順序控制操作在110kV變電站中的應(yīng)用研究

摘 要：本文旨在探討如何通過(guò)順序控制操作來(lái)提高變電站的運(yùn)行效率。本文針對(duì)順序控制操作對(duì)一次設(shè)備、二次設(shè)備、監(jiān)控系統(tǒng)及操作軟件的技術(shù)要求，分析智能變電站與常規(guī)變電站在防誤閉鎖方面的異同。提出順序控制操作方案并優(yōu)化相關(guān)方案，重點(diǎn)分析防誤系統(tǒng)及雙確認(rèn)機(jī)制的優(yōu)化方法，以降低操作風(fēng)險(xiǎn)，提高系統(tǒng)可靠性。研究結(jié)論表明，合理的順序控制操作方案顯著提高了變電站的操作安全性，減少了誤操作的可能性。本文為110kV變電站的順序控制操作提供了技術(shù)支持，促進(jìn)了電力系統(tǒng)的智能化、自動(dòng)化發(fā)展，提高了電力輸配的安全性、可靠性。

關(guān)鍵詞：順序控制操作；防誤閉鎖；斷路器雙確認(rèn)

中圖分類(lèi)號(hào)：TM 63" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

隨著電網(wǎng)規(guī)模擴(kuò)大以及智能化程度提高，變電站的操作復(fù)雜性也隨之增加。順序控制操作作為一種有效的管理手段，通過(guò)精確控制設(shè)備操作順序，能夠有效避免誤操作，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。然而，現(xiàn)有的順序控制操作在實(shí)際應(yīng)用中存在設(shè)備間的協(xié)調(diào)性不足、操作軟件的適應(yīng)性不足以及防誤閉鎖機(jī)制不完善等問(wèn)題。這些問(wèn)題的存在不僅影響了操作的安全性，還可能導(dǎo)致電力供應(yīng)的中斷甚至設(shè)備損壞。為解決這一問(wèn)題，研究人員通過(guò)系統(tǒng)分析與技術(shù)改進(jìn)，提高順序控制操作的有效性，進(jìn)而保障電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

1 順序控制操作的技術(shù)要求

1.1 順序控制操作對(duì)一次設(shè)備的技術(shù)要求

順序控制操作對(duì)110kV變電站的一次設(shè)備提出了嚴(yán)格的技術(shù)要求，這些要求旨在確保設(shè)備操作的安全性、準(zhǔn)確性、可靠性。一方面，所有一次設(shè)備必須配備遙控操作機(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，確保操作人員能夠在安全距離內(nèi)對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制，降低操作風(fēng)險(xiǎn)。遙控系統(tǒng)應(yīng)具備高可靠性，以保證當(dāng)電網(wǎng)負(fù)荷變化或外部環(huán)境變化時(shí)，仍能穩(wěn)定運(yùn)行。另一方面，為確保一次操作準(zhǔn)確完成，設(shè)備需要使用雙位置輔助接點(diǎn)[1]。這一設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于雙位置接點(diǎn)能夠?qū)崟r(shí)反饋設(shè)備的實(shí)際操作狀態(tài)，確保接點(diǎn)位置與設(shè)備實(shí)際位置一致，從而有效避免因信息不對(duì)稱(chēng)而導(dǎo)致的誤操作。此外，設(shè)備需要集成完善的電氣五防閉鎖功能，即防誤操作、防誤合閘、防誤斷電、防誤顯示、防誤傳輸。這些閉鎖功能能夠在不同操作情況下提供必要的安全保障，確保在任何時(shí)候，設(shè)備的操作都受到嚴(yán)格控制，減少人為失誤的可能性。當(dāng)從順序控制操作轉(zhuǎn)換至檢修狀態(tài)時(shí)，相關(guān)一次設(shè)備應(yīng)配備帶自檢功能的三相帶電顯示儀及其二次回路。該設(shè)備的設(shè)計(jì)旨在實(shí)現(xiàn)三相驗(yàn)電，確保在檢修前能準(zhǔn)確判斷設(shè)備的帶電狀態(tài)，避免因操作失誤造成的安全隱患。

