綜合自動(dòng)化變電站操作風(fēng)險(xiǎn)管控技術(shù)研究

王炳國(guó)

(勝利石油管理局有限公司電力分公司，山東東營(yíng) 257000)

0 前言

變電站作為電網(wǎng)運(yùn)行的重要樞紐，在運(yùn)行管理過(guò)程中存在因雷暴、水淹、地震等惡劣天氣造成的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，在檢修巡視過(guò)程中存在高空跌落、機(jī)械傷害等人身傷害風(fēng)險(xiǎn)，以及日常運(yùn)行過(guò)程中的電氣設(shè)備誤操作導(dǎo)致的設(shè)備損壞和人身傷害風(fēng)險(xiǎn)。電氣誤操作是電氣操作人員在系統(tǒng)運(yùn)行操作時(shí)違背了操作程序和規(guī)則，誤操作可能造成人員傷亡、設(shè)備損壞、大面積停電，甚至誘發(fā)電網(wǎng)的振蕩和解列，比如帶負(fù)荷拉合隔離開(kāi)關(guān)、帶接地線或接地刀閘合閘、帶電掛接地線或帶電合接地刀閘等行為。誤操作一般是由于操作人員技術(shù)素質(zhì)問(wèn)題、習(xí)慣性違章行為、防誤閉鎖裝置不完善、違章指揮等各方面的原因。在集控管理模式下實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守的同時(shí)，研究如何完善防誤操作的相關(guān)功能，研究新的閉鎖方式和閉鎖要求，對(duì)于電網(wǎng)的安全運(yùn)行有重要意義。

1 綜合自動(dòng)化變電站防誤操作存在的問(wèn)題

為實(shí)現(xiàn)變電站無(wú)人值守，變電站普遍應(yīng)用了綜合自動(dòng)化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸和采集，對(duì)變電站設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)控，完成遙信、遙測(cè)、遙視功能。對(duì)于全站實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程電動(dòng)操作的變電站，操作過(guò)程無(wú)人值守，傳統(tǒng)防誤操作設(shè)備使用不便，全部使用后臺(tái)軟件相關(guān)聯(lián)鎖操作軟邏輯的方式進(jìn)行防誤操作。軟邏輯防誤需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行全采集，對(duì)接地線和遮攔等安全技術(shù)措施進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)。目前存在設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)無(wú)法實(shí)時(shí)全部采集的情況，特別是流動(dòng)接地線。

2 常用防誤操作方式及問(wèn)題

2.1 常用防誤操作方式

變電站常規(guī)防誤閉鎖裝置：機(jī)械閉鎖裝置、電氣閉鎖裝置和獨(dú)立微機(jī)防誤裝置。根據(jù)變電站的實(shí)際情況使用不同的閉鎖裝置進(jìn)行組合，實(shí)現(xiàn)變電站防誤閉鎖功能。微機(jī)防誤閉鎖裝置是一種采用計(jì)算機(jī)、測(cè)控及通信等技術(shù)，用于高壓電氣設(shè)備及其附屬裝置防止電氣誤操作的系統(tǒng)，主要由防誤主機(jī)、模擬終端、電腦鑰匙、通信裝置、機(jī)械編碼鎖、電氣編碼鎖、接地鎖和遙控閉鎖裝置等部件組成[1]。微機(jī)防誤閉鎖裝置是將一次模擬圖的信息采集系統(tǒng)和防誤邏輯程序相結(jié)合，將系統(tǒng)中設(shè)備運(yùn)行的實(shí)時(shí)狀態(tài)進(jìn)行切片，并且將模擬操作與防誤操作進(jìn)行結(jié)合。

2.2 目前防誤閉鎖系統(tǒng)存在弊端

首先，防誤閉鎖系統(tǒng)不具備一體化完成操作票自動(dòng)生成、模擬操作、防誤操作邏輯判定的功能；其次，防誤操作系統(tǒng)無(wú)法與帶電指示裝置相結(jié)合，在對(duì)側(cè)帶電或者母線帶電的情況下無(wú)法做出準(zhǔn)確判斷；再次，防誤操作系統(tǒng)無(wú)法將機(jī)械手動(dòng)操作裝置與遙控操作相結(jié)合；最后，絕大部分的防誤閉鎖裝置無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)線路關(guān)聯(lián)的對(duì)側(cè)變電站的運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控，無(wú)法實(shí)現(xiàn)區(qū)域拓?fù)洌斐煞勒`功能的缺失。

