220kV智能操作箱原理分析與應(yīng)用

摘要：針對(duì)220kV智能變電站兩套智能操作箱配合中出現(xiàn)的問題，通過對(duì)智能操作箱功能和特點(diǎn)的分析提出了現(xiàn)場(chǎng)解決的方法。應(yīng)用結(jié)果表明兩套智能操作箱的正確配合是智能變電站二次回路完整性和正確性的重要保證。

關(guān)鍵詞：智能化變電站；智能操作箱；閉鎖重合閘；檢修機(jī)制

中圖分類號(hào)：TM63 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2014）12-0254-02

基于GOOSE機(jī)制的智能操作箱應(yīng)用將大大減少二次電纜的設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試工作，減少二次回路問題，避免回路接觸不良等情況。

一、智能操作箱

智能操作箱是應(yīng)新一代IEC61850數(shù)字化變電站中的過程層數(shù)字化的需要而設(shè)計(jì)開發(fā)的，用做斷路器和刀閘操作的執(zhí)行單元與開關(guān)量的采集單元，也稱為智能終端，其主要功能如下：

1.GOOSE通信

裝置具有兩個(gè)光纖以太網(wǎng)接口，支持基于IEC61850的GOOSE通信協(xié)議，與保護(hù)和測(cè)控裝置之間采用光纖以太網(wǎng)連接，通過GOOSE報(bào)文接收動(dòng)作命令和上送開關(guān)量狀態(tài)，取代了傳統(tǒng)的二次電纜。

2.斷路器操作

通過GOOSE網(wǎng)接收保護(hù)或測(cè)控裝置的跳合閘命令，完成斷路器跳合閘操作。

3.刀閘操作

通過GOOSE網(wǎng)接收測(cè)控裝置的刀閘分合命令，完成隔刀和地刀的分合操作。

4.開關(guān)量采集

裝置配有大量的開入，可以采集一次設(shè)備的狀態(tài)量，包括開關(guān)位置、刀閘位置、開關(guān)操作機(jī)構(gòu)的壓力狀態(tài)等，并通過GOOSE網(wǎng)上送給相應(yīng)的保護(hù)和測(cè)控裝置。

5.開關(guān)量輸出

除了斷路器和刀閘的出口接點(diǎn)以外，裝置還配有一定的冗余開出接點(diǎn)，可以配合測(cè)控裝置完成對(duì)其他一次設(shè)備（如開關(guān)儲(chǔ)能電機(jī)）的控制。

6.溫濕度檢測(cè)

可以測(cè)量環(huán)境溫度和濕度，并通過GOOSE網(wǎng)上送給測(cè)控裝置。

二、智能操作箱的特點(diǎn)分析

1.具有一套分相的斷路器跳閘回路，一套分相的斷路器合閘回路

220kV及以上電壓等級(jí)的斷路器通常有兩組跳圈和一組合圈，在數(shù)字化變電站中每臺(tái)斷路器要配兩套智能操作箱，每套智能操作箱只操作斷路器的一組跳圈，而兩套智能操作箱都有操作斷路器合圈的功能。

2.具有硬件跳合閘電流自保持功能

同傳統(tǒng)操作箱一樣具有跳合閘電流自保持回路，跳合閘自保持繼電器動(dòng)作后會(huì)一直保持到斷路器輔助接點(diǎn)斷開后才返回。

3.采用軟件實(shí)現(xiàn)斷路器操作中的其他邏輯

比如壓力監(jiān)視及閉鎖、跳合閘回路監(jiān)視功能，以及閉鎖重合閘等信號(hào)的合成功能都是由軟件實(shí)現(xiàn)的。

4.無防跳功能

每臺(tái)斷路器配有兩套獨(dú)立的智能操作箱，由外部斷路器操作機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)防跳。

5.裝置檢修功能

裝置檢修功能是指裝置根據(jù)接收到的過程層網(wǎng)絡(luò)信息及裝置自身檢修壓板狀態(tài)不一致，裝置功能將會(huì)發(fā)生某些改變。[1]