1.2 順序控制操作對(duì)二次設(shè)備的技術(shù)要求

繼電保護(hù)與安全自動(dòng)裝置等智能電子設(shè)備（IED）的軟壓板應(yīng)具備遙控投退功能，該功能允許操作人員在遠(yuǎn)程對(duì)保護(hù)設(shè)備進(jìn)行管理，極大提高了操作的靈活性。同時(shí)，這些設(shè)備必須具備可靠的狀態(tài)返校功能，即當(dāng)設(shè)備狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，能夠及時(shí)將其狀態(tài)反饋至監(jiān)控系統(tǒng)。此外，繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置的定值區(qū)應(yīng)可遙控切換，并且定值區(qū)號(hào)能夠上傳至監(jiān)控后臺(tái)并參與設(shè)備組態(tài)。定值區(qū)的遙控切換功能允許操作人員根據(jù)電網(wǎng)的運(yùn)行情況靈活調(diào)整保護(hù)定值，以適應(yīng)不同的負(fù)荷。定值信號(hào)的上傳不僅有助于操作記錄的管理，還能夠在設(shè)備組態(tài)中提供必要的信息支持，確保電網(wǎng)運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性。

2 順序控制操作的防誤閉鎖

2.1 智能變電站的防誤閉鎖

智能變電站中的五防系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)通常是獨(dú)立的數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接實(shí)現(xiàn)遙控閉鎖以及信息傳遞[2]。因此，系統(tǒng)需要具備較高的可靠性，以確保在各種情況下都能有效執(zhí)行防誤閉鎖功能?？煽啃杂?jì)算如公式（1）所示。

（1）

式中：R為系統(tǒng)的整體可靠性指標(biāo)；Cs為站控層五防的可靠性系數(shù)；Ci為間隔層五防的可靠性系數(shù)；Cm為機(jī)械五防鎖具的可靠性系數(shù)，上述三項(xiàng)參數(shù)的取值范圍為0～1，數(shù)值越高代表可靠性越高；Pf為系統(tǒng)故障概率，其取值范圍為0～1，該值越小，系統(tǒng)越可靠；Le為通信故障影響因子，取值范圍為0～1，數(shù)值越小代表系統(tǒng)可靠性越高；Co為操作人員誤操作概率，其取值范圍為0～1，數(shù)值越小代表系統(tǒng)可靠性越高。

通過(guò)計(jì)算公式（1）中的各項(xiàng)系數(shù)，可以評(píng)估五防系統(tǒng)在特定情況下的整體可靠性。在公式（1）中，越高的R值代表系統(tǒng)越可靠，能有效防止誤操作。具體實(shí)踐中，研究人員通過(guò)分析Pf、Le以及Co的變化，識(shí)別系統(tǒng)的潛在風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，從而采取相應(yīng)的管理措施。在實(shí)際運(yùn)行中，定期監(jiān)測(cè)各項(xiàng)指標(biāo)并計(jì)算能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)性能的變化趨勢(shì)，確保設(shè)備安全、穩(wěn)定運(yùn)行（詳見(jiàn)表1）。

本次研究中，智能變電站的五防系統(tǒng)采用“過(guò)程中校驗(yàn)”模式，這種模式不僅提高了工作效率，還要求系統(tǒng)具備更強(qiáng)大的功能以及更廣泛的防誤范圍。具體來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)的內(nèi)容更全面，能夠在操作過(guò)程中對(duì)每一個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，確保每項(xiàng)操作的安全性。其代碼片段如下。

class SafetySystem：

def __init__（self）：

self.is_safe = True

def monitor_operation（self， operation）：

# 假設(shè)每個(gè)操作都有一個(gè)安全檢查函數(shù)

if not self.check_safety（operation）：

self.is_safe =

print（f\"警告：操作 {operation} 不安全！\"）

self.trigger_alarm（）

else：

print（f\"操作 {operation} 安全通過(guò)。\"）

def check_safety（self， operation）：

# 這里可以添加更復(fù)雜的安全檢查邏輯

return operation ！= \"危險(xiǎn)操作\"

def trigger_alarm（self）：

print（\"觸發(fā)警報(bào)！請(qǐng)立即檢查系統(tǒng)\"）

具體使用過(guò)程中，研究人員創(chuàng)建一個(gè)SafetySystem對(duì)象并使用monitor_operation方法來(lái)檢查每個(gè)操作的安全性。將具體的操作替換為真實(shí)的操作類(lèi)型，擴(kuò)展check_safety方法，以實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的校驗(yàn)邏輯。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)調(diào)整操作列表來(lái)模擬不同場(chǎng)景下的操作安全性監(jiān)測(cè)。

