智能變電站五防閉鎖功能模型標準化設(shè)計及實現(xiàn)

萬濤 張媛媛 楊棟 劉婭

摘要：隨著社會經(jīng)濟和科技的快速發(fā)展，智能電網(wǎng)的普及已非常普遍。智能變電站在各個地區(qū)不斷興建起來。與以往的常規(guī)變電站不同，智能變電站對于設(shè)備及標準化平臺等功能的要求非常高，體現(xiàn)出了較為突出的集成一體化、信息標準化和協(xié)同互動化發(fā)展特征。五防閉鎖功能，正是智能變電站為防止電氣誤操作而在相關(guān)智能系統(tǒng)中使用的必備手段。本文就這一智能變電站重要組成部分的模型標準化設(shè)計及實現(xiàn)進行了介紹，希望能為推動智能變電站系統(tǒng)的進一步完善提供一些有益建議。

Abstract： With the rapid development of social economy and science and technology， the popularity of intelligent grids has become very common. Intelligent substations continue to be built in various regions. Different from conventional substations， intelligent substations have very high requirements for functions such as equipment and standardization platforms， which reflect the prominent characteristics of integrated integration， information standardization， and cooperative interaction. Five anti-lockout functions are the necessary means for intelligent substations to be used in related intelligent systems to prevent electrical misoperation. This article introduces the model standardization design and implementation of the important components of this intelligent substation， and hopes to provide some useful suggestions for the further improvement of the intelligent substation system.

關(guān)鍵詞：五防閉鎖功能；模型；智能變電站系統(tǒng)；設(shè)計；實現(xiàn)

Key words： five anti-lockout function；model；intelligent substation system；design；realization

中圖分類號：TM6；TP3 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）25-0143-03

0 引言

智能變電站是利用計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)通過采用智能設(shè)備而形成的具有先進、可靠、集成、低碳、環(huán)保功能的電力樞紐。為保證這個電力樞紐的正常工作，要其智能系統(tǒng)中必需通過設(shè)置五防系統(tǒng)實現(xiàn)其正常供電的功能。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，這種設(shè)想已變成了現(xiàn)實，促進了智能化變電站技術(shù)的進一步完善。

1 智能變電站中五防的設(shè)計

1.1 五防的概念

在智能變電站系統(tǒng)中，五防系統(tǒng)的得名來自于其具有防止包括帶負荷分合刀閘、誤入帶電隔離區(qū)間、誤分合斷路器、帶電掛接地線、帶地線合刀閘等五項電氣誤操作在內(nèi)的功能。該系統(tǒng)為整個智能變電站系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)提供了最基礎(chǔ)、最實用的保障。

1.2 智能化變電站對五防的要求

隨著電網(wǎng)智能化程度的不斷提高，相關(guān)系統(tǒng)中五防系統(tǒng)的一體化進程已成為必然趨勢，它通過利用變電站自動化系統(tǒng)的邏輯閉鎖軟件，對于減少設(shè)備重復(fù)配置、防止誤操作閉鎖起到了重要作用。為進一步實現(xiàn)智能變電站系統(tǒng)的安全性、可靠性、經(jīng)濟性，從2009年開始，國家電網(wǎng)公司針對防誤操作等系統(tǒng)層的各項功能提出了高度集成一體化的要求，并提出了三種規(guī)范智能化變電站設(shè)計思路，在加強變電站的防誤操作閉鎖功能方面做出了更多、更詳細的規(guī)定。

1.3 智能化變電站中一體化五防的特點

智能化變電站中一體化五防系統(tǒng)是基于監(jiān)控系統(tǒng)中的五防與監(jiān)控系統(tǒng)的一體化集成而得到實現(xiàn)的，并成為了智能化變電站的顯著特點之一，而監(jiān)控五防一體化系統(tǒng)在具體配置方面，具有以下特點：

