變電站自動化五防系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用

變電站自動化五防系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用

電力誤差運行的事故是電氣系統(tǒng)頻繁發(fā)生的事故之一。電氣誤操作主要是由運行值班人員、檢修人員的誤操作造成的。因此防止電氣誤操作閉鎖裝置就成了生產(chǎn)中急需解決的重大技術(shù)問題。2011年初,上海電網(wǎng)首座監(jiān)控中心——楊高監(jiān)控中心成立,隨后瀘定變電站被規(guī)劃為上海第一座220kV智能變電站,標志著上海電網(wǎng)逐步向大集控、智能化方向發(fā)展。大運行的生產(chǎn)模式對五防系統(tǒng)提出了更高的要求。獨立的五防系統(tǒng)雖然在一定程度上能夠避免運行人員發(fā)生誤操作,但是運行人員可能利用手中的電腦鑰匙,將所有的網(wǎng)門打開操作,其中可能會發(fā)生跳步、漏步,埋下安全隱患。另外,鑒于有的老舊變電站樓房樓層較高,主控室位于頂層,有時當操作完開關(guān)后,運行值班人員為了節(jié)省體力避免上下奔走,沒有檢查開關(guān)實際位置,直接進行下一步操作,因此五防有著一定缺陷。變電站自動化系統(tǒng)的構(gòu)成超高壓變電站中使用的自動化系統(tǒng)可以細分為多個功能模塊,最重要的功能是控制和監(jiān)控?？刂剖窃谙到y(tǒng)中,為某一特定目的而執(zhí)行的操作。在變電站中,控制包括針對斷路器、刀開關(guān)和變壓器分級頭的調(diào)節(jié)、特殊控制。監(jiān)控是通過對系統(tǒng)或設(shè)備進行連續(xù)、定期的檢測來核實功能是否被正確執(zhí)行,并使得其工作狀況適應(yīng)于變化的運行要求。國際電工委員會在制定IEC61850變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)標準時,把變電站自動化系統(tǒng)的功能在邏輯上分為站控層、間隔層(或單元層)和過程層,這3個層次分別通過邏輯接口1～9建立通信,如圖1所示。為了解決上述問題,并且滿足變電站五防的要求,就需將五防系統(tǒng)與變電站自動化系統(tǒng)結(jié)合起來,開發(fā)出存在于變電站自動化系統(tǒng)中的五防子系統(tǒng),將其與現(xiàn)場布線式單元電氣閉鎖相結(jié)合。五防子系統(tǒng),即用于實現(xiàn)五防閉鎖的功能模塊及由相應(yīng)的電腦鑰匙、鎖具等構(gòu)成的子系統(tǒng)。五防子系統(tǒng)需要與變電站自動化系統(tǒng)之間的固定接口進行通信聯(lián)系。運行人員在自動化后臺的每一步的操作,必須確保在五防的監(jiān)控閉鎖下。變電站自動化五防子系統(tǒng)由站控層防誤和間隔層防誤構(gòu)成,如圖2所示。Goose以高速點對點通信為基礎(chǔ),為整個變電站IEC61850邏輯節(jié)點間的通信提供了快速、高效和可靠的方法。Goose通信不經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層,簡化了報文的封裝、解碼等過程,該技術(shù)還采用了以太網(wǎng)交換方式,使用了正優(yōu)先級標志虛擬,保證了報文傳輸?shù)膶崟r性。該技術(shù)還包含有效性檢查以及消息的丟失、檢查和重發(fā)機制所需的各種信息,以保證接收方能夠?qū)邮盏降男畔⑦M行驗證,隨后才能執(zhí)行相關(guān)的操作。220接地刀開關(guān)防誤控制現(xiàn)以某條220kV線路具體說明五防子系統(tǒng)與現(xiàn)場布線式單元電氣閉鎖的工作情況。該線路的一次接線方式如圖3所示。按照圖4的該線路二次回路圖,運行人員對220kV線路I母線刀開關(guān)進行操作前,首先在后臺機上確認該條220kV線路開關(guān)、開關(guān)母線側(cè)接地刀開關(guān)和開關(guān)線路側(cè)接地刀開關(guān)是否均在分位,為了防止開關(guān)出線三相不一致,在二次回路上分別串接了開關(guān)A、B、C三相的觸點。如果該220kV線路Ⅱ母線刀開關(guān)在分閘位置,由Ⅱ母線刀開關(guān)引入的常閉輔助觸點閉合,此時站控層的邏輯閉鎖、間隔層的邏輯閉鎖和電氣設(shè)備的閉鎖同時進行防誤控制。