數(shù)字化變電站間隔層聯(lián)鎖邏輯的實現(xiàn)

數(shù)字化變電站間隔層聯(lián)鎖邏輯的實現(xiàn)

0間隔層聯(lián)鎖邏輯設計為了確保能源系統(tǒng)的安全運行，防止操作設備錯誤操作，電力系統(tǒng)規(guī)定了消除錯誤鎖的要求。目前，關于電氣表的誤差窄主要有幾種形式：機械程序鎖、一臺設備電氣輸出鎖和一臺微型計算機五防系統(tǒng)，其中微型計算機五防和電氣連接系統(tǒng)的使用最為廣泛。隨著一次設備智能化和二次設備網(wǎng)絡化的程度越來越高,目前有另外一種形式的防誤閉鎖方式正得到廣泛的應用,即間隔層聯(lián)鎖。數(shù)字化變電站標準IEC61850中,變電站自動化系統(tǒng)在邏輯上被分為三層,分別為站控層、間隔層和過程層。變電站自動化系統(tǒng)在不同層次完成相應功能。隨著IEC61850規(guī)范的應用,也帶來了許多關于變電站防誤閉鎖的新方法。本文所述的間隔層聯(lián)鎖即工作在間隔層設備之間,由間隔層設備完成聯(lián)鎖所需信號的發(fā)送、接收和邏輯運算,從而閉鎖或開放相應的操作。間隔層聯(lián)鎖最大的特點就是在間隔層實現(xiàn)全站級的聯(lián)鎖邏輯運算,間隔層設備之間可以交換信息。站內(nèi)監(jiān)控后臺對一次設備的操作可以一鍵完成,取消與目前常用五防邏輯的交互過程,縮短操作時間。這種優(yōu)點同樣也體現(xiàn)在遠動機對站內(nèi)設備的操作上。這種方式下可以取消站控層的五防主機,簡化站內(nèi)五防結構。在某些程序化操作變電站,程序化操作完全由間隔層設備實現(xiàn),開關刀閘的順序操作由監(jiān)控后臺或調(diào)度主站按設備態(tài)之間的轉換一鍵完成,間隔層聯(lián)鎖方式成為了必然之選。變電站一般都需要擴建,新增間隔也需要增加聯(lián)鎖邏輯,新增間隔聯(lián)鎖邏輯可能需要已帶電運行間隔的信號參加運算,比如新增線路間隔開關分、合聯(lián)鎖邏輯需要母線間隔接地刀閘位置,但母線處于運行狀態(tài),地刀不具備通信傳動條件,因此新增間隔邏輯正確與否就不能得到驗證,聯(lián)鎖的正確性就得不到保證。同樣,變電站本期投運間隔的聯(lián)鎖邏輯中也要考慮以后可能要擴建間隔的信號。因此可靠而方便的間隔層聯(lián)鎖邏輯的運行和調(diào)試方案是十分必要的。1間隔層聯(lián)鎖功能傳統(tǒng)的微機五防系統(tǒng),在站控層設有五防主機(也可以與監(jiān)控后臺工作在一臺電腦上),聯(lián)閉鎖邏輯由五防主機根據(jù)監(jiān)控后臺采到的各間隔裝置的數(shù)據(jù)完成計算,閉鎖或開放監(jiān)控后臺的遙控操作。而間隔層聯(lián)鎖的功能由間隔層設備來完成,一般由各間隔的測控裝置或保護測控一體化裝置來實現(xiàn)。運行調(diào)試人員根據(jù)已有的聯(lián)鎖邏輯,對間隔層設備進行配置或編程,下載到間隔層設備,由該設備進行聯(lián)鎖邏輯運算,根據(jù)運算結果開放或閉鎖相應控制對象,同時還可以提示用戶聯(lián)鎖運算結果或出錯信息。間隔測控裝置所實現(xiàn)的聯(lián)鎖功能中,輸入為本裝置開入、模擬量或其他一些數(shù)字量;還可能包括間隔層其他裝置的信息,比如需要本間隔某保護裝置的軟壓板狀態(tài),或需要其他間隔開關或刀閘的狀態(tài)。輸出對本裝置控制對象的閉鎖與否(允許操作與否)。對于本裝置的所有信息包括開入量、模擬量和數(shù)字量等,毫無疑問,都可以取得。要取得其它間隔裝置的信息則需要特定的通信來實現(xiàn)。