改變一：檢修壓板投入后，裝置上送所有GOOSE報(bào)文的品質(zhì)Q及GOOSE幀頭中的測(cè)試位Test置位。

改變二：在對(duì)斷路器或刀閘控制時(shí)，裝置將接收的GOOSE報(bào)文中的Test位與裝置自身的檢修壓板狀態(tài)進(jìn)行比較，只有兩者一致時(shí)才視作為有效進(jìn)行處理或動(dòng)作。當(dāng)二者不一致時(shí)，視為“預(yù)傳動(dòng)”狀態(tài)。[2]此時(shí)，裝置將上送“保護(hù)測(cè)試跳”或“保護(hù)測(cè)試合”或“測(cè)控測(cè)試操作斷路器”或“測(cè)控測(cè)試操作刀閘”GOOSE，同時(shí)相關(guān)告警燈將閃爍，提示試驗(yàn)人員：智能單元已正確收到某IED發(fā)出的控制命令，但由于檢修原因并未實(shí)際驅(qū)動(dòng)動(dòng)作觸點(diǎn)。

6.非全相運(yùn)行的判別

斷路器非全相運(yùn)行判別的原理是：當(dāng)斷路器三相位置不一致時(shí)即判別為斷路器非全相運(yùn)行（斷路器既非全合，也非全分），如圖1所示：

7.KK合后的判別

當(dāng)收到測(cè)控的GOOSE遙合命令或手合開入動(dòng)作時(shí)，KK合后位置（即KKJ）為“1”，且在GOOSE遙合命令或手合開入返回后仍保持，當(dāng)且僅當(dāng)收到測(cè)控的GOOSE遙分命令或手跳開入動(dòng)作后才返回。

8.事故總的判別

事故總的判別原理是：當(dāng)斷路器經(jīng)KKJ動(dòng)作合閘后，在沒有經(jīng)KKJ復(fù)歸使斷路器跳閘時(shí)將會(huì)判別為事故總（KKJ+跳位），如圖2所示：

9.控制回路斷線的判別

控制回路斷線判別的原理是：當(dāng)分相開關(guān)的任何一相監(jiān)視回路發(fā)生異常后，智能操作箱將會(huì)認(rèn)為開關(guān)不具備操作的條件，則智能操作箱會(huì)判別為控制回路異常（TWJ+HWJ都沒動(dòng)作），如圖3所示：

三、兩套智能操作箱的配合

1.兩套操作箱閉鎖重合閘的實(shí)現(xiàn)

裝置在下述情況下會(huì)產(chǎn)生閉鎖重合閘信號(hào)，可通過GOOSE發(fā)送給重合閘裝置（線路保護(hù)裝置），如圖4所示：

（1）收到測(cè)控的GOOSE遙分命令或手跳開入動(dòng)作時(shí)會(huì)產(chǎn)生閉鎖重合閘信號(hào)，并且該信號(hào)在GOOSE遙分命令或手跳開入返回后仍會(huì)一直保持，直到收到GOOSE遙合命令或手合開入動(dòng)作才返回。

（2）收到測(cè)控的GOOSE遙合命令或手合開入動(dòng)作。

（3）收到保護(hù)的GOOSE TJR、GOOSE TJF三跳命令，或TJF三跳開入動(dòng)作。

（4）收到保護(hù)的GOOSE閉鎖重合閘命令，或閉鎖重合閘開入動(dòng)作。

根據(jù)保護(hù)雙重化原則如圖5所示，第一套保護(hù)（含保護(hù)裝置、重合閘裝置、智能操作箱）與第二套保（含保護(hù)裝置、重合閘裝置、操作箱）完全獨(dú)立。[3]對(duì)于智能操作箱，一方面經(jīng)GOOSE網(wǎng)絡(luò)接收本套保護(hù)裝置發(fā)出的“TA/TB/TC”及“閉重”（或“永跳”）信號(hào)，另外也通過硬連線經(jīng)硬壓板接收另外一個(gè)操作箱的“閉重”信號(hào)，對(duì)這兩個(gè)信號(hào)做“或”邏輯，形成內(nèi)部“閉重”標(biāo)志，再送給本套的重合閘裝置及另外一個(gè)操作箱。

2.兩套操作箱重合閘出口回路的實(shí)現(xiàn)