只要1KS中1、2觸點接通,I母線刀開關(guān)即可在遠方監(jiān)控操作;而當運行人員需要在現(xiàn)場拉合I母線刀開關(guān)時,只需將1KS中的3、4和5、6兩對觸點全部接通,手按合閘按鈕SB1HA或分閘按鈕SB1FA,就可以在就地端子箱完成操作。如果在操作過程中發(fā)生問題,一旦運行人員按下停止按鈕SB1TA,該母線刀開關(guān)的直流操作回路就被切斷,操作停止。根據(jù)圖5接地刀開關(guān)電磁鎖二次回路圖,可以分析出,當該出線開關(guān)三相同時在分位,并且I母、Ⅱ母和線路刀開關(guān)在分閘位置時,間隔層的邏輯閉鎖(SCADA觸點)在遠方操作時即可完成對開關(guān)母線側(cè)和開關(guān)線路側(cè)接地刀開關(guān)的防誤控制。而當監(jiān)控后方需要對線路刀開關(guān)進行操作時,除了出線開關(guān)三相同時在分位外,還將串接線路電壓互感器引入的電壓繼電器觸點、線路刀開關(guān)和旁路刀開關(guān)的輔助觸點,在上述條件下,構(gòu)成了站控層的防誤控制,此時SCADA開放相關(guān)后臺,允許對線路接地刀開關(guān)進行操作。測控單元-智能終端的控制原理基于Goose技術(shù)的五防閉鎖如圖6所示。通過Goose信號將后臺五防與測控裝置以及智能終端緊密聯(lián)系起來,實現(xiàn)相應(yīng)的閉鎖。通過測控裝置之間的Goose閉鎖邏輯來實現(xiàn)間隔層的聯(lián)鎖,必須由測控裝置提供閉鎖觸點,串接在對應(yīng)的斷路器、刀開關(guān)的操作回路中。后臺的五防系統(tǒng)在經(jīng)過操作票預(yù)演后,形成五防操作票對應(yīng)的操作序列。后臺系統(tǒng)在操作票序列激活后僅僅開放操作票中相應(yīng)的對象,并針對該對象產(chǎn)生兩個虛擬信號,分別為操作票序列中所允許的信號、后臺五防邏輯是否滿足的信號。上述兩個信號通過Goose技術(shù)傳輸至測控裝置,一旦測控裝置收到信號后,將其放在邏輯比較環(huán)節(jié),驗證成功后開放操作對象的操作回路。與傳統(tǒng)五防相比,基于Goose技術(shù)的五防閉鎖最大的特點在于引入了智能終端的概念。在圖6中,智能終端可以與測控單元進行Goose信號的收發(fā)聯(lián)系。一方面采集本間隔的斷路器、刀開關(guān)等位置信息并上傳至測控單元,另一方面接受測控單元發(fā)送的操作允許的Goose信息。測控單元所對應(yīng)的智能終端針對每一個操作對象,提供其分合閘的閉鎖觸點,并串接在操作回路中。當智能終端接收到測控裝置發(fā)送的所對應(yīng)對象的Goose觸點信號后,開放相關(guān)回路進行操作,保證了信息的安全穩(wěn)定性。當然,GPS對時問題是Goose技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵。一旦GPS發(fā)生同步時鐘丟失,將導(dǎo)致傳輸?shù)膱笪陌l(fā)生數(shù)據(jù)錯位,最終將影響到發(fā)送接收方對于報文數(shù)據(jù)的讀取。因此目前智能變電站的對時方面,分別采取硬脈沖和網(wǎng)絡(luò)對時,進一步提高同步進度。自動化系統(tǒng)組成的安全性分析通過介紹綜合自動化五防子系統(tǒng)和基于Goose技術(shù)的五防閉鎖,可見無論采取何種方式操作,都能有效地實現(xiàn)防誤閉鎖功能。特別是刀開關(guān)、接地刀開關(guān)的操作,可以直接在監(jiān)控后臺實現(xiàn),為以后超高壓公司大集控模式的開展帶來了很大的方便。在防閉鎖過程中遇到的問題為:①站控層或者間隔層的操作過程中,都需要電氣設(shè)備的實時對位信息。若不一致,將影響本條回路的操作。②自動化系統(tǒng)對于設(shè)備通信有著較高的要求,若發(fā)生通信故障,將影響電氣設(shè)備實時信息的上傳。③發(fā)生站控層和間隔層同時退出的情形,只能通過設(shè)備的電氣閉鎖回路實現(xiàn)防誤功能,此時安全性和可靠性都下降。④電氣閉鎖的使用,會串接和并接相當數(shù)量的輔助觸點,只要有一個觸點發(fā)生故障,將會導(dǎo)致整個閉鎖回路斷開,出現(xiàn)誤閉鎖現(xiàn)象。⑤由于變電站的五防閉鎖邏輯復(fù)雜、嚴謹,經(jīng)過五防改造的變電站,