傳統(tǒng)的變電站系統(tǒng)中，五防工作站是監(jiān)控系統(tǒng)中的一個靈活的節(jié)點，其對于變電站系統(tǒng)的功能實現(xiàn)，是可以根據(jù)現(xiàn)場情況進行選擇的，即可以兼作操作員站，也可以成為獨立配置。而智能化變電站中一體化五防系統(tǒng)可以與監(jiān)控系統(tǒng)無縫融合，通過監(jiān)控功能中的全圖形化界面組件，使操作人員可以通過直觀的觀察及時發(fā)現(xiàn)誤操作問題，使用戶的操作體驗更好，以輕松的方式自如完成工作，從而大大減輕工作負擔。

另外，在新的智能化變電站系統(tǒng)五防系統(tǒng)中，通過監(jiān)控的實時庫對五防數(shù)據(jù)進行讀取也非常方便。傳統(tǒng)的計算機對相關(guān)數(shù)據(jù)進行提取，需要采用通信方式在五防的中間環(huán)節(jié)進行相關(guān)工作，數(shù)據(jù)提取難度非常大，更不可能具備較高的提取效率。而現(xiàn)在的計算機技術(shù)已大大提高，現(xiàn)在對五防數(shù)據(jù)的提取，更重視五防系統(tǒng)的運行性能和可靠性，并兼顧了數(shù)據(jù)源采集的實時性和可靠性，使監(jiān)控系統(tǒng)與五防主機能夠共享一套實時庫，使得數(shù)據(jù)提取不僅難度大大降低，而且使五防系統(tǒng)的操作票及防誤閉鎖功能的實現(xiàn)成為可能。

為減少傳統(tǒng)五防系統(tǒng)中對現(xiàn)場調(diào)試和維護方面投入的工作量，形成二次建模的麻煩局面，智能化變電站系統(tǒng)五防系統(tǒng)，已實現(xiàn)了圖形系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、監(jiān)控系統(tǒng)的完全統(tǒng)一，并通過使該系統(tǒng)實現(xiàn)了在UNIX，WindowS/Li刪x不同的操作系統(tǒng)中的使用，提升了智能化變電站五防系統(tǒng)的跨平臺靈活配置，使得該系統(tǒng)的優(yōu)勢更為明顯。

綜上所述，智能化變電站五防系統(tǒng)通過與自動化技術(shù)的融合，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)庫和圖形界面的共同使用，使得自動化系統(tǒng)具備了五防系統(tǒng)的所有功能，并能配置電腦五防鎖具等設(shè)備。

2 智能變電站中五防閉鎖功能模型的實現(xiàn)方式

五防閉鎖功能是智能變電站五防系統(tǒng)的重要功能體現(xiàn)，在相關(guān)模型的構(gòu)建中，各項工作的開展都是圍繞著相關(guān)系統(tǒng)的五防閉鎖功能的實現(xiàn)而開展的，因此各個研制機構(gòu)和技術(shù)人損對此進行了不斷探索，并研發(fā)出了幾種五防閉鎖功能的實現(xiàn)方式：

2.1 電氣防誤閉鎖

電氣防誤閉鎖回路，是通過聯(lián)接相關(guān)設(shè)備的輔助觸點而實現(xiàn)的，作為一種現(xiàn)場電氣聯(lián)鎖技術(shù)，其形式并不復(fù)雜，是一種最基本的電氣閉鎖形式，但在閉鎖效果方面的可靠性是其他方式和技術(shù)難以比擬的。但是，這種方式也存在一定的缺陷，即接入大量的二次電纜才能實現(xiàn)其電氣防誤閉鎖功能，接線方式過于復(fù)雜，使得后期工作中對線路的維護難度也加大了。另外，完整的“五防”功能，并不僅僅是防止開關(guān)、隔刀和地刀的誤操作，還需要對誤入帶電隔離等操作實現(xiàn)有效防止，在這一方面電氣防誤閉鎖回路還無法做到。

