(shí)閉鎖上層“站控層工作站”或“遠(yuǎn)方控制中心”對(duì)斷路器遙控操作。

站控層工作站或遠(yuǎn)方控制中心工作人員下達(dá)遙控操作指令后，直流操作電源（1L+）1YK1經(jīng)測(cè)控裝置開入到1YK9，測(cè)控屏1YK1與1YK9之間的回路接通，啟動(dòng)斷路器三相合閘，如圖5所示。手合1SHJ繼電器勵(lì)磁， 同時(shí) 21SHJ，22SHJ，23SHJ繼電器勵(lì)磁，SHJ繼電器組或ZHJ自動(dòng)合閘繼電器動(dòng)作后各有3對(duì)動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，并分別送到U，V，W 3個(gè)分相合閘回路中，分別啟動(dòng)斷路器的分相合閘線圈。其中21SHJ～23SHJ繼電器動(dòng)作后，其接點(diǎn)分別送給保護(hù)和重合閘，作為“手合加速”、“手合放電”等。電阻與電容構(gòu)成的手動(dòng)合閘脈沖展寬回路，用于保證就地操作或遠(yuǎn)方手合到故障線路時(shí)，使保護(hù)加速跳閘[2]。1YK1與1YK9之間回路接通后，勵(lì)磁1SHJ手合繼電器的同時(shí)，勵(lì)磁雙位置繼電器KKJ的動(dòng)作線圈，并保持?jǐn)嗦菲髟诤虾笪恢?，與斷路器位置接點(diǎn)構(gòu)成“不對(duì)應(yīng)”啟動(dòng)重合閘，與斷路器常閉接點(diǎn)一起啟動(dòng)“事故總”信號(hào)等。斷路器遙控分閘后，KKJ返回線圈勵(lì)磁后動(dòng)作，保持返回狀態(tài)，返回后的KKJ接點(diǎn)去閉鎖重合閘。

圖5斷路器三相合閘啟動(dòng)回路

2.4斷路器遙控執(zhí)行分析

斷路器合閘命令通過分相合閘回路發(fā)至斷路器合閘機(jī)構(gòu)，斷路器外圍執(zhí)行及機(jī)構(gòu)控制原理如圖6所示。

（1）遙控合閘。無人值班變電站的斷路器機(jī)構(gòu)箱中的“就地/遠(yuǎn)方”切換開關(guān)切至“遠(yuǎn)方“位置（見圖6），其“遠(yuǎn)方”接點(diǎn)接通，“就地”接點(diǎn)斷開，此時(shí)ZJ失磁，合閘回路中的ZJ2常閉接點(diǎn)閉合。斷路器合閘前，斷路器處于分閘狀態(tài)，其斷路器常閉輔助觸點(diǎn)DL閉合。在外圍執(zhí)行回路中，測(cè)控屏上的“就地/遠(yuǎn)方”QK正常運(yùn)行狀態(tài)下切至“遠(yuǎn)方”位置，其接點(diǎn)“②④”接點(diǎn)接通，而接點(diǎn)“①③”不通。遙控合閘接點(diǎn)”YH”，在圖4中對(duì)應(yīng)的1YK5與1YK9的 “703，704”端子；遙控分閘接點(diǎn)“YT”， 在圖 4 中對(duì)應(yīng)的 1YK5 與 1YK7 的“701，702”端子。斷路器在分閘位置時(shí)，其常開輔助接點(diǎn)DL斷開，使得TBJ-I防跳躍繼電器的電流線圈失磁，其常開接點(diǎn)TBJ1斷開，防跳繼電器TBJ-U電壓線圈失磁，其常閉接點(diǎn)TBJ2閉合。遠(yuǎn)方控制中心或站控層工作站工作人員下達(dá)遙控操作“執(zhí)行”指令后，“YH”接點(diǎn)閉合，DC 220 V操作控制電源從+KM經(jīng)就地/遠(yuǎn)方切換開關(guān)QK的“②④”接點(diǎn)到“YH”接點(diǎn),

經(jīng)電氣防跳躍閉鎖的TBJ2常閉接點(diǎn)到斷路器機(jī)構(gòu)箱，再經(jīng)“就地/遠(yuǎn)方”切換開關(guān)的“遠(yuǎn)方”接點(diǎn)、ZJ2和DL常閉輔助接點(diǎn)、合閘線圈HQ到-KM，合閘線圈HQ帶電，執(zhí)行斷路器機(jī)構(gòu)合閘，完成遙控合閘操作。發(fā)出遙信報(bào)文，監(jiān)控畫面顯示開關(guān)變位。