2.2 智能變電站與常規(guī)變電站間隔層的異同

常規(guī)變電站的電氣聯(lián)鎖系統(tǒng)主要依賴(lài)傳統(tǒng)的硬件接線(xiàn)，這種方式通過(guò)在設(shè)備控制回路中串接輔助硬接點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)閉鎖。這種方法雖然在一定程度上保證了聯(lián)鎖功能，但是硬接點(diǎn)的數(shù)量多，接線(xiàn)復(fù)雜，因此會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的靈活性降低。與之相對(duì)，智能變電站的五防邏輯存儲(chǔ)在測(cè)控裝置中，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)獲取閉鎖信息，實(shí)現(xiàn)了就地操作閉鎖。這種軟件化的處理方式使系統(tǒng)更靈活，可以適應(yīng)不同的操作需求，并大幅度簡(jiǎn)化了接線(xiàn)。而在結(jié)構(gòu)復(fù)雜性方面，由于常規(guī)變電站大量使用硬接點(diǎn)，因此導(dǎo)致接線(xiàn)較為煩瑣，增加了故障發(fā)生的概率，同時(shí)當(dāng)檢修以及故障排查時(shí)，復(fù)雜的接線(xiàn)也使定位問(wèn)題變得困難[3]。而智能變電站的五防閉鎖采用簡(jiǎn)單的電氣接點(diǎn)，這不僅減少了接線(xiàn)的數(shù)量，也便于故障的排查和維護(hù)，提高了整體運(yùn)行效率。

3 順序控制操作方案優(yōu)化

3.1 防誤系統(tǒng)的改進(jìn)

本次研究中，通過(guò)引入獨(dú)立的順控系統(tǒng)，并結(jié)合先進(jìn)的防誤技術(shù)，整個(gè)電站的操作安全性和可靠性得到了顯著提高。新的順控系統(tǒng)采用“順控網(wǎng)關(guān)機(jī)+順控服務(wù)器”的架構(gòu)，與傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)分離。這種獨(dú)立性使順控系統(tǒng)不再受監(jiān)控系統(tǒng)的影響，從而減少了潛在的干擾以及故障風(fēng)險(xiǎn)（如圖1所示）。

具體實(shí)踐中，監(jiān)控主機(jī)通過(guò)遠(yuǎn)動(dòng)網(wǎng)關(guān)機(jī)向順控服務(wù)器傳送數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)防誤閉鎖功能。這一機(jī)制確保了在進(jìn)行操作前，系統(tǒng)能進(jìn)行充分的狀態(tài)檢查，防止因錯(cuò)誤的操作指令導(dǎo)致的安全事故。同時(shí)，公用測(cè)控系統(tǒng)負(fù)責(zé)采集隔離開(kāi)關(guān)姿態(tài)傳感器的數(shù)據(jù)，為防誤系統(tǒng)提供了必要的實(shí)時(shí)信息，進(jìn)一步增強(qiáng)了操作的安全性。此外，該系統(tǒng)中還嵌入了“雙確認(rèn)”機(jī)制，在操作過(guò)程中，系統(tǒng)會(huì)同時(shí)進(jìn)行模擬預(yù)演與指令執(zhí)行的防誤閉鎖校驗(yàn)。通過(guò)這種方式降低因誤操作或信息不一致導(dǎo)致發(fā)生事故的概率。

3.2 斷路器雙確認(rèn)的改進(jìn)

