新一代智能變電站五防結(jié)構(gòu)及其邏輯設(shè)計(jì)

劉易珠，廖麗萍，唐智，劉玲，梁堅(jiān)

(1.國網(wǎng)湖南省電力公司株洲供電分公司，湖南株洲412000；2.中車株洲機(jī)電科技有限公司，湖南株洲412001)

新一代智能變電站五防結(jié)構(gòu)及其邏輯設(shè)計(jì)

劉易珠1，廖麗萍1，唐智1，劉玲2，梁堅(jiān)1

(1.國網(wǎng)湖南省電力公司株洲供電分公司，湖南株洲412000；2.中車株洲機(jī)電科技有限公司，湖南株洲412001)

由于IEC61850以及隔離式斷路器的應(yīng)用，新一代智能變電站五防以往變電站有了較大不同本文以國家電網(wǎng)2014年智能變電站擴(kuò)大示范工程220 kV杉樹變電站為例，從新一代智能變電站的五防結(jié)構(gòu)及五防邏輯兩個(gè)方面展開分析，利用智能變電站五防結(jié)構(gòu)的靈活性較好地解決了采用隔離式斷路器造成的倒母線聯(lián)鎖問題。

IEC61850；隔離式斷路器；新一代智能變電站；五防結(jié)構(gòu)；五防邏輯

智能變電站的五防〔1〕(五防是指:防止誤入帶電間隔、防止誤拉 (合)斷路器、防止帶負(fù)荷拉 (合)隔離開關(guān)、防止帶電合接地刀閘 (掛接地線)、防止帶接地刀閘 (接地線)送電)與傳統(tǒng)變電站有所不同，智能變電站的五防在實(shí)現(xiàn)上較常規(guī)變電站更加完善。

在常規(guī)變電站中，五防邏輯的實(shí)現(xiàn)由間隔層及站控層兩層實(shí)現(xiàn)，間隔層五防中，任一電氣設(shè)備的電氣聯(lián)鎖是將需要對(duì)該設(shè)備操作進(jìn)行閉鎖的所有相關(guān)設(shè)備的輔助接點(diǎn) (硬接點(diǎn))串聯(lián)在該設(shè)備操作控制回路中來實(shí)現(xiàn)的。站控層由獨(dú)立的五防主機(jī)完成，五防主機(jī)一般是單向采集設(shè)備位置數(shù)據(jù)，并不具備順控等高級(jí)功能。

傳統(tǒng)的間隔五防由于主設(shè)備操作回路中串聯(lián)了太多的輔助接點(diǎn)，造成設(shè)備操作回路二次接線復(fù)雜、可靠性差，無論是輔助接點(diǎn)切換異常還是二次接線接觸不良，都會(huì)造成主設(shè)備操作回路斷線而操作失敗。

相比于傳統(tǒng)五防，智能變電站的五防系統(tǒng)由站控層五防、間隔層五防 (這里的間隔五防，指的是測(cè)控裝置五防)，還有機(jī)械五防鎖具 (過程層五防)組成。

1 新一代智能變電站五防概述

從2011年起開始，國家電網(wǎng)公司全面推廣建設(shè)智能變電站，截止至2013年底，國家電網(wǎng)公司范圍內(nèi)已投運(yùn)新建智能變電站823座。2014年，國家電網(wǎng)公司又啟動(dòng)了第二批擴(kuò)大示范工程共48座新一代智能變電站建設(shè)，其中湖南有2座，為株洲220 kV杉樹變和株洲110 kV君山變。這批智能變電站開始廣泛采用智能一次設(shè)備〔2〕，如隔離式斷路器 (如圖1所示)，取消了線路側(cè)隔離開關(guān)以及獨(dú)立的電流互感器，保留并集成了全光纖電流互感器和線路側(cè)接地刀閘，極大地減少了變電站的占地面積，降低了總成本，拉長(zhǎng)了設(shè)備檢修周期。同時(shí)直接改變了變電站五防，其五防邏輯相應(yīng)也發(fā)生改變，本文以220 kV杉樹變電站為例，從智能變電站五防結(jié)構(gòu)、邏輯設(shè)計(jì)等方面展開分析。