（2）遙控分閘。斷路器機(jī)構(gòu)箱中的“就地/遠(yuǎn)方”切換開關(guān)切至“遠(yuǎn)方”位置，其“遠(yuǎn)方”接點(diǎn)接通，“就地”接點(diǎn)斷開。斷路器分閘前，斷路器處于合閘狀態(tài)，其斷路器常開輔助觸點(diǎn)DL閉合。在外圍執(zhí)行回路中，測(cè)控屏上的“就地/遠(yuǎn)方”QK正常運(yùn)行狀態(tài)下切至“遠(yuǎn)方”位置，其接點(diǎn)“②④”接點(diǎn)接通，而“①③”不通。遙控分閘接點(diǎn) “YT”， 在圖 4中對(duì)應(yīng) 1YK5與 1YK7的“701，702”端子。遠(yuǎn)方控制中心或站控層工作站工作人員下達(dá)遙控“執(zhí)行”操作指令后，“YT”接點(diǎn)閉合，DC 220 V操作控制電源從+KM經(jīng)QK的“②④”接點(diǎn)到“YT”接點(diǎn),經(jīng)防跳躍閉鎖的TBJ-I電流線圈到斷路器機(jī)構(gòu)箱，再經(jīng)“就地/遠(yuǎn)方”切換開關(guān)的“遠(yuǎn)方”接點(diǎn)和DL常開輔助接點(diǎn)、分閘閘線圈TQ到-KM，使分閘線圈TQ帶電，執(zhí)行斷路器機(jī)構(gòu)分閘，完成遙控分閘操作，同樣監(jiān)控顯示開關(guān)變位及報(bào)文信息。

3斷路器遙控操作異常分析及應(yīng)對(duì)措施

圖6斷路器外圍執(zhí)行及機(jī)構(gòu)控制原理圖

在變電站正常操作工作中，許多情況是不能遙控?cái)嗦菲鞯?。?）未通過綜合自動(dòng)化遙控驗(yàn)收的斷路器。（2）斷路器有缺陷影響安全運(yùn)行的。（3）斷路器達(dá)到跳閘次數(shù)，僅剩余1次時(shí)。（4）斷路器“控制回路斷線”信號(hào)發(fā)出時(shí)。（5）斷路器分合閘被閉鎖時(shí)，比如機(jī)構(gòu)壓力降低閉鎖分合閘、彈簧未儲(chǔ)能閉鎖合閘、滅火室SF6壓力異常，閉鎖分合閘或斷路器不滿足操作條件時(shí)。（6）現(xiàn)場(chǎng)正在操作相關(guān)設(shè)備時(shí)。（7）綜合自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)出現(xiàn)異?；蚬收蠒r(shí)。（8）設(shè)備正在檢修時(shí)，而非驗(yàn)收設(shè)備。（9）對(duì)于分相斷路器，若三相位置信號(hào)未全部上傳。

斷路器遙控操作失敗時(shí)，首先檢查斷路器有無“控制回路斷線”、“分合閘閉鎖”、“測(cè)控裝置異?；蛲ㄐ胖袛唷?、“測(cè)控裝置就地/遠(yuǎn)方”小開關(guān)位置是否正確等。

總結(jié)歸納有如下原因及一般處理辦法：（1）斷路器控制回路斷線時(shí)查找原因修理回路；（2）斷路器分合閘被閉鎖或遙控被強(qiáng)行閉鎖時(shí)，檢查是否符合操作條件，有無違反操作規(guī)程等錯(cuò)誤；（3）測(cè)控裝置異常故障時(shí)更換測(cè)控插件；（4）網(wǎng)絡(luò)通信異?；蛑袛?，廠站工況退出時(shí)，恢復(fù)通信系統(tǒng)；（5）同期合閘操作，不滿足同期合閘條件；（6）在控制中心操作時(shí)，操作指令與設(shè)備遙信名稱不匹配；（7）斷路器機(jī)構(gòu)卡死，機(jī)械拒動(dòng)。（8）現(xiàn)場(chǎng)斷路器遙控壓板退出；（9）斷路器機(jī)構(gòu)箱或者測(cè)控裝置上的“就地/遠(yuǎn)方”切換開關(guān)切至“就地”；（10）沒有操作電源。對(duì)于（7）～（10）情況通知工作人員到現(xiàn)場(chǎng)處理。

