變電站程序化操作的方案探討

【摘要】本文結(jié)合江門110KV科苑（南山）變電站，對(duì)程序化操作的技術(shù)要求，程序化操作的實(shí)施方案和操作流程進(jìn)行了探討，為其他變電站實(shí)施程序化操作提供參考。

【關(guān)鍵詞】變電站；程序化操作；自動(dòng)化系統(tǒng)；五防系統(tǒng)

1.引言

隨著電網(wǎng)建設(shè)的發(fā)展，變電站自動(dòng)化系統(tǒng)已達(dá)到較高的技術(shù)水平，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的采集并上傳到當(dāng)?shù)睾笈_(tái)和調(diào)度主站，同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)變電站內(nèi)集中監(jiān)控和調(diào)度端的遠(yuǎn)程監(jiān)控。但變電站的電氣操作仍采用現(xiàn)場常規(guī)操作或單一監(jiān)控軟件控制操作，且操作過程中需運(yùn)行人員現(xiàn)場檢查設(shè)備狀況，耗費(fèi)了大量的人力和時(shí)間，使得無人值班變電站的優(yōu)勢難以發(fā)揮；同時(shí)隨著變電站操作密度的增加，倒閘操作過程中人工干預(yù)程度太高，給運(yùn)行人員帶來越來越大的壓力，也提高了誤操作的可能，影響電網(wǎng)的安全運(yùn)行水平。因此在變電站內(nèi)實(shí)施程序化操作是順應(yīng)技術(shù)發(fā)展的趨勢，能夠使得變電站實(shí)現(xiàn)真正意義上的無人值班，達(dá)到“減員增效”的目的；同時(shí)通過程序化操作，能最大限度地減少人工操作失誤，縮短操作時(shí)間，提高變電站的安全運(yùn)行水平。本文結(jié)合江門電網(wǎng)第一座程序化操作變電站——110kV科苑（南山）變電站對(duì)程序化操作實(shí)施進(jìn)行探討。

2.程序化操作含義

變電站程序化操作是指變電站內(nèi)智能設(shè)備依據(jù)變電站操作票的執(zhí)行順序和執(zhí)行結(jié)果校核要求，由站內(nèi)智能設(shè)備代替操作人員，自動(dòng)完成操作票的執(zhí)行過程。實(shí)際操作時(shí)只需要變電站內(nèi)運(yùn)行人員或調(diào)度運(yùn)行人員根據(jù)操作要求選擇一條程序化操作命令，操作票的執(zhí)行和操作過程的校驗(yàn)由變電站內(nèi)智能電氣設(shè)備自動(dòng)完成。

程序化操作就是預(yù)先定義好操作序列，實(shí)際操作時(shí)完全依照預(yù)先定義序列或者根據(jù)該序列自適應(yīng)形成實(shí)際操作序列，以達(dá)到“一鍵操作”的目的。也就是按照預(yù)先設(shè)定好的控制邏輯或預(yù)先給定的操作票，一次性完成檢修、冷備用、熱備用、運(yùn)行等狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換、多個(gè)步驟的控制操作，并包含有先后操作順序的操作步驟，每步驟包括操作前判斷邏輯（防誤邏輯）、操作內(nèi)容、操作后確認(rèn)條件（確認(rèn)操作是否成功）。程序化操作與傳統(tǒng)操作在10kV設(shè)備操作上的的區(qū)別（如表1所示）。

3.程序化操作技術(shù)要求

3.1 對(duì)一次設(shè)備的要求

（1）電氣一次設(shè)備需要滿足電動(dòng)操作條件。由于變電站程序化操作最終需要實(shí)現(xiàn)變電站內(nèi)自動(dòng)操作，因此要求參與程序化操作的各一次設(shè)備包括斷路器、隔離開關(guān)、地刀、手車等均可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)操作，也就是通過電氣操作可以實(shí)現(xiàn)開關(guān)、刀閘、地刀的分合，手車的推入和拉出等。

