一種網(wǎng)絡(luò)化的防止電氣誤操作技術(shù)

劉洪兵，張 葵，侯 斌

1 智能變電站設(shè)備結(jié)構(gòu)

隨著科技的進(jìn)步，變電站內(nèi)的各類一、二次設(shè)備已經(jīng)向著智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展，目前智能變電站設(shè)備構(gòu)架，基本延續(xù)了數(shù)字變電站三層兩網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，三層是由站控層、間隔層、過程層設(shè)備組成，兩網(wǎng)是指站控層網(wǎng)絡(luò)MMS網(wǎng)絡(luò)、及過程層goose/sv網(wǎng)絡(luò)，整個系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了信息采集和處理、運(yùn)行監(jiān)視、控制操作、防誤閉鎖、遠(yuǎn)動、人機(jī)聯(lián)系、系統(tǒng)自診斷與自恢復(fù)、順序控制、智能告警、故障分析、無功電壓優(yōu)化控制等功能。其中站控層由監(jiān)控主機(jī)、操作員站、工程師工作站、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)、綜合應(yīng)用服務(wù)器等各種功能數(shù)據(jù)服務(wù)器等組成，提供站內(nèi)運(yùn)行的人機(jī)聯(lián)系界面，實(shí)現(xiàn)管理控制間隔層、過程層設(shè)備等功能，形成全站監(jiān)控、管理中心，并與遠(yuǎn)方監(jiān)控、調(diào)度中心通信；間隔層由保護(hù)、測控、計量、錄波、網(wǎng)絡(luò)記錄分析、相量測量等若干個二次子系統(tǒng)組成，在站控層及網(wǎng)絡(luò)失效的情況上，仍能獨(dú)立完成間隔層設(shè)備的就地監(jiān)控功能；過程層由合并單元、智能終端等構(gòu)成，完成與一次設(shè)備相關(guān)的功能，包括實(shí)時運(yùn)行電氣量的采集、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測、控制命令的執(zhí)行等。

2 電氣設(shè)備電氣閉鎖分析

隨著變電站智能設(shè)備的運(yùn)用，特別順序控制應(yīng)用后提出了一鍵操作一個電氣間隔進(jìn)行停電、送電的要求，然而變電站內(nèi)由隔離開關(guān)、斷路器組成的一次間隔，由于隔離開關(guān)和斷路器的特性是不一樣的，斷路器可以開斷電流，其開斷電流時有足夠滅弧能力、隔離開關(guān)主要是提供明顯的斷開位置、以表示停電設(shè)備和帶電設(shè)備有明顯的分割點(diǎn)，所以隔離開關(guān)不能在大電流上進(jìn)行分?jǐn)?、閉合操作，因此變電站中的一個電氣間隔進(jìn)行停送電操作時都要按照一定的操作順序進(jìn)行操作，例如線路送電操作，就應(yīng)該先斷開接地開關(guān)，在接地開關(guān)斷開后再合閘母線側(cè)隔離開關(guān)、再合線路側(cè)隔離開關(guān)、最后合上斷路器以完成一個線路間隔的送電操作，停電操作反之。

一鍵順控是由后監(jiān)控計算機(jī)向一個一次間隔設(shè)備，發(fā)送一個送電綜合命令，整個間隔內(nèi)的接地開關(guān)、隔離開關(guān)、斷路器按照預(yù)先順序進(jìn)行分合閘自動操作，若隔離開關(guān)、接地開關(guān)、斷路器位置傳感器出現(xiàn)故障，傳輸出一個錯誤的位置信號，實(shí)際接地開關(guān)并未斷開，此時監(jiān)控計算機(jī)將錯誤感知接地開關(guān)已經(jīng)斷開，將會繼續(xù)發(fā)出一個隔離開關(guān)的合閘命令，該命令發(fā)出后將造成帶接地線合隔離開關(guān)的短路故障，這種情況是電力系統(tǒng)的惡性誤操作的一類，因此有必要在隔離開關(guān)、接地開關(guān)的電機(jī)控制回路中增加一個操作閉鎖條件，在隔離開關(guān)、接地開關(guān)的電氣控制回路中增加一個邏輯閉鎖電路，當(dāng)操作邏輯滿足停送電順序時，解除隔離開關(guān)、接地開關(guān)的電氣操作閉鎖，隔離開關(guān)接地開關(guān)具備電氣操作條件，當(dāng)邏輯順序不滿足順序操作的邏輯條件時閉鎖隔離接地開關(guān)的電氣操作電路的閉鎖，讓隔離、接地開關(guān)不能進(jìn)行分合閘操作。

