在線式防誤操作在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用

在線式防誤操作在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用

電力站是能源系統(tǒng)的重要組成部分，在轉(zhuǎn)型、投資和切割負(fù)荷等重要任務(wù)中發(fā)揮著重要作用。這種可靠性和穩(wěn)定性直接關(guān)系到電網(wǎng)的安全。由于站內(nèi)隔離開(kāi)關(guān)、斷路器、接地開(kāi)關(guān)較多,線路復(fù)雜,如果管理不當(dāng),很容易造成誤操作。變電站的電氣誤操作可能造成大面積停電、設(shè)備損壞、人身傷亡,甚至引起電網(wǎng)振蕩瓦解等嚴(yán)重后果。防誤操作是運(yùn)行人員防止事故的關(guān)鍵,防誤操作系統(tǒng)(又稱“五防”系統(tǒng))是防止電氣誤操作的必備技術(shù)手段,是自動(dòng)化變電站系統(tǒng)不可或缺的重要組成部分。1變電站五防子系統(tǒng)的發(fā)展歷程為了有效防止運(yùn)行電氣設(shè)備誤操作引發(fā)的人身和重大設(shè)備事故,原水利電力部于1980年將防止電氣誤操作事故列為電力生產(chǎn)急需解決的重大技術(shù)問(wèn)題。并在1990年提出了電氣設(shè)備“五防”的要求,并以法規(guī)形式規(guī)定了電氣防誤的管理、運(yùn)行、設(shè)計(jì)和使用原則?！拔宸馈毕抵?1)防止帶負(fù)荷誤拉、誤合隔離開(kāi)關(guān);2)防止誤拉、誤合斷路器;3)防止帶地線或接地開(kāi)關(guān)合閘;4)防止帶電掛接地線或合接地閘刀;5)防止誤入帶電間隔。防誤裝置的設(shè)計(jì)原則是:凡有可能引起誤操作的高壓電氣設(shè)備,均應(yīng)裝設(shè)防誤裝置和相應(yīng)的防誤電氣閉鎖回路。文獻(xiàn)的第二章“防止電氣誤操作事故”第2.5條明確規(guī)定:采用計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)時(shí),遠(yuǎn)方、就地操作,均應(yīng)具備防誤閉鎖功能。自倡導(dǎo)實(shí)施五防技術(shù)措施以來(lái),隨著電網(wǎng)的不斷發(fā)展,技術(shù)的不斷更新,防誤裝置得到不斷改進(jìn)和完善。根據(jù)技術(shù)的不同,變電站防誤閉鎖技術(shù)大致可以分為常規(guī)防誤閉鎖和微機(jī)型防誤閉鎖。在國(guó)內(nèi)出現(xiàn)的常規(guī)防誤閉鎖方式主要有4種:機(jī)械閉鎖、程序鎖、電氣聯(lián)鎖和電磁鎖。這些閉鎖方式在防誤工作中發(fā)揮了積極作用,然而缺點(diǎn)顯而易見(jiàn),防誤功能也都有很大的局限性。20世紀(jì)90年代,微機(jī)技術(shù)進(jìn)入了防誤閉鎖領(lǐng)域,國(guó)內(nèi)電氣設(shè)備廠相繼推出了微機(jī)防誤閉鎖裝置。經(jīng)過(guò)10多年的發(fā)展,這些微機(jī)防誤閉鎖裝置已逐漸成熟,并已在電力系統(tǒng)中廣泛推廣。微機(jī)防誤系統(tǒng)通過(guò)軟件將現(xiàn)場(chǎng)大量的二次閉鎖回路變?yōu)殡娔X中的五防閉鎖規(guī)則庫(kù),實(shí)現(xiàn)了防誤閉鎖的數(shù)字化,并可以實(shí)現(xiàn)以往不能實(shí)現(xiàn)或者是很難實(shí)現(xiàn)的防誤功能(如:對(duì)誤入帶電間隔、接地線的掛接、拆除等),可以說(shuō)是變電站防誤閉鎖技術(shù)的一次飛躍。由于微機(jī)防誤閉鎖系統(tǒng)與變電站自動(dòng)化系統(tǒng)通常采用有縫連接的方式,存在工程量大、維護(hù)難、責(zé)任不明、不易擴(kuò)展、圖形與數(shù)據(jù)相互獨(dú)立等不足。目前國(guó)內(nèi)變電站一體化五防子系統(tǒng)得到了推廣應(yīng)用,一體化五防系統(tǒng)由站控層防誤和間隔層防誤兩層構(gòu)成,站控層防誤包括防誤閉鎖軟件系統(tǒng)、電腦鑰匙及鎖具,間隔層防誤是由測(cè)控裝置的軟件邏輯閉鎖來(lái)完成。一體化五防子系統(tǒng)與變電站自動(dòng)化系統(tǒng)一體化配置,雖然實(shí)現(xiàn)了圖形和數(shù)據(jù)庫(kù)的共享,但無(wú)法實(shí)時(shí)獲取手動(dòng)設(shè)備(如網(wǎng)門、臨時(shí)地樁)的位置信息,僅僅在操作預(yù)演時(shí)進(jìn)行五防邏輯判斷,不能真正意義上實(shí)現(xiàn)全程的實(shí)時(shí)閉鎖功能。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、電子技術(shù)及智能電網(wǎng)新技術(shù)的發(fā)展,以及杜絕電氣誤操作的需求,微機(jī)閉鎖系統(tǒng)已不能滿足變電站發(fā)展需要,防誤操作技術(shù)面臨很多新的要求。防誤操作系統(tǒng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)變電站操作票項(xiàng)的實(shí)時(shí)在線監(jiān)控,簡(jiǎn)化防誤系統(tǒng)的硬件配置,減少運(yùn)行維護(hù)工作量,縮短操作時(shí)間,提高效率,實(shí)現(xiàn)單人操作,具備良好的可擴(kuò)展性和互操作性。