在監(jiān)控中心斷路器遙控工作中，經(jīng)常會(huì)遇到遙控“返校失敗”或“遙控超時(shí)”。其原因也有許多，歸納起來有以下原因及處理辦法。（1）測(cè)控單元出口繼電器故障，一般情況下更換出口插件即可消除。（2）通信受到干擾，一般再次操作試一次。（3）測(cè)控單元故障。（4）測(cè)控單元地址沖突時(shí)，就需要重新設(shè)置測(cè)控單元地址，以免發(fā)生沖突。（5）測(cè)控單元與數(shù)據(jù)處理通信裝置通信中斷或數(shù)據(jù)處理通信裝置通信與主站系統(tǒng)通信中斷，通知自動(dòng)化人員處理，恢復(fù)通信。（6）在具體工作中遙控對(duì)象號(hào)設(shè)置錯(cuò)誤，操作指令與遙控設(shè)備的遙控對(duì)象名不匹配，使得遙控設(shè)備與定義的設(shè)備節(jié)點(diǎn)號(hào)不正確，發(fā)“返校失敗”，此時(shí)需重新設(shè)置遙控對(duì)象號(hào)。

結(jié)合查看廠站工況界面的相應(yīng)變電站通道狀況，若此時(shí)無“廠站工況退出”信號(hào)，“返校失敗”說明從變電站總控單元到監(jiān)控中心通信網(wǎng)絡(luò)正常，問題在變電站設(shè)備或裝置上，通知工作人員到現(xiàn)場(chǎng)檢查設(shè)備[3]。

在變電站斷路器設(shè)備無異常情況下，綜合自動(dòng)化系統(tǒng)規(guī)定控制中心下達(dá)的指令15 s內(nèi)得不到響應(yīng)，即發(fā)出“遙控超時(shí)”信號(hào)。當(dāng)監(jiān)控中心工作人員下達(dá)遙控指令后，遇到網(wǎng)絡(luò)擁堵，數(shù)據(jù)傳輸慢，或下達(dá)的遙控指令得不到響應(yīng)，綜合自動(dòng)化監(jiān)控會(huì)出現(xiàn)“遙控超時(shí)”。若遙控工作中遇有“遙控預(yù)置超時(shí)”，一般處理方法是再試一次。結(jié)合廠站工況界面查看相應(yīng)變電站通道狀況，若2個(gè)通道同時(shí)退出，可能造成對(duì)此站失去監(jiān)控的嚴(yán)重后果，此時(shí)要通知自動(dòng)化工作人員檢查通道，期間廠站監(jiān)控職權(quán)交由變電運(yùn)維人員管理。斷路器在遙控過程中出現(xiàn)的異?；蜻b控失靈下，根據(jù)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)遙控操作斷路器的基本原理、方法，針對(duì)不同異常和遙控失敗的原因，準(zhǔn)確分析判斷，消除隱患，從而找到正確的操作和控制方法。

4結(jié)束語(yǔ)

220 kV綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的變電站，斷路器的遠(yuǎn)方遙控操作控制成為一種工作常態(tài)，特別是在電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障，快速處理事故，切除故障，恢復(fù)電力供電等工作中發(fā)揮了重要的作用。本文對(duì)220 kV變電站斷路器遙控操作原理和操作過程進(jìn)行了分析，對(duì)控制過程中出現(xiàn)異常和遙控失靈的各種問題，提出了具體的分析意見和應(yīng)對(duì)措施。正確理解斷路器遙控原理，掌握斷路器遙控的基本方法，在不同的運(yùn)行工況下，準(zhǔn)確地分析判斷遙控過程中的異?；騿栴}，消除隱患，從而找到正確的操作和控制方法，保證斷路器可控，能控、在控，對(duì)提高安全管理水平有益。有助于運(yùn)行維護(hù)和監(jiān)控工作人員在運(yùn)行監(jiān)控、斷路器操作、事故處理、綜合自動(dòng)化設(shè)備驗(yàn)收等具體的工作中做到原理清楚，心中有數(shù)，確保變電設(shè)備安全運(yùn)行。

[1]江蘇省電力公司.江蘇電網(wǎng)35～220 kV變電站自動(dòng)化系統(tǒng)技技術(shù)規(guī)范[S].2007.

[2]許世輝，方國(guó)元，張輝明，等.國(guó)家電網(wǎng)生產(chǎn)技能人員職業(yè)能力培訓(xùn)通用教材（二次回路）[M].北京：中國(guó)電力出版社，2010.

[3]江蘇省電力公司.江蘇電網(wǎng)地區(qū)監(jiān)控通用運(yùn)行規(guī)程[S].2011.