目前這種隔離、接地開關(guān)的電氣防止誤操作的傳統(tǒng)技術(shù)是利用控制電纜從閉鎖條件的隔離或接地開關(guān)的機(jī)構(gòu)箱取隔離、接地開關(guān)的位置，通過回路的串并連接，實(shí)現(xiàn)邏輯判斷，最后將串并聯(lián)的輔助接點(diǎn)串聯(lián)接入被閉鎖隔離或接地開關(guān)的電氣操作回路中，以實(shí)現(xiàn)操作邏輯的判斷，邏輯滿足時所有接點(diǎn)閉合，被操作的隔離開關(guān)無電氣閉鎖，具備電氣操作條件，邏輯條件不滿足時某一串聯(lián)的接點(diǎn)打開后斷開被操作的隔離或接地開關(guān)的電氣操作回路，實(shí)現(xiàn)電氣閉鎖讓其不能被電氣操作，該技術(shù)的實(shí)現(xiàn)需要隔離開關(guān)電氣回路使用控制電纜中接入多個電路，接線復(fù)雜施工難度大，而且單一個隔離開關(guān)受多個元件閉鎖時其閉鎖的輔助接點(diǎn)不能共享，只能一一對應(yīng)的敷設(shè)大量控制電纜，通過電纜接線實(shí)現(xiàn)閉鎖邏輯的判斷，這顯然效率低上且實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，而且未實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

隨著智能站的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)了變電站內(nèi)設(shè)備組網(wǎng)的應(yīng)用，針對隔離開關(guān)、接地開關(guān)電氣防誤操作這些一個功能需要采集多個元件狀態(tài)的問題，提供了網(wǎng)絡(luò)化的解決方案，因此我們的隔離開關(guān)、接地開關(guān)的電氣防止誤操作的功能也能借助于網(wǎng)絡(luò)化的信息傳輸實(shí)現(xiàn)一個隔離開關(guān)或接地開關(guān)的位置狀態(tài)提供給多個被閉鎖設(shè)備進(jìn)行邏輯判斷，實(shí)現(xiàn)邏輯判斷條件的共享。

3 智能終端工作原理

智能變電站中處于過程層設(shè)備的智能終端，該設(shè)備靠近一次設(shè)備安裝，其結(jié)構(gòu)由電源模塊、開入模塊、溫濕度輸入模塊、開出模塊、處理器、外部通信接口、對時模塊組成，示意圖如圖1所示。

圖1 智能終端結(jié)構(gòu)示意圖

智能終端工作原理為:電源模塊沒有在圖1中繪制，其工作原理為直流220V輸入，由模塊處理后輸出3V或5V電壓的直流電為處理器、對時模塊、外部通信接口提供工作電源，同時輸出12V電壓為開入模塊、開出模塊提供工作電源。

開入模塊負(fù)責(zé)采集隔離開關(guān)、接地開關(guān)、斷路器的位置接點(diǎn)以及隔離開關(guān)、接地開關(guān)、斷路器機(jī)構(gòu)箱內(nèi)的各種開關(guān)量信號后傳遞給處理器進(jìn)行信號處理。溫度、濕度輸入模塊負(fù)責(zé)接收溫度、濕度傳感器傳來的反映傳感器安裝處的溫度、濕度的0mA至40mA的直流電流量，將直流電流量進(jìn)行數(shù)字化后傳遞給處理器進(jìn)行信號處理。

處理器負(fù)責(zé)將采集到的隔離開關(guān)、接地開關(guān)、斷路器的位置、機(jī)構(gòu)箱內(nèi)其它開關(guān)量信號、溫濕度信息按照統(tǒng)一的通信協(xié)議進(jìn)行報文的編譯，并將編譯好的報文以廣播形式通過通信接口模塊發(fā)布到GOOSE網(wǎng)絡(luò)，同時處理器還通過通信接口裝置接收GOOSE網(wǎng)絡(luò)中由其它裝置發(fā)送的報文，并將接收到的報文編譯后，輸出到開出模塊和斷路器操作插件，通過控制開出模塊的接點(diǎn)輸出來實(shí)現(xiàn)隔離開關(guān)、接地開關(guān)的分、合閘行為，通過控制斷路器操作插件上的接點(diǎn)輸出實(shí)現(xiàn)斷路器的分、合閘行為。