本次研究中，智能變電站“雙確認(rèn)”機(jī)制采用了“位置遙信+遙測(cè)量”作為2種識(shí)別依據(jù)。這種選擇體現(xiàn)了對(duì)電氣設(shè)備狀態(tài)的全面監(jiān)控，確保在斷路器的操作過(guò)程中，能夠充分了解其當(dāng)前狀態(tài)。該系統(tǒng)中，主判據(jù)為位置遙信，即通過(guò)分合雙位置輔助接點(diǎn)來(lái)獲取數(shù)據(jù)信息。斷路器的分合狀態(tài)由這些輔助接點(diǎn)直接反饋，分開(kāi)采集相操作斷路器的實(shí)際位置。輔助判據(jù)為遙測(cè)量，本次研究中引入三相電壓和三相電流的遙測(cè)量。這些數(shù)據(jù)通過(guò)接入測(cè)控裝置的母線(xiàn)電壓互感器（PT）以及線(xiàn)路電流互感器（CT）來(lái)獲取。這種判據(jù)不僅提供了電氣特性，還能反映斷路器在不同負(fù)載條件下的運(yùn)行狀態(tài)。此外，研究人員考慮在一些情況下，電壓或電流數(shù)據(jù)因各種原因難以采集[4]。針對(duì)這一問(wèn)題，110kV智能變電站還設(shè)計(jì)了帶電顯示器作為備用的輔助判據(jù)。在特殊情況下，當(dāng)上述輔助條件無(wú)法滿(mǎn)足時(shí)，運(yùn)維人員可以通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)判斷斷路器的實(shí)際位置，忽略遙測(cè)量進(jìn)行操作。這種靈活性確保當(dāng)設(shè)備或系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，運(yùn)維人員仍能及時(shí)作出決策，確保供電的連續(xù)性。

在雙確認(rèn)邏輯方面，只有當(dāng)這2個(gè)判據(jù)都符合預(yù)設(shè)條件時(shí)，才允許斷路器進(jìn)行操作。其中，電壓判據(jù)的門(mén)檻值為0.4U、0.15U（U為基準(zhǔn)電壓值），前者為有壓狀態(tài)，后者為無(wú)壓狀態(tài)。該設(shè)置能夠確保當(dāng)電壓未達(dá)到安全范圍時(shí)，系統(tǒng)不會(huì)誤認(rèn)為斷路器處于可操作狀態(tài)，從而有效防止因電壓不穩(wěn)定而導(dǎo)致的操作失誤。電流判據(jù)的門(mén)檻值則根據(jù)斷路器的額定電流以及現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際配置進(jìn)行調(diào)整。這種根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置的門(mén)檻值，確保了系統(tǒng)在不同負(fù)載條件下都能準(zhǔn)確判斷斷路器的狀態(tài)，進(jìn)一步增強(qiáng)了系統(tǒng)的適應(yīng)性。其代碼片段如下。

class CircuitBreaker：

def __init__（self， rated_current， voltage）：

self.rated_current = rated_current" # 斷路器額定電流

self.voltage = voltage" " " " " " " " # 當(dāng)前電壓

def is_operable（self， current）：

# 計(jì)算電壓判據(jù)

voltage_threshold_on = 0.4 * self.voltage

voltage_threshold_off = 0.15 * self.voltage

# 電流判據(jù)

current_threshold = self.rated_current * 0.8" # 設(shè)定電流閾值為額定電流的80%

# 檢查條件

if （voltage_threshold_off lt; self.voltage lt; voltage_threshold_on） and （current lt; current_threshold）：

return True" # 允許操作

return" "# 不允許操作

上述代碼中，定義一個(gè)CircuitBreaker類(lèi)，構(gòu)造函數(shù)接收斷路器的額定電流和電壓。其中，將voltage_threshold_on設(shè)置為電壓的40%，代表有壓狀態(tài)的閾值。將voltage_threshold_off設(shè)置為電壓的15%，代表無(wú)壓狀態(tài)的閾值。具體操作中，使用is_operable方法來(lái)檢查當(dāng)前電壓、電流是否在安全范圍內(nèi)。只有當(dāng)電壓大于無(wú)壓狀態(tài)閾值、小于有壓狀態(tài)閾值并且電流小于設(shè)定的電流閾值時(shí)，返回True，允許操作；否則返回。創(chuàng)建CircuitBreaker的實(shí)例并傳入?yún)?shù)，并調(diào)用is_operable方法檢查當(dāng)前的電流是否在安全范圍內(nèi)，并輸出結(jié)果。