針對電氣防誤閉鎖回路存在的不足，技術(shù)人員對其進行了不斷的完善，使得該回路的閉鎖方法更為多樣、有效，提升了該回路在控制電氣防誤閉鎖方面的便捷性、可靠性。但是線路復(fù)雜，間隔多等問題還難以克服，因此需要通過消耗大量電纜，而由此也帶來了諸如在運行中存在刀閘輔助觸點不可靠、戶外電磁鎖機構(gòu)易損壞等缺陷。

2.2 機械防誤閉鎖

將用于戶外的機械防誤閉鎖裝置應(yīng)用于變電站內(nèi)部，即在柜殼生產(chǎn)完成時將機械防誤閉鎖裝置安裝在其內(nèi)部，可以通過最短的機械機構(gòu)之間的有機聯(lián)系達到聯(lián)動操作的目的，使得相關(guān)操作部位的設(shè)置更為緊密，操作方式更為便捷，在長期的實際應(yīng)用中，人們已發(fā)現(xiàn)了機械閉鎖結(jié)構(gòu)簡單化的優(yōu)勢，并不斷應(yīng)這種方式進行推廣，未來必然會成為機械閉鎖結(jié)構(gòu)發(fā)展的趨勢。

從可靠性方面出發(fā)，機械防誤閉鎖的每項功能實現(xiàn)，都是依靠機械機構(gòu)進行傳動，使閉鎖裝置達到相關(guān)要求，即使沒有實現(xiàn)操作，正反向閉鎖都能成立。同時，該設(shè)備的優(yōu)點較多，比如，能夠防塵、防污染，可以在相對惡劣的污染環(huán)境中安裝使用。但是，該裝置的缺點是，由于完全靠機械機構(gòu)傳動，其中的聯(lián)動環(huán)節(jié)較多，而一旦某個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，就會引發(fā)機構(gòu)卡死故障，使得相關(guān)設(shè)置的可靠性降低。另外，這種方式的應(yīng)用范圍也存在一定的局限性，即它只能在開關(guān)柜中有動作聯(lián)系，只有滿足用機械閉鎖的地方和戶外隔離開關(guān)與接地刀操作機構(gòu)同處安裝的條年，該設(shè)備才具有機械防誤閉鎖的功能。

2.3 程序鎖

由于操作設(shè)備一般都存在操作控制距離限制問題，很多操作設(shè)備都無法應(yīng)用于戶外配電裝置，因此導(dǎo)致了資源配置優(yōu)化的過程并不順利。而五防系統(tǒng)中的程序鎖正是根據(jù)操作部位的先后順序，以鑰匙為傳遞媒介，對設(shè)備操作控制距離限制實現(xiàn)了重大突破，使得相關(guān)設(shè)備的應(yīng)用范圍更廣，提高了其在戶外環(huán)境中的應(yīng)用可能性，從而實現(xiàn)了將戶內(nèi)間隔式配電裝置以及開關(guān)柜雙柜和開關(guān)柜與柜外配電設(shè)備間的閉鎖聯(lián)系起來的目的。

程序鎖的優(yōu)勢與缺陷是并存關(guān)系，其在使用過程中必須從頭到尾一氣呵成，中間不能間斷，這使得程序鎖的可靠性得到了保障，但是如果沒有第一把鎖，就無法實現(xiàn)程序操作，這就使得程序鎖的作用無法得到發(fā)揮，使其功能無法體現(xiàn)出來。

2.4 傳統(tǒng)的微機五防系統(tǒng)

計算機及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)在變電站自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用，使得計算機五防系統(tǒng)可以對高壓開關(guān)設(shè)備電氣誤操作進行防止干預(yù)。一般情況下，防誤閉鎖裝置閉鎖的設(shè)備包括開關(guān)、刀閘、地線（地線刀閘）、遮攔網(wǎng)門（開關(guān)柜門）等共四類。這些設(shè)備都處于系統(tǒng)軟件的控制中，使其應(yīng)用符合軟件編寫的操作閉鎖規(guī)則，從而通過電編碼鎖和機械編碼鎖的實現(xiàn)體現(xiàn)出其閉鎖功能。