220kV線路保護(hù)雙重化配置，各自保護(hù)裝置用自己的重合閘功能，則當(dāng)各自的智能終端接受到線路保護(hù)的重合閘GOOSE命令后，出口應(yīng)經(jīng)各自獨(dú)立的出口壓板。但由于斷路器只有一套合閘線圈，所以兩套保護(hù)的重合閘出口只能經(jīng)同一個(gè)合閘出口回路去合閘。

實(shí)現(xiàn)的方法是：統(tǒng)一使兩套保護(hù)重合閘出口回路都從第一套智能操作箱合閘回路出口，在回路上將第二套智能操作箱的分相重合閘節(jié)點(diǎn)單獨(dú)摘出來分別并接至第一套智能操作箱的分相重合閘節(jié)點(diǎn)上，公用出口回路，這與常規(guī)站合閘用第一套操作電源的要求相符。

3.第二套智能操作箱合閘回路監(jiān)視的實(shí)現(xiàn)

因?yàn)閿嗦菲鳈C(jī)構(gòu)只有一組合閘線圈，而這一組合閘線圈只是對(duì)應(yīng)的接入第一組智能操作箱的合閘回路，第二套智能操作箱沒有可以操作的另外一組合閘線圈，所以除重合閘出口按上述方法實(shí)現(xiàn)，遙合/手合不需要從第二套終端出口，但是如果第二套智能操作箱的合閘監(jiān)視回路不完善的話將會(huì)造成當(dāng)開關(guān)在分位時(shí)，第二套智能操作箱誤報(bào)控制回路斷線。

實(shí)現(xiàn)的方法是：將第二套智能操作箱的分相合閘回路監(jiān)視分別串入斷路器的常閉節(jié)點(diǎn)，從而消除第二套智能操作箱誤報(bào)控制回路斷線的問題。將第二套智能操作箱的合閘監(jiān)視回路單獨(dú)摘出來并入第一套智能操作箱的合閘監(jiān)視回路中，用第一套智能操作箱的合閘監(jiān)視回路同時(shí)完成兩套智能操作箱的合閘回路監(jiān)視功能。

4.兩套智能操作箱遙控回路的配合

220kV線路間隔設(shè)計(jì)方法一般為：兩套智能操作箱對(duì)應(yīng)一套線路測(cè)控，當(dāng)遙控命令下發(fā)時(shí)是否同時(shí)走GOOSE A網(wǎng)和GOOSE B網(wǎng)至對(duì)應(yīng)的兩套終端成了討論的焦點(diǎn)。同時(shí)走GOOSE A/B網(wǎng)至兩套終端，但第二套智能操作箱沒有遙控合閘出口回路。第二套智能操作箱不接受遙控命令，這就會(huì)造成第二套智能操作箱KKJ永遠(yuǎn)不會(huì)動(dòng)作，事故總無法監(jiān)視。

實(shí)現(xiàn)的方法是：遙控命令同時(shí)走GOOSE A/B網(wǎng)至兩套終端，但是需要將遙控跳閘出口也解開，遙控出口統(tǒng)一只走第一套智能操作箱，第二套智能操作箱只需要接受遙控命令時(shí)KKJ正常動(dòng)作和復(fù)歸能正常監(jiān)視事故總信號(hào)即可。

四、結(jié)論

兩套智能操作箱除分別給各自的保護(hù)裝置發(fā)閉鎖重合閘命令外，還應(yīng)同時(shí)開出一副硬接點(diǎn)經(jīng)硬壓板開入到另一套智能操作箱，通過GOOSE網(wǎng)開入至對(duì)應(yīng)的保護(hù)裝置的閉鎖重合閘開入點(diǎn)。

雙重化配置的線路保護(hù)重合閘回路，用第一套智能操作箱的操作電源將兩套智能操作箱的重合閘節(jié)點(diǎn)分別經(jīng)硬壓板并接后，串聯(lián)至第一套智能操作箱的重合閘出口回路中。

智能操作箱的合閘回路監(jiān)視可以在回路中串入斷路器的常閉位置節(jié)點(diǎn)，也可以將兩套智能操作箱的合閘回路監(jiān)視回路并接后串接至機(jī)構(gòu)的合閘監(jiān)視回路中。

兩套智能操作箱均接受來自測(cè)控的遙控命令，但第二套智能操作箱接受遙控命令后不用出口。

參考文獻(xiàn)：

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（責(zé)任編輯：王祝萍）