智能化變電站防誤閉鎖系統(tǒng)解決方案 - 全文

　　1.引言

　　近幾年隨著智能變電站新技術(shù)的不斷應(yīng)用和推廣，防誤閉鎖問題日益突出，如何解決智能化變電站有效防止誤操作事故的發(fā)生，目前國內(nèi)還未形成統(tǒng)一、規(guī)范的意見及解決方案。本文就智能化變電站防誤閉鎖的全面性、強(qiáng)制性、信息共享等幾個(gè)關(guān)鍵問題及實(shí)現(xiàn)方案進(jìn)行分析和探討。

　　2. 智能化變電站的功能特征

　　智能化變電站的設(shè)計(jì)和建設(shè)，必須在智能電網(wǎng)的背景下進(jìn)行，要滿足智能電網(wǎng)建設(shè)和發(fā)展的要求，體現(xiàn)智能電網(wǎng)信息化、數(shù)字化、自動(dòng)化、互動(dòng)化的特征。智能化變電站應(yīng)當(dāng)具有以下功能特征：

　?。?）緊密聯(lián)結(jié)全網(wǎng)。

　　從智能化變電站在智能電網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)中的位置和作用看，智能化變電站的建設(shè)，要有利于加強(qiáng)全網(wǎng)范圍各個(gè)環(huán)節(jié)間聯(lián)系的緊密性，有利于體現(xiàn)智能電網(wǎng)的統(tǒng)一性，有利于互聯(lián)電網(wǎng)對(duì)運(yùn)行事故進(jìn)行預(yù)防和緊急控制，實(shí)現(xiàn)在不同層次上的統(tǒng)一協(xié)調(diào)控制，成為形成統(tǒng)一堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的關(guān)節(jié)和紐帶。智能化變電站的“全網(wǎng)”意識(shí)更強(qiáng)，作為電網(wǎng)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)和部分，其在電網(wǎng)整體中的功能和作用更加明顯和突出。

　?。?）支撐智能電網(wǎng)。

　　從智能化變電站的自動(dòng)化、智能化技術(shù)上看，智能化變電站的設(shè)計(jì)和運(yùn)行水平，應(yīng)與智能電網(wǎng)保持一致，滿足智能電網(wǎng)安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、高效、清潔、環(huán)保、透明、開放等運(yùn)行性能的要求。在硬件裝置上實(shí)現(xiàn)更高程度的集成和優(yōu)化，軟件功能實(shí)現(xiàn)更合理的區(qū)別和配合。應(yīng)用FACTS技術(shù)，對(duì)系統(tǒng)電壓和無功功率，電流和潮流分布進(jìn)行有效控制。

　?。?）高電壓等級(jí)的智能化變電站滿足特高壓輸電網(wǎng)架的要求。

　　隨著我國電網(wǎng)建設(shè)的迅速發(fā)展，特高壓輸電線路將是構(gòu)成我國智能電網(wǎng)的骨干輸電網(wǎng)架，必須面對(duì)大容量、高電壓帶來的一系列技術(shù)問題。特高壓變電站應(yīng)能可靠地應(yīng)對(duì)和解決在設(shè)備絕緣、斷路開關(guān)等方面的問題，支持特高壓輸電網(wǎng)架的形成和有效發(fā)揮作用。

　　（4）中低壓智能化變電站允許分布式電源的接入。

　　在未來的智能電網(wǎng)中，一個(gè)重要的特征是大量的風(fēng)能、太陽能等間歇性分布式電源的接入。智能化變電站是分布式電源并網(wǎng)的入口，從技術(shù)到管理，從硬件到軟件都必須充分考慮并滿足分布式電源并網(wǎng)的需求。大量分布式電源接入，形成微網(wǎng)與配電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行模式。這使得配電網(wǎng)從單一的由大型注入點(diǎn)單向供電的模式，向大量使用受端分布式發(fā)電設(shè)備的多源多向模塊化模式轉(zhuǎn)變。與常規(guī)變電站相比，智能化變電站從繼電保護(hù)到運(yùn)行管理都應(yīng)做出調(diào)整和改變，以滿足更高水平的安全穩(wěn)定運(yùn)行需要。