2數(shù)字化變電站技術(shù)為在線式防誤操作系統(tǒng)提供了相應(yīng)的技術(shù)條件和理論基礎(chǔ)智能化開(kāi)關(guān)、光電式互感器等機(jī)電一體化設(shè)備的出現(xiàn),使得數(shù)字化變電站從理論變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。數(shù)字化變電站3個(gè)主要的特征是“一次設(shè)備智能化,二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化,符合IEC61850標(biāo)準(zhǔn)”,即數(shù)字化變電站內(nèi)的信息全部做到數(shù)字化,信息傳遞實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化,通信模型達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)化,使各種設(shè)備和功能共享統(tǒng)一的信息平臺(tái)。數(shù)字化變電站技術(shù)是變電站自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展中具有里程碑意義的一次變革,為在線式防誤操作系統(tǒng)的研究及應(yīng)用提供了必要的技術(shù)條件和理論基礎(chǔ)。全國(guó)首例成功應(yīng)用在線式防誤操作系統(tǒng)的珠海110kV蘭埔站,是在傳統(tǒng)防誤閉鎖理論的基礎(chǔ)上,結(jié)合數(shù)字化變電站的新理論、新技術(shù),通過(guò)站控層監(jiān)控后臺(tái)軟件的優(yōu)化改進(jìn)、間隔層設(shè)備的合理配置和被控制設(shè)備的科學(xué)設(shè)計(jì),首次實(shí)現(xiàn)了對(duì)臨時(shí)接地樁、網(wǎng)門、手動(dòng)斷路器、斷路器電機(jī)電源及操作票項(xiàng)等的實(shí)時(shí)在線監(jiān)控,具備了實(shí)時(shí)五防邏輯判斷功能,是五防技術(shù)的一次革新。2.1在線式監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)字化變電站在線式防誤操作系統(tǒng)采用三層防誤設(shè)計(jì),如圖1所示。站控層實(shí)現(xiàn)全站的防誤邏輯閉鎖和操作票順序閉鎖,間隔層通過(guò)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)也可實(shí)現(xiàn)全站的防誤邏輯閉鎖,在設(shè)備層通過(guò)電氣連線實(shí)現(xiàn)本間隔的防誤閉鎖。系統(tǒng)采用冗余設(shè)計(jì),網(wǎng)絡(luò)采用總線型雙以太網(wǎng)互為備用,站控層主機(jī)采用主備服務(wù)器模式提高可靠性。采用在線式專用電磁鎖具,對(duì)臨時(shí)地樁、網(wǎng)門等手動(dòng)操作設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)控,在線式五防專用鎖具可返回接地樁是否掛接地線的位置信息,可以返回網(wǎng)門開(kāi)閉的位置信息,并且解鎖或閉鎖操作可以由監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行遙控。由于具備了可遙控、返回遙信的功能,因此網(wǎng)門、地線等手動(dòng)操作設(shè)備的可以參與到整體的防誤系統(tǒng)中。國(guó)內(nèi)率先實(shí)現(xiàn)了主站與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備完全“實(shí)時(shí)、在線”的信息交互。斷路器操作電源回路取消傳統(tǒng)的空氣開(kāi)關(guān),首次使用可遙控的空氣開(kāi)關(guān),提高了操作自動(dòng)化程度。采用IEC61850標(biāo)準(zhǔn),實(shí)現(xiàn)互操作特性。通過(guò)MMS實(shí)現(xiàn)五防閉鎖節(jié)點(diǎn)控制,通過(guò)GOOSE實(shí)現(xiàn)間隔層全站閉鎖,合并MMS網(wǎng)絡(luò)和GOOSE網(wǎng)絡(luò)。2.2防鎖定節(jié)點(diǎn)閉合在線式防誤操作系統(tǒng)提供全程的、實(shí)時(shí)的五防邏輯閉鎖和操作票順序閉鎖。在原有監(jiān)控系統(tǒng)框架基礎(chǔ)上通過(guò)如下改進(jìn):1)在測(cè)控裝置增加后臺(tái)系統(tǒng)可控制的可保持五防閉鎖節(jié)點(diǎn),串入設(shè)備的就地控制回路。2)后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)完成五防邏輯判斷和操作票順序判斷后,閉合相應(yīng)的五防閉鎖節(jié)點(diǎn)。全站范圍內(nèi)只有一個(gè)正確的設(shè)備可以控制。