4 利用智能終端實(shí)現(xiàn)電氣閉鎖的方法

從智能終端的工作原理可以看出，智能終端已經(jīng)將隔離開關(guān)、接地開關(guān)、斷路器的位置接點(diǎn)已經(jīng)按照統(tǒng)一的通信協(xié)議編譯成標(biāo)準(zhǔn)的報文，并在GOOSE網(wǎng)絡(luò)以廣播形式發(fā)布，因此只要在GOOSE網(wǎng)絡(luò)上增加一臺智能防止誤操作的智能設(shè)備接收這些隔離開關(guān)、接地開關(guān)、斷路器位置信息，這臺智能防止誤操作智能設(shè)備接收到位置信息后，根據(jù)預(yù)先制定的閉鎖邏輯進(jìn)行邏輯判斷后按照約定好的通信協(xié)議向GOOSE網(wǎng)絡(luò)發(fā)送隔離開關(guān)、接地開關(guān)的解鎖、閉鎖報文，當(dāng)指定的智能終端接收到解鎖、閉鎖報文后根據(jù)報文的指令控制其開出接點(diǎn)閉合、打開，并將這些接點(diǎn)串聯(lián)接入隔離開關(guān)、接地開關(guān)的電動操作回路中最終實(shí)現(xiàn)隔離開關(guān)、接地開關(guān)的電氣防止誤操作閉鎖和解鎖功能，原理示意如圖2所示。

圖2 原理示意圖

如圖2所示，智能終端通過開關(guān)量采集模塊采集隔離開關(guān)、接地開關(guān)、斷路器位置的數(shù)字狀態(tài)，并把采集到的信息傳遞給處理器進(jìn)行信號編譯，處理器將編譯好的報文通過GOOSE網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給有邏輯判斷能力的智能防電氣誤操作裝置進(jìn)行邏輯判斷，處于間隔層設(shè)備的智能防電氣誤操作裝置根據(jù)主接線形式制定判斷邏輯，不同的主接線形式有著不同的閉鎖邏輯，以雙母主接線方式的線路間隔為例，判斷邏輯如上:

（1）線路間隔靠Ⅰ段母線側(cè)隔離開關(guān)閉鎖、解鎖邏輯判斷需要采集Ⅰ段母線接地開關(guān)、斷路器靠母線側(cè)接地開關(guān)、斷路器位置信息，當(dāng)Ⅰ段母線側(cè)隔離開關(guān)或斷路器靠母線側(cè)接地開關(guān)或斷路器在合閘位置時判斷為靠Ⅰ段母線側(cè)隔離開關(guān)被閉鎖，當(dāng)Ⅰ段母線接地開關(guān)與斷路器靠母線側(cè)接地開關(guān)與斷路器都在分閘位置時判斷為Ⅰ段母線側(cè)隔離開關(guān)解鎖。

（2）線路間隔靠Ⅱ段母線側(cè)隔離開關(guān)需要采集Ⅱ段母線接地開關(guān)、斷路器靠母線側(cè)接地開關(guān)、斷路器位置信息，當(dāng)Ⅱ段母線接地開關(guān)或斷路器靠母線側(cè)接地開關(guān)或斷路器在合閘位置時判斷為靠Ⅱ段母線側(cè)隔離開關(guān)被閉鎖，當(dāng)Ⅱ段母線接地開關(guān)與斷路器靠母線側(cè)接地開關(guān)與斷路器都在分閘位置時判斷為Ⅱ段母線側(cè)隔離開關(guān)解鎖。

（3）斷路器靠母線側(cè)接地開關(guān)采集靠Ⅰ段母線側(cè)隔離開關(guān)、靠Ⅱ段母線側(cè)隔離開關(guān)、斷路器位置信息，當(dāng)靠Ⅰ段母線側(cè)隔離開關(guān)或靠Ⅱ段母線側(cè)隔離開關(guān)或斷路器在合閘位置時判斷為斷路器靠母線側(cè)接地開關(guān)被閉鎖，當(dāng)靠Ⅰ段母線側(cè)隔離開關(guān)與靠Ⅱ段母線側(cè)隔離開關(guān)與斷路器都在分閘位置時判斷為斷路器靠母線側(cè)接地開關(guān)解鎖。

（4）靠線路側(cè)斷路器接地開關(guān)采集線路隔離開關(guān)、斷路器位置信息，當(dāng)線路隔離開關(guān)或斷路器在合閘位置時判斷為線路隔離開關(guān)被閉鎖，當(dāng)線路隔離開關(guān)與斷路器都在分閘位置時判斷為線路隔離開關(guān)解鎖。

（5）線路隔離開關(guān)采集斷路器、靠線路側(cè)斷路器接地開關(guān)、線路接地開關(guān)位置信息、線路電壓，當(dāng)斷路器或靠線路側(cè)斷路器接地開關(guān)或線路接地開關(guān)在合閘位置時或線路有壓時，判斷為線路隔離開關(guān)被閉鎖，當(dāng)斷路器與靠線路側(cè)斷路器接地開關(guān)與線路接地開關(guān)在都分閘位置以及線路無壓時，判斷為線路隔離開關(guān)解鎖。