2.3 解決防誤閉鎖系統(tǒng)弊端方法

為消除運(yùn)行人員誤操作產(chǎn)生的人身傷亡、設(shè)備損壞事故，解決防誤閉鎖系統(tǒng)存在的弊端需要進(jìn)行以下工作：首先對(duì)日常操作的過(guò)程進(jìn)行全面風(fēng)險(xiǎn)分析；其次解決微機(jī)保護(hù)變電站防誤閉鎖存在的問(wèn)題，主要是設(shè)備狀態(tài)的全采集和接地線的監(jiān)控。如通過(guò)二維碼將操作票、模擬操作、防誤操作進(jìn)行貫通。利用新型傳感器完成各種設(shè)備狀態(tài)的全面采集和信息共享，實(shí)現(xiàn)區(qū)域拓?fù)涞膶?shí)時(shí)性。

3 變電運(yùn)行操作過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)分析

變電站日常操作工作中包含日常巡視、倒閘操作、變電站防腐、變電站清掃、低壓維護(hù)等工作，倒閘操作是將設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行轉(zhuǎn)變的一種行為。變電站日常倒閘操作風(fēng)險(xiǎn)主要包括：操作票錯(cuò)誤、設(shè)備(斷路器、刀閘、二次設(shè)施等)操作錯(cuò)誤、設(shè)備(刀閘、手車等)機(jī)械損壞、誤入帶電間隔等。變電站無(wú)人值守及設(shè)備遠(yuǎn)程遙控操作直接消除了誤操作導(dǎo)致的人身傷害風(fēng)險(xiǎn)，但是防誤功能需要新技術(shù)的支持，新型傳感器可以對(duì)變電站目前沒(méi)有被采集的設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行全面采集，并選擇安全、高速的無(wú)線通訊模式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。通過(guò)風(fēng)險(xiǎn)分析，針對(duì)不同的作業(yè)步驟,傳統(tǒng)模式主要采取的是管理管控、培訓(xùn)教育和個(gè)體防護(hù)措施等方式，這些措施受人為因素的影響較大，以表1為例對(duì)斷路器操作進(jìn)行分析。

表1 變電運(yùn)行倒閘作業(yè)活動(dòng)(斷路器操作)工作危害分析

4 新型防誤操作方式

實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的全面采集，感知設(shè)備是否帶電是防誤操作系統(tǒng)做出正確判斷的必要條件。研究針對(duì)油田電站網(wǎng)的實(shí)際情況，研究實(shí)現(xiàn)變電站各種設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)采集，安全技術(shù)措施接地線設(shè)置狀態(tài)的實(shí)時(shí)采集。結(jié)合變電站一次設(shè)備(開(kāi)關(guān)、刀閘等)的型號(hào)，制定防誤措施。結(jié)合調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)規(guī)約模式，實(shí)現(xiàn)操作票的自生成、模擬操作，與防誤閉鎖功能結(jié)合，提升電網(wǎng)操作的可靠性。

4.1 操作票自動(dòng)生成

如圖1所示，地線或輔助接點(diǎn)的實(shí)時(shí)狀態(tài)通過(guò)云前置服務(wù)與SCADA銜接，并且配置好與SCADA里的設(shè)備的對(duì)應(yīng)關(guān)系，在操作票自動(dòng)生成時(shí)，由三區(qū)的操作票模塊調(diào)用一區(qū)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)SCADA實(shí)時(shí)斷面和拓?fù)潢P(guān)系，由調(diào)度自動(dòng)化的邏輯推理分析模塊成票后返回三區(qū)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

圖1 操作票自動(dòng)生成數(shù)據(jù)傳輸

4.2 倒閘操作軟防誤提醒

軟防誤是利用已知錯(cuò)誤操作方式進(jìn)行軟件上的閉鎖。如圖2所示，手機(jī)APP根據(jù)生成的操作票，每操作一項(xiàng)前通過(guò)掃描現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備二維碼，自動(dòng)識(shí)別設(shè)備上傳至三區(qū)的軟件邏輯防誤操作前置服務(wù)，軟防誤調(diào)用SCADA實(shí)時(shí)斷面及防誤邏輯后，進(jìn)行防誤分析判斷，判斷結(jié)果實(shí)時(shí)返給手機(jī)APP；判斷設(shè)備位置是否正確和是否允許繼續(xù)操作，同時(shí)推送給手機(jī)APP端前一操作是否成功；操作完成時(shí)間、操作人等，通過(guò)軟防誤前置服務(wù)上傳給操作票管理模塊。

4.3 現(xiàn)場(chǎng)操作防誤判斷過(guò)程

如圖3所示，其中SCADA在一區(qū)，軟防誤前置服務(wù)和生產(chǎn)過(guò)程管理服務(wù)器在三區(qū)，云前置和APP前置服務(wù)器均在安全隔離區(qū)，安全隔離區(qū)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)安全隔離裝置分別與一、三區(qū)及互聯(lián)網(wǎng)云端進(jìn)行加密數(shù)據(jù)交互；這樣軟防誤用三區(qū)分析模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)，自動(dòng)生成操作票和模擬操作用一區(qū)分析模塊來(lái)驗(yàn)證實(shí)現(xiàn)。