（2）電氣一次設(shè)備需要滿足可靠性的要求。由于程序化操作基本為無人干預(yù)，特別是無人值班變電站內(nèi)的操作，其操作的成功與否在絕大多數(shù)情況下取決于一次設(shè)備操作的可靠性，也就是說一次設(shè)備能否正常操作到位，特別是地刀是否分合到位。如果一次設(shè)備的可靠性較低，經(jīng)常出現(xiàn)不能正常操作或操作不到位的情況，則程序化操作的成功率難以提高。另一方面，程序化操作過程中每一步執(zhí)行前的條件以及每一步執(zhí)行后成功與否的判斷，均需要根據(jù)相關(guān)一次設(shè)備的輔助接點(diǎn)位置進(jìn)行判斷，因此一次設(shè)備輔助接點(diǎn)位置與一次設(shè)備實(shí)際位置的嚴(yán)格對(duì)應(yīng)，是保證程序化操作正確性的關(guān)鍵因素。

3.2 對(duì)二次設(shè)備的要求

（1）參與程序化操作的各電氣二次設(shè)備要求穩(wěn)定、可靠

變電站內(nèi)的測控單元和保護(hù)測控一體化裝置是程序化操作的最終執(zhí)行者，同時(shí)其負(fù)責(zé)采集一次設(shè)備的狀態(tài)。因此，為保證程序化操作的正確、成功執(zhí)行，除了要求一次設(shè)備穩(wěn)定、可靠外，還要求參與變電站程序化操作的二次設(shè)備穩(wěn)定、可靠運(yùn)行，一方面能夠按照操作票的操作順序正確發(fā)出控制信號(hào)，同時(shí)確保一次設(shè)備位置采集準(zhǔn)確無誤。

（2）具備一定的容錯(cuò)措施

由于一次設(shè)備存在一定的不可靠因素，比如說斷路器輔助接點(diǎn)位置與斷路器實(shí)際位置不符，當(dāng)斷路器實(shí)際在合位時(shí)而輔助接點(diǎn)為分位，這樣在操作過程中容易導(dǎo)致帶電拉開隔離開關(guān)或合接地刀閘造成誤操作，因此二次設(shè)備在設(shè)計(jì)過程中需要采取一定的容錯(cuò)措施，確保當(dāng)一次設(shè)備輔助接點(diǎn)不正確時(shí)不出現(xiàn)誤操作。

比如說對(duì)于反應(yīng)一次設(shè)備位置的輔助接點(diǎn)信號(hào)，必須采用雙位置信號(hào)加強(qiáng)其可靠性，將兩路獨(dú)立的輔助接點(diǎn)接入間隔層設(shè)備，一路為輔助分接點(diǎn)，另一路為輔助合接點(diǎn)，當(dāng)分接點(diǎn)為“1”，合接點(diǎn)為“0”判為分位；當(dāng)分接點(diǎn)為“0”，合接點(diǎn)為“1”時(shí)判為合位；當(dāng)分接點(diǎn)和合接點(diǎn)狀態(tài)相同時(shí)判為無效，表明輔助接點(diǎn)位置異常，此時(shí)需要閉鎖相關(guān)操作。

除此之外，還可以考慮增加回路內(nèi)電流檢查、母線側(cè)電壓、線路側(cè)電壓以及帶電顯示器狀態(tài)等輔助判據(jù)，防止一次設(shè)備不可靠造成程序化操作的誤操作發(fā)生。

（3）保護(hù)設(shè)備具有可遠(yuǎn)方投退的保護(hù)軟壓板并可實(shí)現(xiàn)保護(hù)定值區(qū)的遠(yuǎn)方切換

在變電站內(nèi)實(shí)施程序化操作，特別是在采用雙母接線方式的變電站實(shí)施程序化操作，由于某些操作較復(fù)雜，有時(shí)會(huì)牽涉到相關(guān)保護(hù)功能的投退，傳統(tǒng)的人工操作通過操作人員手動(dòng)投歸保護(hù)硬壓板來實(shí)現(xiàn)，而程序化操作過程中需要保護(hù)設(shè)備能夠提供與硬壓板相對(duì)應(yīng)的軟壓板來實(shí)現(xiàn)，通過軟壓板的遠(yuǎn)方投退達(dá)到投退保護(hù)功能的目的；同樣在程序化操作過程中也會(huì)涉及到保護(hù)定值的遠(yuǎn)方修改和定值區(qū)的遠(yuǎn)方切換功能。