　?。?）遠(yuǎn)程可視化。

　　智能化變電站的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與操作運(yùn)行均可利用多媒體技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程可視化與自動(dòng)化，以實(shí)現(xiàn)變電站真正的無人值班，并提高變電站的安全運(yùn)行水平。

　?。?）裝備與設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，模塊化安裝。

　　智能化變電站的一二次設(shè)備進(jìn)行高度的整合與集成，所有的裝備具有統(tǒng)一的接口。建造新的智能化變電站時(shí)，所有集成化裝備的一、二次功能，在出廠前完成模塊化調(diào)試，運(yùn)抵安裝現(xiàn)場(chǎng)后只需進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)、接線，無需大規(guī)模現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。一二次設(shè)備集成后標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，模塊化安裝，對(duì)變電站的建造和設(shè)備的安裝環(huán)節(jié)而言是根本性的變革。可以保證設(shè)備的質(zhì)量和可靠性，大量節(jié)省現(xiàn)場(chǎng)施工、調(diào)試工作量，使得任何一個(gè)同樣電壓等級(jí)的變電站的建造變成簡(jiǎn)單的模塊化的設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)、連接，因而可以實(shí)現(xiàn)變電站的“可復(fù)制性”，大大簡(jiǎn)化變電站建造的過程，而提高了變電站的標(biāo)準(zhǔn)化程度和可靠性。出于以上需求的考慮，智能化變電站必須從硬件到軟件，從結(jié)構(gòu)到功能上完成一個(gè)飛越。

　　3.智能化變電站防誤閉鎖應(yīng)考慮的幾個(gè)關(guān)鍵問題

　　3.1防誤閉鎖的全面性

　　智能化變電站防誤閉鎖的關(guān)鍵點(diǎn)之一是要實(shí)現(xiàn)防誤閉鎖的全面性。如果閉鎖不全面，將不可避免地留下誤操作隱患。全面性主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

　　首先，防誤閉鎖需要覆蓋變電站運(yùn)行、操作、檢修等各個(gè)環(huán)節(jié)，不會(huì)因?yàn)槟硞€(gè)環(huán)節(jié)防誤功能的缺失而對(duì)整個(gè)防誤操作產(chǎn)生影響;

　　其次，防誤閉鎖需要覆蓋所有手動(dòng)和電動(dòng)設(shè)備，不能因?yàn)槟撤N設(shè)備類型少或閉鎖困難就忽略對(duì)某些設(shè)備的閉鎖措施，包括斷路器、隔離開關(guān)等一次設(shè)備和可能產(chǎn)生誤操作的臨時(shí)接地線、網(wǎng)（柜）門等;另外，電氣設(shè)備操作不管是在遠(yuǎn)方、站控層、間隔層還是在設(shè)備級(jí)層上進(jìn)行操作控制，不管是對(duì)單獨(dú)設(shè)備進(jìn)行操作還是程序化操作，都應(yīng)具有防誤閉鎖措施。

　　3.2防誤閉鎖的強(qiáng)制性

　　什么是強(qiáng)制閉鎖，國家電網(wǎng)公司《防止電氣誤操作安全管理規(guī)定》中給出的明確定義是：在設(shè)備的電動(dòng)操作控制回路中串聯(lián)以閉鎖回路控制的接點(diǎn)和鎖具，在設(shè)備的手動(dòng)操控部件上加裝受閉鎖回路控制的鎖具。其要點(diǎn)有兩個(gè)方面，一是高壓設(shè)備的電控回路串接閉鎖接點(diǎn)，手動(dòng)部件裝設(shè)鎖具，二是閉鎖接點(diǎn)或鎖具由閉鎖回路控制。因此，不論閉鎖需要的回路如何實(shí)現(xiàn)，其技術(shù)基礎(chǔ)是閉鎖接點(diǎn)與閉鎖鎖具。