因為傳統(tǒng)的變電站自動化系統(tǒng)中,站控層和間隔層采用客戶端——服務器端模式進行通信,間隔層設備之間按功能分開,各負其責,并無信息交互。隨著IEC61850規(guī)約的應用,這種通信模式有了改變。其中的GOOSE機制提供了一種間隔層設備之間信息交換的通信方式。利用GOOSE機制,每一個測控裝置可以收到網(wǎng)絡上的所有間隔層設備的狀態(tài)量和模擬量。如此,則間隔層聯(lián)鎖可以象站控層五防系統(tǒng)一樣實現(xiàn)變電站級所有裝置之間的聯(lián)鎖邏輯,圖1為間隔層通信示意圖。取消了站控層五防主機的間隔層聯(lián)鎖,是一種分布式結構,站內(nèi)聯(lián)鎖邏輯數(shù)據(jù)的采集、解析和運算下放在各間隔層裝置實現(xiàn),信息傳輸完全在站內(nèi)監(jiān)控網(wǎng)或過程層網(wǎng)上完成,由于聯(lián)鎖邏輯的實時性和可靠性要求,對GOOSE的實現(xiàn),通信網(wǎng)絡架構的研究等方面提出了要求。2聯(lián)鎖邏輯應加以驗證間隔層聯(lián)鎖的實現(xiàn)以間隔為單位,在間隔層裝置中實現(xiàn),可以分為三種間隔類型:變壓器間隔(包括變壓器的高、中、低3側);母線間隔;線路、電容器、電抗器間隔(以下簡稱線路間隔)。對于間隔層聯(lián)鎖邏輯,三種間隔裝置之間有相互關聯(lián)。以擴建一個線路間隔為例,則新的線路間隔聯(lián)鎖邏輯需要母線間隔、變壓器間隔的信號(如開關、刀閘狀態(tài))參與運算,該聯(lián)鎖邏輯的調(diào)試需要所有涉及到的信號包括正在運行間隔信號參于,以驗證聯(lián)鎖邏輯的正確性。同樣,由于新增了線路間隔,母線間隔聯(lián)鎖邏輯需要修改,增加新間隔的開關、刀閘狀態(tài)參于邏輯運算。在有旁母的變電站中,母線上的任意線路間隔母線隔離刀閘的合閘邏輯需要其他所有線路間隔的母線隔離刀閘狀態(tài),以保證同時只有一條線路運行在旁母上。因此,由于間隔層設備之間的信號關聯(lián),變電站擴建間隔不可避免地會對間隔層的聯(lián)鎖帶來影響。現(xiàn)以220kV變電站中110kV電壓等級線路和母線間隔為例,說明開關、刀閘聯(lián)鎖邏輯,及不同間隔聯(lián)鎖信號的關聯(lián),如表1,接線圖見圖2。從表1邏輯可以總結出,每個線路間隔開關、刀閘的分合邏輯,除需要本間隔開關、刀閘狀態(tài)外,還需要母線間隔的地刀位置,在熱倒時還需要母聯(lián)間隔的開關、刀閘狀態(tài)。母線間隔的地刀分合邏輯則需要所有線路間隔的刀閘狀態(tài)。當變電站擴建線路間隔時,母線地刀的分合邏輯必然需要修改,加入待擴建間隔的刀閘狀態(tài)。同時,修改后的母線間隔聯(lián)鎖邏輯則需要重新調(diào)試其正確性。對于帶電運行的線路間隔,其開關刀閘不能隨意傳動。考慮到這些因素,應該采取一種方法對新增加間隔和新修改間隔的邏輯進行驗證。把擴建給間隔層聯(lián)鎖帶來的影響降到最低。3跨間隔信號的處理間隔層聯(lián)鎖是由間隔設備,主要是間隔測控裝置來完成的,對于每一個間隔,本間隔開關刀閘狀態(tài)可以直接取到,跨間隔信號則需要GOOSE傳送。待擴建間隔或檢修間隔的開關刀閘狀態(tài)是沒有辦法在GOOSE網(wǎng)上傳送的(因為可能沒有裝置或者裝置沒有上電),這就要求需求側測控裝置進行處理,即接收方處理。另一方面,對于擴建間隔的聯(lián)鎖邏輯的調(diào)試、正確性驗證需要其它已運行間隔通信傳動或其他處理,即發(fā)送方處理。3.1控裝置輸出方案為驗證其它間隔聯(lián)鎖邏輯的正確性,對已帶電運行間隔作開關刀閘傳動是不可能的,可以采用模擬發(fā)送的辦法來達到驗證邏輯的目的。