（4）五防系統(tǒng)

實(shí)現(xiàn)程序化操作的變電站，對(duì)臨時(shí)接地線的管理非常重要，臨時(shí)接地線的狀態(tài)應(yīng)由專用設(shè)備采集；設(shè)計(jì)采用在線式五防專用電磁鎖具，對(duì)臨時(shí)地樁、網(wǎng)門等手動(dòng)操作設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)控。在線式五防專用鎖具可返回接地樁是否掛接地線的位置信息，可以返回網(wǎng)門開閉的位置信息。解鎖或閉鎖操作可以由監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行遙控。由于具備了可遙控、返回遙信的功能，因此網(wǎng)門、地線等手動(dòng)操作設(shè)備的可以參與到整體的防誤系統(tǒng)中。實(shí)現(xiàn)主站與現(xiàn)場設(shè)備完全“實(shí)時(shí)、在線”的信息交互。

當(dāng)不符合操作條件時(shí)，電磁鎖電源回路斷開，無操作電源，指示燈不亮，不可以進(jìn)行操作；當(dāng)符合操作條件時(shí)，電磁鎖電源回路閉合，具備操作電源，指示燈亮，按動(dòng)電磁鎖操作按鈕，則可進(jìn)行相應(yīng)操作。

圖1 網(wǎng)門電磁鎖

圖2 接地電磁鎖

圖3 110kV科苑（南山）變電站自動(dòng)化系統(tǒng)

3.3 對(duì)遠(yuǎn)動(dòng)通信的要求

目前變電站對(duì)調(diào)度主站/集控中心主要采用101、104等遠(yuǎn)動(dòng)規(guī)約，這些規(guī)約主要傳送的是變電站的四遙信息，標(biāo)準(zhǔn)的遠(yuǎn)動(dòng)規(guī)約對(duì)保護(hù)定值的傳輸和定值的修改沒有定義，如果進(jìn)行程序化操作，必然涉及到遠(yuǎn)動(dòng)規(guī)約的擴(kuò)充；另一方面，進(jìn)行變電站程序化操作的目的是實(shí)現(xiàn)變電站的遠(yuǎn)方操作，調(diào)度主站在操作過程中需要獲得變電站的實(shí)時(shí)操作報(bào)告，這一點(diǎn)也涉及到遠(yuǎn)動(dòng)規(guī)約的擴(kuò)充和修改。

4.變電站程序化操作實(shí)施方案

4.1 程序化操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能

如圖3所示，110kV科苑（南山）變電站自動(dòng)化系統(tǒng)分為兩層（站控層/間隔層），程序化操作功能集成至該系統(tǒng)中。

本方案以間隔層裝置分布式方案為核心，結(jié)合集中式方案解決跨裝置程序化操作需求，支持當(dāng)?shù)乇O(jiān)控和遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)程序化操作的集中式方案。該方案集合了分布式和集中式的特點(diǎn)和優(yōu)勢，功能如下：

（1）對(duì)于間隔裝置之間控制信息的傳輸，由間隔裝置之間直接通訊完成，如使用IEC61850面向?qū)ο蟮淖冸娬臼录℅OOSE）通信。

（2）跨裝置程序化操作由后臺(tái)或遠(yuǎn)動(dòng)與測控裝置配合實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)方式靈活。方案充分考慮了程序化操作的可靠性，站控層程序化操作功能由后臺(tái)和遠(yuǎn)動(dòng)分布實(shí)現(xiàn)，后臺(tái)或遠(yuǎn)動(dòng)發(fā)生故障不影響正常一方的程序化操作：