3)后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)五防閉鎖節(jié)點(diǎn)的控制也經(jīng)過(guò)測(cè)控裝置間隔層全站五防邏輯判斷。在后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)故障的情況下,測(cè)控裝置接管五防閉鎖節(jié)點(diǎn)的控制,保證操作可滿足間隔層全站五防。在操作的時(shí)候,只有五防閉鎖節(jié)點(diǎn)閉合的情況下,操作才能出口。五防閉鎖節(jié)點(diǎn)默認(rèn)是打開(kāi)的,從而保證遙控出口接點(diǎn)抖動(dòng)不會(huì)引發(fā)誤操作。對(duì)于測(cè)控裝置,不僅要接收正常的遙控令,還要接收后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)送的閉鎖令和解鎖令,來(lái)控制五防閉鎖節(jié)點(diǎn)的打開(kāi)和閉合。當(dāng)運(yùn)行人員根據(jù)操作票預(yù)演后,系統(tǒng)就有了和操作票對(duì)應(yīng)的操作序列。在每一步操作之前,后臺(tái)系統(tǒng)在對(duì)當(dāng)前操作步驟進(jìn)行五防邏輯判斷,判斷滿足后,將相應(yīng)測(cè)控的監(jiān)控五防閉鎖節(jié)點(diǎn)閉合。因此五防閉鎖節(jié)點(diǎn)閉合就意味著經(jīng)過(guò)了五防邏輯判斷和操作票順序閉鎖判斷。由于監(jiān)控系統(tǒng)后臺(tái)一直進(jìn)行五防邏輯判斷,如果現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行方式有變化,系統(tǒng)能及時(shí)反應(yīng),即使五防節(jié)點(diǎn)已經(jīng)閉合,在五防邏輯不滿足的情況下也能及時(shí)斷開(kāi)相應(yīng)五防閉鎖節(jié)點(diǎn),確保不會(huì)發(fā)生誤操作,實(shí)現(xiàn)在線實(shí)時(shí)五防的功能。2.3防誤封閉控制板標(biāo)準(zhǔn)在線式防誤操作系統(tǒng)采用IEC61850標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建,使用MMS控制五防節(jié)點(diǎn),實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的控制流程,使用GOOSE實(shí)現(xiàn)間隔層裝置間的聯(lián)閉鎖,使系統(tǒng)具備更好的擴(kuò)展性和互操作性。在測(cè)控裝置、低壓測(cè)報(bào)裝置、高壓保護(hù)裝置之間可以方便的實(shí)現(xiàn)閉鎖信息的傳遞,測(cè)控采集的開(kāi)關(guān)斷路器位置、保護(hù)的動(dòng)作信號(hào),都可以在網(wǎng)絡(luò)上高速傳輸,實(shí)現(xiàn)防誤閉鎖邏輯判斷。隨著IEC61850標(biāo)準(zhǔn)在變電站的逐步推廣,IEC61850標(biāo)準(zhǔn)成為事實(shí)上變電站未來(lái)的唯一通信標(biāo)準(zhǔn)。目前各大監(jiān)控系統(tǒng)廠家都已經(jīng)支持IEC61850,對(duì)于測(cè)控裝置和低壓保護(hù)裝置,只要支持IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的都可以方便集成到系統(tǒng)中來(lái)。2.4誤操作模式比較目前在電力系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用的變電站防誤操作系統(tǒng)主要包括獨(dú)立微機(jī)防誤操作系統(tǒng)及一體化五防子系統(tǒng),現(xiàn)以列表的方式將在線式防誤操作系統(tǒng)與上述兩種防誤操作模式進(jìn)行綜合比較(見(jiàn)表1)。在線式防誤操作系統(tǒng)具有高度的安全可靠性,它與變電站自動(dòng)化系統(tǒng)無(wú)縫融為一體,所有數(shù)據(jù)均在同一平臺(tái)上,系統(tǒng)簡(jiǎn)單清晰,且能利用間隔層防誤實(shí)現(xiàn)多層次的防誤體系,即使在站控層計(jì)算機(jī)全部故障的前提下,仍能依靠測(cè)控裝置實(shí)現(xiàn)裝置級(jí)的實(shí)時(shí)防誤閉鎖,是一種非常穩(wěn)定可靠的防誤體系,對(duì)整個(gè)電網(wǎng)的安全提供了的重要保障。同時(shí)具備很好的擴(kuò)展性和互操作性,為電網(wǎng)的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ),滿足未來(lái)先進(jìn)變電站管理的需要。3在線式防誤操作系統(tǒng)在線式防誤操作系統(tǒng)由于其“實(shí)時(shí)、在線”的本身技術(shù)特征,加上未來(lái)不斷成熟的“順控”技術(shù),將完全可以取消人工現(xiàn)場(chǎng)操作環(huán)節(jié),只需單人在監(jiān)控主機(jī)開(kāi)票或選擇操作模式即可自動(dòng)實(shí)