圖2 軟防誤操作實(shí)現(xiàn)方式

圖3 現(xiàn)場(chǎng)防誤操作工作過(guò)程

5 安全技術(shù)措施和設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控技術(shù)

5.1 接地線的在線采集

在常規(guī)流動(dòng)接地線的接地端頭安裝GPS定位模塊[2]，實(shí)現(xiàn)接地線的定位裝置，針對(duì)變電站內(nèi)的的一次設(shè)備，特別是開(kāi)關(guān)、刀閘成套設(shè)計(jì)造成一點(diǎn)需要裝設(shè)多組接地線的情況，室內(nèi)影響GPS模塊信號(hào)接收，現(xiàn)有的GPS模塊無(wú)法滿足要求，通過(guò)在接地樁上安裝射頻卡(RFID標(biāo)簽[3])，對(duì)接地線的位置進(jìn)行修正，確保變電站內(nèi)開(kāi)關(guān)柜相鄰位置上的安裝位置不會(huì)混淆。變電站接地線與網(wǎng)關(guān)之間采用lora通訊方式；線路及偏遠(yuǎn)簡(jiǎn)易變電站使用4G通訊模塊實(shí)現(xiàn)通訊。數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)用企業(yè)專用通道的4G網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)前置服務(wù)器數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)訪問(wèn)的安全性[4]。接地端采集裝置制作樣品如圖4所示。

圖4 接地極感應(yīng)卡和地線接地端傳感器

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，常規(guī)110 kV 變電站安裝位置接地極：L型固定端42個(gè)，室內(nèi)普通固定端44個(gè)，室外普通固定端27個(gè)。

5.2 設(shè)備狀態(tài)的在線采集

某油田電網(wǎng)設(shè)備無(wú)法實(shí)現(xiàn)全面實(shí)施采集和遠(yuǎn)程遙控操作，如部分接地刀閘和線路刀閘，通過(guò)加裝二次線進(jìn)行狀態(tài)的采集需要布放大量的二次電纜，站內(nèi)應(yīng)用無(wú)線技術(shù)與變電站內(nèi)網(wǎng)關(guān)進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)變電站沒(méi)有實(shí)現(xiàn)觸點(diǎn)采集的各類設(shè)備的采集。圖5為無(wú)源的刀閘狀態(tài)采集傳感器，這類新型傳感器的使用有效減少二次電纜的布放數(shù)量。

圖5 刀閘遙信采集裝置

5.3 將二維碼作為設(shè)備的身份識(shí)別

將變電運(yùn)行設(shè)備的所屬單位、名稱、編號(hào)、類型作為數(shù)據(jù)信息，利用運(yùn)行的生產(chǎn)管理系統(tǒng)自動(dòng)生成唯一的二維碼，并存儲(chǔ)于系統(tǒng)中作為設(shè)備的唯一身份[5,6]。在系統(tǒng)中建立實(shí)物臺(tái)賬，通過(guò)QRCode技術(shù)實(shí)現(xiàn)二維碼圖片生成。在日常操作中使用移動(dòng)終端在每一項(xiàng)操作前對(duì)二維碼進(jìn)行識(shí)別，確認(rèn)操作設(shè)備的正確性，避免誤操作。操作人員在進(jìn)行操作時(shí)首先判斷設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)防誤指示器是否允許，再繼續(xù)進(jìn)行操作，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)二維碼的身份識(shí)別來(lái)實(shí)現(xiàn)防誤操作功能。

6 結(jié)論

通過(guò)新的系統(tǒng)構(gòu)架模式實(shí)現(xiàn)操作票自動(dòng)生成、模擬操作、防誤操作邏輯相結(jié)合的模式；通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和安全技術(shù)措施的全面采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)切片，對(duì)開(kāi)關(guān)柜內(nèi)的母線、變電站的對(duì)側(cè)聯(lián)絡(luò)線帶電指示器狀態(tài)進(jìn)行采集，將設(shè)備帶電狀態(tài)作為防誤操作邏輯判斷條件；應(yīng)用二維碼技術(shù)核對(duì)識(shí)別設(shè)備身份等方式實(shí)現(xiàn)了變電站操作過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)的有效管控。以邏輯閉鎖和手持式終端操作過(guò)程中的安全提示相結(jié)合，對(duì)操作風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行有效識(shí)別和精準(zhǔn)管控，避免了各種誤操作行為的發(fā)生。新型傳感器和通訊技術(shù)的發(fā)展為電力設(shè)備的狀態(tài)全面感知提供了技術(shù)保障，變電站操作過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)的識(shí)別可以通過(guò)實(shí)時(shí)采集和防誤閉鎖、操作提示結(jié)合進(jìn)行全面管控。