3.3 隔離開(kāi)關(guān)雙確認(rèn)的改進(jìn)

本次研究中，相關(guān)工作人員考慮不同判據(jù)的優(yōu)缺點(diǎn)，最終選擇了傳感器判據(jù)，而不是圖像識(shí)別判據(jù)。傳感器判據(jù)通過(guò)在隔離開(kāi)關(guān)的一次運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)上加裝傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)，這些傳感器能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)隔離開(kāi)關(guān)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，從而增強(qiáng)狀態(tài)檢測(cè)的準(zhǔn)確性。實(shí)際工作中，傳感器能夠提供更直接的物理反饋，降低因光照、天氣等環(huán)境因素而導(dǎo)致的誤判風(fēng)險(xiǎn)。相比之下，圖像識(shí)別判據(jù)容易受到攝像頭角度、光線(xiàn)變化等因素的影響，導(dǎo)致準(zhǔn)確性降低[5]。此外，傳感器能夠持續(xù)監(jiān)測(cè)狀態(tài)變化，及時(shí)反饋信息，使運(yùn)維人員能夠第一時(shí)間掌握隔離開(kāi)關(guān)的真實(shí)狀態(tài)。通過(guò)與遙信位置結(jié)合，傳感器提供的數(shù)據(jù)可以作為輔助判據(jù)，進(jìn)一步確認(rèn)隔離開(kāi)關(guān)的狀態(tài)，提高整體系統(tǒng)的安全性。

盡管圖像識(shí)別判據(jù)也作為輔助判據(jù)的一種實(shí)現(xiàn)方式，但是其準(zhǔn)確性受環(huán)境因素的影響，研究人員最終決定不采用該方案。圖像識(shí)別需要采用視頻監(jiān)控設(shè)備來(lái)捕捉隔離開(kāi)關(guān)的狀態(tài)，但攝像頭在惡劣天氣下的表現(xiàn)不佳，且故障率相對(duì)較高。當(dāng)變電站選擇傳感器判據(jù)時(shí)，充分考慮了操作的可靠性以及運(yùn)行效率。采用傳感器不僅能夠提高狀態(tài)檢測(cè)的準(zhǔn)確性，還能減少誤操作的可能性，確保在高壓電力環(huán)境中操作的安全性。

4 結(jié)語(yǔ)

在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中，順序控制操作是確保設(shè)備安全、高效運(yùn)行的重要手段，尤其是在110kV變電站等關(guān)鍵設(shè)施中。順序控制不僅要遵循一次設(shè)備、二次設(shè)備的技術(shù)要求，還需要有效的防誤閉鎖機(jī)制來(lái)避免誤操作。隨著智能變電站發(fā)展，防誤閉鎖系統(tǒng)以及控制方案的優(yōu)化成為提高系統(tǒng)可靠性的關(guān)鍵因素。通過(guò)本次研究，得出以下結(jié)論。1）順序控制操作要嚴(yán)格遵循一次設(shè)備、二次設(shè)備的技術(shù)要求，以確保設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中的協(xié)調(diào)性與穩(wěn)定性。一方面，設(shè)備的選型及配置應(yīng)滿(mǎn)足操作的準(zhǔn)確性要求；另一方面，二次設(shè)備的監(jiān)控與反饋系統(tǒng)需要具備高靈敏度，以實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備狀態(tài)的全面監(jiān)控。2）在智能變電站中，防誤閉鎖機(jī)制的有效性是確保操作安全的基礎(chǔ)。通過(guò)引入智能化防誤系統(tǒng)，可以顯著降低誤操作的風(fēng)險(xiǎn)。這種系統(tǒng)需要與傳統(tǒng)變電站的操作流程進(jìn)行有效對(duì)接，確保在不同環(huán)境下都能實(shí)現(xiàn)對(duì)操作安全的嚴(yán)格把控。3）針對(duì)順序控制操作的方案優(yōu)化，特別是在斷路器與隔離開(kāi)關(guān)的雙確認(rèn)機(jī)制方面，通過(guò)優(yōu)化判據(jù)，增強(qiáng)狀態(tài)檢測(cè)的準(zhǔn)確性，可以有效提高操作的安全性。

參考文獻(xiàn)

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