站內(nèi)操作時(shí)，程序化操作與遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)無關(guān)?？捎珊笈_(tái)與間隔裝置配合實(shí)現(xiàn)，也可由后臺(tái)獨(dú)立實(shí)現(xiàn)，即后臺(tái)發(fā)出并執(zhí)行所有單步操作；

主站操作時(shí)，程序化操作與后臺(tái)無關(guān)。可由遠(yuǎn)動(dòng)與間隔裝置配合實(shí)現(xiàn)，也可由遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)獨(dú)立實(shí)現(xiàn)，即遠(yuǎn)動(dòng)發(fā)出并執(zhí)行所有單步操作。

（3）能夠?qū)崿F(xiàn)母線、主變等一次設(shè)備狀態(tài)切換的一鍵操作。執(zhí)行時(shí)自動(dòng)識(shí)別母線、主變相關(guān)間隔的當(dāng)前狀態(tài)，在進(jìn)行狀態(tài)切換時(shí)只操作需要操作的間隔，實(shí)現(xiàn)真正的“一鍵操作”。

（4）操作前執(zhí)行條件與間隔裝置防誤邏輯一致，執(zhí)行后確認(rèn)條件可判斷多個(gè)遙測遙信條件，可充分保證程序化操作的安全性。

（5）控制過程信息監(jiān)視，在控制執(zhí)行過程中，向集控中心上送控制過程中每步操作的具體執(zhí)行情況，方便控制過程的信息監(jiān)視。

圖4 具體流程圖

4.2 程序化操作可實(shí)現(xiàn)的操作類型

（1）單間隔（單裝置）典型票：本票操作序列中，只涉及本間隔測控裝置可控設(shè)備的操作。例如：某線路運(yùn)行轉(zhuǎn)冷備用。

（2）單間隔（跨裝置）典型票：針對(duì)某單個(gè)間隔的操作過程，除需要本間隔測控裝置外，還需要其他間隔層裝置參與實(shí)現(xiàn)。例如：雙母線接線方式下，將某線路由I母轉(zhuǎn)II母運(yùn)行，除需要本間隔測控裝置外，還涉及母聯(lián)測控裝置（需要合上母聯(lián)間隔）。線路由旁路代送時(shí)，除本間隔測控裝置配合外，還需旁路測控裝置和旁路間隔保護(hù)裝置（定值區(qū)切換）參與實(shí)現(xiàn)。

（3）跨間隔操作票：為實(shí)現(xiàn)母線、主變等一次設(shè)備狀態(tài)切換的一鍵操作，需要多個(gè)間隔的測控裝置和保護(hù)裝置參與。例如：雙母線其中一條母線停電檢修熱倒、主變由運(yùn)行轉(zhuǎn)檢修、饋線批量停電送電等。

4.3 程序化操作流程

在變電站運(yùn)行人員通過操作員站用戶界面下發(fā)程序化操作命令，主站運(yùn)行人員下發(fā)的程序化操作命令通過遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)執(zhí)行。具體流程如圖4所示。

5.結(jié)束語

工程實(shí)踐證明，隨著電力系統(tǒng)綜合自動(dòng)化逐步走向數(shù)字化、智能化和標(biāo)準(zhǔn)化，充分拓展變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用水平，實(shí)現(xiàn)變電站程序化操作，從真正意義上實(shí)現(xiàn)變電站無人化，是改進(jìn)變電站自動(dòng)化水平，提高變電站安全運(yùn)行的有效途徑，是變電運(yùn)行技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。

參考文獻(xiàn)

[1]黃文韜.對(duì)變電站實(shí)現(xiàn)程序化操作的探討[J].繼電器， 2008，36（22）.

[2]孫廣通.程序化操作在110kV三江變電站的應(yīng)用[J].湖北電力，2010，34（4）：23-24.

[3]鄭博明等.變電程序化操作的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2006，30（9）.