圖1 252 kV集成式智能隔離斷路器

2 智能變電站五防結(jié)構(gòu)

2.1 站控層五防

站控層五防〔3〕能夠校驗(yàn)遠(yuǎn)方控制命令行為邏輯，判斷一次設(shè)備操作順序的正確性，控制遙控命令的發(fā)送，與五防機(jī)械鎖具配合實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)一次設(shè)備及操作機(jī)構(gòu)箱門的閉鎖。站控層五防還可以配合實(shí)現(xiàn)順序控制，順序控制就是一鍵操作，計(jì)算機(jī)自動(dòng)執(zhí)行準(zhǔn)確的一系列操作指令。

站控層五防主要是由部署在安全I(xiàn)區(qū)的監(jiān)控主機(jī)和安全Ⅱ區(qū)的綜合應(yīng)用服務(wù)器上的一體化五防系統(tǒng)高級(jí)應(yīng)用構(gòu)成，另外該系統(tǒng)還需從實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中獲取設(shè)備的實(shí)時(shí)狀態(tài)用于五防邏輯校驗(yàn)。對(duì)于可遙控執(zhí)行的任務(wù)依次下發(fā)遙控至IED裝置；對(duì)于需要至現(xiàn)場(chǎng)操作的任務(wù)，可將操作任務(wù)下發(fā)至電腦鑰匙，由現(xiàn)場(chǎng)操作人員攜鑰匙到現(xiàn)場(chǎng)操作。如圖2所示。

圖2 站控層五防操作流程

2.2 間隔層五防

間隔層五防的邏輯存儲(chǔ)在測(cè)控裝置中，從圖3中可以看出，測(cè)控裝置通過過程層網(wǎng)絡(luò)獲得一次設(shè)備的位置狀態(tài)信息 (智能終端上傳的GOOSE信號(hào)[4])，并做出邏輯判斷，得到每個(gè)操作回路的分合結(jié)果，并將閉鎖邏輯的判斷結(jié)果傳送給智能終端和監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī) (分別經(jīng)過過程層交換機(jī)和站控層交換機(jī))，不僅能控制監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)遙控命令的發(fā)送，實(shí)現(xiàn)設(shè)備遠(yuǎn)方操作閉鎖，而且能夠開合操作設(shè)備的電氣控制回路，實(shí)現(xiàn)就地閉鎖，并且只需要一個(gè)接點(diǎn)，便能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的邏輯。

只需要用一對(duì)接點(diǎn)，便可實(shí)現(xiàn)一次設(shè)備操作回路的閉鎖，極大地簡(jiǎn)化了設(shè)備操作回路的二次接線。跨間隔的五防邏輯實(shí)現(xiàn)，只需測(cè)控裝置在間隔層網(wǎng)絡(luò)中采集其他相關(guān)間隔數(shù)據(jù)即可，無需將過多的輔助節(jié)點(diǎn)引入防誤主設(shè)備的控制回路。間隔層五防邏輯如圖3所示。

圖3 間隔層五防邏輯圖

2.3 過程層五防

過程層五防，除了可以通過開關(guān)柜、地樁、網(wǎng)口等設(shè)備上的機(jī)械鎖或電氣編碼鎖，用來防止操作人員誤操作、誤入間隔；還可通過智能終端:一方面采集并上傳刀閘位置、開關(guān)狀態(tài)等遙信量；另一方面可接收來自測(cè)控裝置的指令，并通過其在斷路器、隔離開關(guān)、可遙控電源空氣開關(guān)等電氣一次設(shè)備的控制回路中串入的閉鎖節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)過程層的防誤。為防止智能終端與上層通信中斷，在智能終端上設(shè)置萬能鑰匙，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制解鎖，允許運(yùn)行人員進(jìn)行緊急就地操作。