　　在數(shù)字化變電站中，保護(hù)、測(cè)控裝置等二次設(shè)備不再出現(xiàn)常規(guī)功能裝置重復(fù)的I/O 現(xiàn)場(chǎng)接口和二次回路，它直接通過光纖通道和智能操作單元以及合并器相連，也就是說電動(dòng)和手動(dòng)操作的控制回路已經(jīng)下放到了過程層的智能操作單元或者直接放到了智能一次設(shè)備內(nèi)部。針對(duì)這種變化，如何在控制回路中串接閉鎖節(jié)點(diǎn)和在操控部件上加裝閉鎖鎖具以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制性閉鎖功能，將成為一個(gè)新問題。

　　雖然在智能化變電站中，強(qiáng)制閉鎖的實(shí)現(xiàn)遇到了新的問題，但這一要求是必須且不可回避的，完全依靠監(jiān)控系統(tǒng)的邏輯閉鎖軟件來實(shí)現(xiàn)全站的遠(yuǎn)方、就地操作防誤閉鎖功能，存在操作隱患，不能完全解決因監(jiān)控主機(jī)、測(cè)控單元的軟、硬件發(fā)生故障或運(yùn)行人員操作不當(dāng)時(shí)造成的電氣設(shè)備誤動(dòng)問題，雖然解決了閉鎖的邏輯問題，但是滿足不了強(qiáng)制性的要求。

　　3.3防誤閉鎖系統(tǒng)的獨(dú)立性和與其它系統(tǒng)的信息共享問題

　　要保證數(shù)字化變電站中防誤閉鎖的全面性和強(qiáng)制性，就要使防誤閉鎖系統(tǒng)本身具有一定的獨(dú)立性，在自動(dòng)化系統(tǒng)癱瘓，系統(tǒng)不能進(jìn)行遙控操作時(shí)，不能影響就地手動(dòng)操作防誤閉鎖功能的應(yīng)用。防誤閉鎖系統(tǒng)本身的獨(dú)立性和數(shù)字化變電站中強(qiáng)調(diào)的設(shè)備信息共享原則是不矛盾的，由于數(shù)字化變電站各設(shè)備及系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)交互采用統(tǒng)一的IEC61850標(biāo)準(zhǔn)，強(qiáng)調(diào)互聯(lián)與互操作性，所以防誤閉鎖裝置和自動(dòng)化裝置之間數(shù)據(jù)交互不像傳統(tǒng)變電站那樣，缺乏統(tǒng)一通訊標(biāo)準(zhǔn)，互聯(lián)困難的問題已經(jīng)不復(fù)存在，在數(shù)字化變電站中是完全可以做到保持防誤閉鎖裝置獨(dú)立性基礎(chǔ)上的信息統(tǒng)一和共享的。

　　4.智能化變電站防誤閉鎖

　　智能化變電站防誤閉鎖系統(tǒng)完成變電站內(nèi)各種操作的防誤閉鎖，實(shí)現(xiàn)智能變電站防誤閉鎖的強(qiáng)制性和全面性要求，并實(shí)現(xiàn)與監(jiān)控系統(tǒng)站內(nèi)模型信息共享，監(jiān)控系統(tǒng)與防誤閉鎖系統(tǒng)信息交互免配置。系統(tǒng)架構(gòu)如下圖：

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　　系統(tǒng)根據(jù)IEC61850標(biāo)準(zhǔn)三層架構(gòu)體系構(gòu)建，由站控層防誤主機(jī)，間隔層智能防誤裝置，過程層智能閉鎖單元、機(jī)械和電氣鎖具及閉鎖附件，以及電腦鑰匙等組成。防誤主機(jī)、智能防誤裝置、層智能閉鎖單元之間采用的均為IEC61850規(guī)范，主要功能特點(diǎn)如下：