（6）線路接地開關(guān)采集線路隔離開關(guān)位置信息、線路電壓，當(dāng)線路隔離開關(guān)在合閘位置時或線路有壓時，判斷為線路接地開關(guān)被閉鎖，當(dāng)線路隔離開關(guān)在分閘位置時以及線路無壓時判斷為線路接地開關(guān)解鎖。

（7）Ⅰ段母線接地開關(guān)采集連接于Ⅰ段母線上所有隔離開關(guān)位置信息，當(dāng)任意一個連接于Ⅰ段母線隔離開關(guān)處于合閘位置時判斷為Ⅰ段母線接地開關(guān)被閉鎖，當(dāng)所有連接于Ⅰ段母線隔離開關(guān)都處于分閘位置時判斷為Ⅰ段母線接地開關(guān)解鎖。

（8）Ⅱ段母線接地開關(guān)采集連接于Ⅱ段母線上所有隔離開關(guān)位置信息，當(dāng)任意一個連接于Ⅱ段母線隔離開關(guān)處于合閘位置時判斷為Ⅱ段母線接地開關(guān)被閉鎖，當(dāng)所有連接于Ⅱ段母線隔離開關(guān)都處于分閘位置時判斷為Ⅱ段母線接地開關(guān)解鎖。

智能防電氣誤操作裝置依據(jù)GOOSE網(wǎng)絡(luò)中傳遞來報文解析出需要的隔離開關(guān)、接地開關(guān)、斷路器的位置信息進(jìn)行邏輯判斷，輸出閉鎖、解鎖信息廣播于GOOSE網(wǎng)絡(luò)中。智能終端接收到閉鎖、解鎖信息后通過控制串接于隔離開關(guān)、接地的電氣操作回路中的開關(guān)量輸出觸點(diǎn)，當(dāng)邏輯判斷為解鎖時開出觸點(diǎn)閉合，受控隔離、接地開關(guān)電操回路導(dǎo)通，此時解鎖隔離、接地開關(guān)電氣操作，隔離、接地開關(guān)可電操，當(dāng)邏輯判斷為閉鎖時，串接于隔離、接地開關(guān)電操電路的開出觸點(diǎn)打開斷開電操電路，隔離、接地開關(guān)電操被閉鎖不能被電操。

針對現(xiàn)今變電站內(nèi)電操隔離、接地開關(guān)的電氣防誤操是由控制電纜接線實(shí)現(xiàn)閉鎖的技術(shù)存在閉鎖條件由控制電纜一一對應(yīng)接線實(shí)現(xiàn)，會出現(xiàn)接線松動閉鎖失效的情況、且閉鎖邏輯需要依靠大量控制電纜接線實(shí)現(xiàn)、功能電路復(fù)雜的問題，該技術(shù)建立在智能變電站內(nèi)GOOSE網(wǎng)路將各智能設(shè)備連接的基礎(chǔ)上，在間隔層設(shè)備中增加一個智能防電氣誤操作設(shè)備，依據(jù)各已有的智能終端采集的隔離、接地開關(guān)、斷路器位置狀態(tài)，依據(jù)現(xiàn)場主接線制定各處隔離開關(guān)、接地開關(guān)的閉鎖邏輯，并根據(jù)實(shí)時信息進(jìn)行判斷、輸出判斷結(jié)果，最終由智能終端的開出觸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)隔離開關(guān)、接地開關(guān)的防止電氣誤操作的功能，讓智能變電站的防止電氣誤操作實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)共享化。

5 結(jié)束語

該技術(shù)運(yùn)用了智能變電站現(xiàn)有技術(shù)及設(shè)備、現(xiàn)有GOOSE網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了可以電動操作的隔離、接地開關(guān)位置狀態(tài)的就地采集并轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后由邏輯判斷程序進(jìn)行隔離、接地開關(guān)防誤操閉鎖的邏輯判斷。同時變電站內(nèi)可電操的隔離開關(guān)接地開關(guān)電氣閉鎖邏輯由程序?qū)崿F(xiàn)閉鎖，避免了依賴二次接線實(shí)現(xiàn)隔離開關(guān)防止電氣誤操作的缺點(diǎn)，可根據(jù)主接線確定閉鎖程序、閉鎖邏輯修改擴(kuò)展容易。運(yùn)用智能變電站中的GOOSE網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了各個接地開關(guān)、隔離開關(guān)之間的閉鎖信息傳輸，實(shí)現(xiàn)了閉鎖信息共享網(wǎng)絡(luò)化，減少了一一對應(yīng)的閉鎖邏輯的控制電纜接線量。