3 新一代智能變電站五防結(jié)構(gòu)邏輯

常開接點(diǎn):在常態(tài) (不通電)的情況下處于斷開狀態(tài)的接點(diǎn)。這樣的接點(diǎn)一通電就閉合。

常閉接點(diǎn):在常態(tài) (不通電、無電流流過)的情況下處于閉合狀態(tài)的接點(diǎn)。這樣的接點(diǎn)一通電就會(huì)斷開。

智能變電站的間隔測(cè)控五防邏輯回路與傳統(tǒng)硬接點(diǎn)回路不同，沒有常閉常開接點(diǎn)概念，但是為了方便，這里還是按照傳統(tǒng)的邏輯回路講，只是實(shí)現(xiàn)方式不同而已。

以幾個(gè)典型間隔為例，分析間隔測(cè)控裝置中五防邏輯的設(shè)置。

3.1 220 k V線路間隔

以220 kV攸杉Ⅰ線606間隔為例，分析220 kV杉樹變的電氣聯(lián)鎖邏輯。如圖4所示。

圖4 220 kV攸杉Ⅰ線6061刀閘電氣聯(lián)鎖邏輯

6061隔離開關(guān)分合閘回路串聯(lián)了三類接點(diǎn)(圖5):

圖5 220 kV攸杉Ⅰ線606間隔一次接線圖

1)606間隔開關(guān)的常閉接點(diǎn)即開關(guān)在合位時(shí)，6061刀閘不能分合閘，以防止帶負(fù)荷分合刀閘。

2)接地刀閘6062－1和6063－1的常閉接點(diǎn)。即6062－1或6063－1地刀在合位時(shí)，6061刀閘不能合閘，以保證不會(huì)有電從其他間隔經(jīng)母線到本間隔構(gòu)成回路接地。判6063－1是因?yàn)殚_關(guān)的接點(diǎn)不是很可靠，可能會(huì)誤動(dòng)，如果6061刀閘和6063－1刀閘都合上就導(dǎo)通了，這也是一個(gè)電氣連接部分。

3) 一母兩副隔刀6×10－1， 6×10－2的常閉接點(diǎn)。 即6×10－1或6×10－2地刀在合位時(shí)， 6061刀閘刀不能合閘，以保證不會(huì)有電從本間隔經(jīng)母線到母線地刀構(gòu)成回路接地。

假設(shè)6061刀閘串入606開關(guān)的常閉接點(diǎn)，606在合位，線路切換母線的時(shí)候，6061無法分閘、6062無法合閘，即無法完成所謂的母線負(fù)荷 “熱倒”。常規(guī)變電站對(duì)此的處理是在6063刀閘回路中串入606常閉接點(diǎn)，而在6061刀閘與6062刀閘回路中不串入606接點(diǎn)，因?yàn)榫€路停電的操作必須滿足先拉負(fù)荷側(cè)隔離開關(guān)，再拉母線側(cè)隔離開關(guān)。因此在負(fù)荷側(cè)隔離開關(guān)回路串入606合位的話可以實(shí)現(xiàn)這一閉鎖，同時(shí)又不影響母線倒閘的實(shí)現(xiàn)。

新一代智能變電站省去了出線側(cè)6063隔離刀閘，為此，通過間隔五防，在母線側(cè)隔刀6061分合閘回路中并入了一條有600母聯(lián)開關(guān)常開接點(diǎn)、以及6001，6002，6062的常開接點(diǎn)回路，即如果在互聯(lián)狀態(tài)，且6062刀閘在合位，6061刀閘即可分閘，無需考慮606開關(guān)在合位。具體的實(shí)現(xiàn)可以結(jié)合圖3，如圖6所示:首先在測(cè)控裝置的閉鎖程序中加入了圖4中的第二條支路閉鎖邏輯代碼(無需增加任何接線)，如圖6中橢圓圈中內(nèi)容所示，測(cè)控裝置收集各間隔位置信息后，通過邏輯分析作出五防校驗(yàn)結(jié)果發(fā)送至過程層交換機(jī)，再由過程層交換機(jī)下發(fā)至606間隔智能終端，最后通過智能終端裝置嵌入到6061操作回路的并聯(lián)的硬接點(diǎn)實(shí)現(xiàn) “熱倒”聯(lián)鎖。

圖6 220 kV攸杉Ⅰ線6061刀閘聯(lián)鎖邏輯及結(jié)構(gòu)