2.5 一體化的微機五防系統(tǒng)

一體化集成五防系統(tǒng)基于一體化管理思路，在相關(guān)設(shè)計中將變電站實時監(jiān)控、故障信息系統(tǒng)子站、工程師站五防一體化、變電站日常管理工作全部集中在了一起，但這些子系統(tǒng)在邏輯方面是各自獨立的，只是共享數(shù)據(jù)庫和圖形界面，即滿足了相關(guān)數(shù)據(jù)信息的共享的同時，各個子系統(tǒng)之間有保持了相對的獨立，可以按照不同需求進行單獨配置，使得相關(guān)操作功能的實現(xiàn)更具靈活性。

3 五防在智能化變電站中的應(yīng)用

根據(jù)國家針對智能變電站五防系統(tǒng)的制定的IEC61850標準，智能變電站通過有機結(jié)合智能化一次設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備，構(gòu)建了包括過程層、間隔層、站控層等三層結(jié)構(gòu)組成的智能化變電站系統(tǒng)，并以光纖通信網(wǎng)絡(luò)取代二次電纜，使得各個層級、設(shè)備之間的聯(lián)系更為緊密，并實現(xiàn)了數(shù)據(jù)信息的共享和互操作。

通過對智能化變電站結(jié)構(gòu)的調(diào)整，使得其內(nèi)部結(jié)構(gòu)中過于復(fù)雜、影響變電站管理效率的復(fù)雜線路得以科學(xué)簡化，提高了自動化管理水平，并優(yōu)化了維護環(huán)境，這是智能化變電站系統(tǒng)優(yōu)于常規(guī)變電站的特征之一。同時，由于其中內(nèi)部管理環(huán)境的優(yōu)化，也使得相關(guān)系統(tǒng)的操作難度得到了降低，智能化的一鍵式操作在倒閘操作中的應(yīng)用，是基于間隔層設(shè)備為主體的，在避免誤操作方面具有相當強的有效性。

4 間隔層五防對智能化變電站影響

基于GOOSE機制，智能變電站內(nèi)部間隔層與過程層的設(shè)備之間、間隔層與間隔層的設(shè)備之間，相互的開關(guān)量采集和控制得以實現(xiàn)。在這個過程中，也引發(fā)了新的問題，如過程層智能終端下放、傳統(tǒng)的硬接點開入取消等。這些問題的出現(xiàn)，對于智能變電站系統(tǒng)五防系統(tǒng)提出了新的挑戰(zhàn)，如何克服系統(tǒng)調(diào)整帶來的對五防一體化的系統(tǒng)操作模式及防誤閉鎖功能體現(xiàn)的影響，已成為相關(guān)技術(shù)人員和操作人員共同面對的問題，需要不斷對系統(tǒng)進行改時和完善，以及改變傳統(tǒng)的操作習(xí)慣，盡快讓相關(guān)操作人員適應(yīng)新的操作規(guī)范和流程，通過不斷提高操作技能的熟練程度使間隔層五防對智能化變電站正常運行的影響降到最低。

5 結(jié)語

隨著智能電網(wǎng)的普及，智能化變電站也越來越普遍，為保證智能變電站運行的穩(wěn)定性、可靠性，針對電氣誤操作而專門設(shè)置的五防閉鎖功能的實現(xiàn)變得尤為重要。因此需要不斷加強對其功能模型標準化設(shè)計及實現(xiàn)努力，使一體化五防和網(wǎng)絡(luò)化五防在智能化變電站中的應(yīng)用會越來越廣泛，促進智能化技術(shù)在智能變電站日常運行中的進一步應(yīng)用和完善。

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