　　4.1系統(tǒng)信息共享

　　由于智能化變電站各設(shè)備及系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)交互采用統(tǒng)一的IEC61850標(biāo)準(zhǔn)，為防誤閉鎖裝置和自動(dòng)化裝置互聯(lián)與互操作性提供了技術(shù)依據(jù)，兩者之間的數(shù)據(jù)交互困難的問題已經(jīng)不復(fù)存在，可以在誤閉鎖裝置獨(dú)立的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)信息統(tǒng)一和共享。實(shí)現(xiàn)方式：間隔層61850智能防誤裝置從監(jiān)控系統(tǒng)獲得全站SCD文件，通過MMS服務(wù)直接從測(cè)控裝置或監(jiān)控主機(jī)獲取五防邏輯需要的實(shí)遙性、遙測(cè)數(shù)據(jù);間隔層智能防誤閉鎖裝置通過MMS服務(wù)為監(jiān)控系統(tǒng)提供網(wǎng)門、地線等手動(dòng)設(shè)備的虛遙性。

　　4.2防誤閉鎖全面性

　　系統(tǒng)根據(jù)IEC61850標(biāo)準(zhǔn)三層架構(gòu)體系構(gòu)建，將基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的智能變電站防誤閉鎖系統(tǒng)劃分為三層，即站控層防誤主機(jī)，實(shí)現(xiàn)站控層防誤;間隔層智能防誤裝置以IEC61850標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，能夠?qū)ξ宸乐鳈C(jī)和監(jiān)控系統(tǒng)提供設(shè)備操作的所有五防功能，包括順控功能，實(shí)現(xiàn)間隔層防誤。過程層基于GOOSE通信的智能閉鎖單元、過程層傳統(tǒng)鎖具實(shí)現(xiàn)過程層防誤。并預(yù)留集控防誤和防誤延伸產(chǎn)品接口。

　　4.3防誤閉鎖強(qiáng)制性

　　為防止過程層網(wǎng)絡(luò)GOOSE報(bào)文錯(cuò)誤或監(jiān)控系統(tǒng)未經(jīng)防誤系統(tǒng)解鎖直接操作智能電動(dòng)開關(guān)設(shè)備而可能導(dǎo)致的誤操作，在過程層上設(shè)置支持GOOSE服務(wù)的智能閉鎖單元，實(shí)現(xiàn)防誤閉鎖的強(qiáng)制性要求，智能閉鎖單元通過將常開接點(diǎn)串接于一次設(shè)備遙控跳合閘回路實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制閉鎖，智能閉鎖單元只有在接收到智能防誤裝置的允許解鎖GOOSE消息，才驅(qū)動(dòng)常開接點(diǎn)閉合，解鎖相關(guān)設(shè)備。智能閉鎖單元也支持就地操作時(shí)使用電能鑰匙對(duì)其進(jìn)行解閉鎖操作。

　　另外對(duì)電動(dòng)設(shè)備的操作機(jī)構(gòu)、匯控柜以及臨時(shí)接地線、網(wǎng)（柜）門等不能進(jìn)行電動(dòng)操作的設(shè)備，加裝機(jī)械和電氣鎖具，通過電腦鑰匙對(duì)其進(jìn)行解閉鎖操作。

　　4.4順控操作

　　順控操作由間隔層61850智能防誤閉鎖裝置和監(jiān)控系統(tǒng)配合完成，智能防誤閉鎖裝置具有良好的互操作性和開放性，本身融合了從權(quán)限管理、唯一操作權(quán)限管理、模擬預(yù)演、實(shí)時(shí)邏輯判定、閉鎖元件五個(gè)方面完整地實(shí)現(xiàn)了對(duì)設(shè)備操作的防誤功能。