在一次設(shè)備發(fā)生較大改變 (取消3隔刀)，造成采用五防邏輯硬接點(diǎn)接線方式困難、接線復(fù)雜的情況下，智能變電站的五防結(jié)構(gòu)和智能終端配置的特點(diǎn)，較好地解決了這一問題:只需修改間隔層測(cè)控裝置的代碼，并在智能終端裝置的端子排上改變開關(guān)、刀閘的控制回路接線，即只需改變一對(duì)物理結(jié)點(diǎn)，就能達(dá)到圖6中的效果。

母線側(cè)隔刀的地刀6062－1邏輯回路如下圖所示，只需串入6061和6062刀閘的常閉接點(diǎn)即可，不需要串入606開關(guān)接點(diǎn)，以防止開關(guān)合位的時(shí)候分合6062－1地刀，因?yàn)檎＿\(yùn)行情況下，不存在開關(guān)在合位的時(shí)候，兩副母線隔刀在分位的情形，所以串入兩副母線隔刀的常閉接點(diǎn)即可。母線側(cè)接地開關(guān)電氣聯(lián)鎖邏輯如圖7所示。

圖7 母線側(cè)接地開關(guān)電氣聯(lián)鎖邏輯

其它線路間隔的情形與此相同，不再贅述。需強(qiáng)調(diào)的是，上述的常開常閉接點(diǎn)實(shí)際在測(cè)控間隔五防中是不存在的，間隔五防的邏輯是以報(bào)文形式存在測(cè)控裝置中進(jìn)行運(yùn)算判斷的，這里的接點(diǎn)相當(dāng)于是 “虛接點(diǎn)”。

3.2 主變間隔

主變間隔的接地開關(guān)邏輯回路有所不同，如圖8所示，圖9為對(duì)應(yīng)的一次接線圖。

圖8 主變間隔電氣聯(lián)鎖邏輯

圖9 主變間隔一次接線圖

主變間隔地刀回路串入了520開關(guān)和420開關(guān)，即中壓側(cè)和低壓側(cè)開關(guān)，其目的是為了防止高壓側(cè)開關(guān)地刀分合閘時(shí)，中壓側(cè)或低壓側(cè)線路反送電，導(dǎo)致帶電分合閘。

3.3 TV間隔

TV間隔電氣聯(lián)鎖邏輯如圖10所示。

圖10 TV間隔電氣聯(lián)鎖邏輯

與其他間隔不同的是，TV間隔沒有開關(guān)，因此只要串入母線接地開關(guān)6×10－1、 6×10－2常閉接點(diǎn)以及本身的接地刀閘6×14－1即可。

3.4 母線接地刀閘

如圖11所示，Ⅰ母線接地刀閘分合閘邏輯回路串入了所有間隔的Ⅰ母線側(cè)刀閘，以防止帶電分合刀閘。

圖11 母線接地刀閘電氣聯(lián)鎖邏輯

3.5 110 k V線路間隔

為節(jié)約用地，Ⅰ母TV間隔和506線路間隔共用一個(gè)間隔。

110 kV線路間隔電氣聯(lián)鎖邏輯如圖12所示，圖13為對(duì)應(yīng)一次接線圖。

圖13 110 kV線路間隔一次接線圖

由于110 kV是單母線分段接線，不存在倒母線的情況，因此506開關(guān)常閉接點(diǎn)，以及506間隔所有接地刀閘常閉接點(diǎn)，包括接地刀閘5×10－1常閉接點(diǎn)。

由于杉樹變電站110 kV線路間隔也取消了3隔刀，并采用了隔離式斷路器，因此5061隔離開關(guān)電氣聯(lián)鎖邏輯回路上串聯(lián)了一個(gè)線路無流的判據(jù)，以保障在現(xiàn)場(chǎng)無法觀察到隔離式斷路器明顯斷開點(diǎn)的情況下，進(jìn)一步確定線路無流。

4 新一代智能變電站促進(jìn)五防發(fā)展

智能變電站的快速推廣為五防系統(tǒng)的發(fā)展指出新的方向:監(jiān)控實(shí)時(shí)化，五防系統(tǒng)應(yīng)能同步監(jiān)控操作序列的執(zhí)行，并及時(shí)獲取開關(guān)狀態(tài)和刀閘位置，，五防系統(tǒng)能拒絕閉合閉鎖節(jié)點(diǎn)并發(fā)出警告信息五防信息網(wǎng)絡(luò)化構(gòu)建間隔層GOOSE網(wǎng)，只要支持該通信機(jī)制的裝置都可以接入該五防系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)即插即用，從而提高系統(tǒng)互操作性，并且有利于變電站后續(xù)擴(kuò)展及維護(hù)；功能一體化，將變電站五防系統(tǒng)作為監(jiān)控平臺(tái)髙級(jí)應(yīng)用，一體化配置〔5〕，共享圖形化界面和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，提高了配置效率及后續(xù)的工作效率；一次設(shè)備智能化，將順控操作作為監(jiān)控系統(tǒng)的高級(jí)應(yīng)用，提高了設(shè)備終端，TV、TA、斷路器等一次設(shè)備的智能化程度，減少人為操作事故。

5 結(jié)語

本文以國網(wǎng)新一代智能變電站擴(kuò)大示范工程為例，首先介紹了最新一代智能變電站的五防結(jié)構(gòu)，即站控層五防、間隔層五防和過程層五防，站控層五防實(shí)現(xiàn)一體化在線五防，其次詳細(xì)介紹了智能變電站的聯(lián)鎖邏輯和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，進(jìn)一步突出了間隔層五防在新一代智能變電站五防的突出作用，即只需要用一對(duì)接點(diǎn)，便可靈活實(shí)現(xiàn)一次設(shè)備操作回路的閉鎖和聯(lián)鎖，并能夠靈活拓展，極大地簡(jiǎn)化了設(shè)備操作回路的二次接線。

〔1〕國家電網(wǎng)公司.智能變電站技術(shù)導(dǎo)則:Q/GDW383—2009〔S〕.北京:中國電力出版社，2009.

〔2〕國家電網(wǎng)公司.國家電網(wǎng)公司輸變電工程通用設(shè)計(jì):110(66)～750 kV智能變電站部分 〔M〕.北京:中國電力出版社，2010.

〔3〕樊陳，倪益民，竇仁暉，等.智能變電站五防閉鎖功能模型標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn) 〔J〕.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2013，37(4):80-84.

〔4〕 Charalampos Kalalas.Enabling IEC 61850communication servies over public LTE infrostracture， 2016， 71(1):1-6.

〔5〕李向峰.智能變電站技術(shù)及其應(yīng)用的研究 〔D〕.保定:華北電力大學(xué)，2013.

Structure of Five Preventions and Design of Logic in New Generation Intelligent Substation

LIU Yizhu1， LIAO Liping1， TANG Zhi1， LIU Ling2， LIANG Jian1
(1.State Grid Hunan Electric Power Corporation Zhuzhou Power Supply Company， Zhuzhou 412000， China；2.CRRC Zhuzhou Mechanical and Electrical Technology Co.， Ltd， Zhuzhou 412001， China)

Five preventions of new generation intelligent substation is different from traditional substation because of the application of IEC61850 and disconnecting circuit breakers.In this paper，it focus on 220 kV Shanshu intelligent substation which is the new generation of intelligent substation expansion demonstration project of the state grid.It analyzes the structure and logic design of five preventions.The bus switching operation problem caused by disconnecting circuit breakers is preferably solved by using structure of five prevention of smart substation.Finally，this paper summarizes the promoting effect of new generation intelligent substation technology to five preventions.

IEC61850； disconnecting circuit breakers； new generation intelligent substation； five preventions structure； five preventions logic

TM63

B

1008-0198(2017)05-0039-04

10.3969/j.issn.1008-0198.2017.05.010

2017-02-13 改回日期:2017-06-01

劉易珠(1989)，男，湖南株洲，碩士，助理級(jí)工程師，從事智能電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度、智能變電站運(yùn)行、電動(dòng)汽車充放電優(yōu)化調(diào)度工作。

廖麗萍(1978)，女，湖南株洲，本科，高級(jí)技師，主要從事智能變電站運(yùn)行工作。