　　5.受控站的功能

　　接受到操作任務(wù)后，首先在受控站的監(jiān)控主機(jī)上調(diào)用指令票，指令票經(jīng)系統(tǒng)分析后，發(fā)送給受控站的智能防誤裝置進(jìn)行邏輯驗(yàn)證。驗(yàn)證結(jié)果返回到監(jiān)控主機(jī)進(jìn)行人工確認(rèn)，確認(rèn)通過后，由監(jiān)控主機(jī)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)控制操作。過程：監(jiān)控主機(jī)把要操作的設(shè)備向智能防誤閉鎖裝置發(fā)送解鎖請(qǐng)求，智能防誤閉鎖裝置接收到解鎖請(qǐng)求后，進(jìn)行實(shí)時(shí)防誤邏輯驗(yàn)證，通過后，對(duì)智能閉鎖單元下達(dá)解鎖操作命令，智能閉鎖單元解鎖成功后，智能防誤裝置向監(jiān)控主機(jī)發(fā)送允許操作指令，監(jiān)控主機(jī)接收到指令后向間隔層的測(cè)控裝置下達(dá)遙控執(zhí)行命令。遙控操作完成后，智能防誤閉鎖裝置主動(dòng)對(duì)智能閉鎖單元下達(dá)閉鎖操作命令，恢復(fù)閉鎖。如此自動(dòng)順序進(jìn)行，直到操作結(jié)束。如果操作過程出現(xiàn)事故或異常，系統(tǒng)自動(dòng)停止，由運(yùn)行人員干預(yù)處理。

　　6.監(jiān)控中心的功能

　　接受到操作任務(wù)后，首先在調(diào)度中心的監(jiān)控主機(jī)上調(diào)用指令票，此指令票發(fā)送到受控站的遠(yuǎn)動(dòng)裝置，由受控站的遠(yuǎn)動(dòng)裝置進(jìn)行操作步驟分解。然后發(fā)送給受控站的智能防誤閉鎖裝置進(jìn)行邏輯驗(yàn)證，驗(yàn)證通過后受控站的遠(yuǎn)動(dòng)裝置把操作步驟上送到調(diào)度中心監(jiān)控主機(jī)進(jìn)行人工確認(rèn)。確認(rèn)通過后，由受控站的遠(yuǎn)動(dòng)裝置自動(dòng)實(shí)現(xiàn)控制操作。過程同受控站，兩者不同在于監(jiān)控系統(tǒng)的執(zhí)行對(duì)象發(fā)生了變化，由受控站的監(jiān)控主機(jī)變成了遠(yuǎn)動(dòng)裝置。

　　7.方案的優(yōu)越性

　　防誤系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行，對(duì)其他設(shè)備的運(yùn)行無影響，在其它電氣設(shè)備或系統(tǒng)故障時(shí)，仍可完成防誤閉鎖功能。

　　間隔層智能防誤裝置不但可以實(shí)現(xiàn)間隔層的防誤，把測(cè)控裝置之間的相互通信實(shí)現(xiàn)的閉鎖，轉(zhuǎn)化為由智能防誤裝置來實(shí)現(xiàn)，減輕了系統(tǒng)的復(fù)雜程度和不同廠家測(cè)控互連的難度，以及邏輯變化后或增加間隔層后維護(hù)的難度，還可以實(shí)現(xiàn)順控的防誤閉鎖功能。

　　不僅可以實(shí)現(xiàn)其他防誤周邊產(chǎn)品（高壓帶電顯示閉鎖裝置、接地管理裝置、智能鑰匙管理機(jī)等）無縫融入到全站的防誤系統(tǒng)中，而且還可以方便的接入集控防誤系統(tǒng)，有效地降低了系統(tǒng)造價(jià)，避免重復(fù)投資，提高投入產(chǎn)出比。

　　8.總結(jié)

　　上述方案從防誤操作的強(qiáng)制性與全面性原則出發(fā)，防誤系統(tǒng)在各層保持獨(dú)立性的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了不同層次的全面閉鎖，包含站控層、監(jiān)控中心/集控中心的順控操作防誤。智能閉鎖單元和常規(guī)鎖具的使用實(shí)現(xiàn)了過程層操作防誤的強(qiáng)制閉鎖功能。此方案在部分智能變電站得到實(shí)施驗(yàn)證，得到用戶的高度好評(píng)，是目前全面而完善的智能化變電站防誤閉鎖系統(tǒng)解決方案。