模擬發(fā)送有兩種方式。其一,軟件模擬,在站控層的以太網(wǎng)上模擬帶電間隔的測控裝置,發(fā)送邏輯驗證所需的GOOSE報文。為了使接收方測控裝置能夠接收,發(fā)送的GOOSE報文必須和實際裝置發(fā)送的報文一致,包括GoCBRef、AppID、DatSet、numDatSetEntries等信息。其二,測控裝置自帶模擬發(fā)送功能,通過本地人工置數(shù)或從監(jiān)控后臺對裝置進行替代操作,使測控裝置可以不發(fā)真實值,而是模擬發(fā)送接收方所需值。第一種方案需要專門GOOSE發(fā)送軟件,并且需要專門配置,還可能給網(wǎng)絡帶來不確定負荷。第二種方案則可以不需要作特殊配置,但是要求測控裝置具有模擬發(fā)送功能。因此第二種方案調(diào)試更加方便,給監(jiān)控網(wǎng)絡帶來的風險也小。建議采用。3.2聯(lián)鎖邏輯設計在圖2中,母線間隔的接地刀閘分合邏輯需要所有線路間隔的開關、刀閘狀態(tài)。一般情況下,變電站建設會分幾期建成,所以,待建線路間隔的開關、刀閘狀態(tài)母線測控裝置是不能得到的。目前的作法是,待建間隔的狀態(tài)不參與母線接地刀閘的聯(lián)鎖邏輯運算,新間隔擴建后,再對母線接地刀閘重新修改聯(lián)鎖邏輯,下載到裝置運行。邏輯的修改需要重新驗證其正確性。即便發(fā)送方可以模擬各種開關刀閘狀態(tài),也增加了很大的工作量。因此,推薦聯(lián)鎖邏輯中引入所有可能用到的狀態(tài)量,包括待建間隔。由裝置運算時進行處理。處理方式也有兩種方案。其一,用軟壓板的方式,輸入端裝置對公式進行處理,自動修改聯(lián)鎖邏輯,對于待擴建間隔或檢修間隔的開關、刀閘信息不參加邏輯運算。這種方式與母差保護中的線路投入、退出軟壓板的功能相似。其二,接收方裝置進行人工置數(shù),對邏輯中屬于待擴間隔或檢修間隔的狀態(tài)強制置成一個值,一般對于待擴建間隔,開關刀閘狀態(tài)置為分,電壓電流值置為0。這種方法,擴建新間隔,不需要修改已運行間隔聯(lián)鎖邏輯,只需要開放某些軟壓板或進行人工置數(shù)即可,安全性較高。3.3goc-rov的移動性配置間隔層聯(lián)鎖最大的特點就是聯(lián)鎖邏輯由間隔層測控裝置完成,包括聯(lián)鎖配置文件的解析,聯(lián)鎖邏輯的運算,聯(lián)鎖結果的輸出,聯(lián)鎖過程錯誤提示都由間隔層的裝置來完成。間隔層裝置一般有一個獨立的GOOSE配置,實現(xiàn)接收的GOOSE信息與聯(lián)鎖變量的關聯(lián)。GOOSE信息的配置常見的是在SCD文件配置中完成。目前多數(shù)制造商的產(chǎn)品對于聯(lián)鎖所需要的GOOSE變量都是需要另外單獨配置一個GOOSE文本來完成,在每個裝置的GOOSE文本中,包括該裝置發(fā)送的GOCB信息和需要接收的GOOSE的變量與本裝置內(nèi)部變量的關聯(lián)信息。配置工作繁雜,更新配置后需要重啟裝置。IEC61850標準中對于GOOSE的服務定義中有一種getGOOSEElementNumber的服務,可以應用在聯(lián)鎖的GOOSE配置中。標準中GOOSE采用的是發(fā)布、定閱機制,訂閱者可以采用getGOOSEElementNumber服務,獲得所需發(fā)送方DATA-SET內(nèi)所有成員的位置。應用getGOOSEElementNumber服務可以取消表示聯(lián)鎖變量與外部GOOSE變量關聯(lián)關系的額外的配置文本,由裝置通過通信實現(xiàn)關聯(lián)也提高了配置的可靠性。如果發(fā)送方發(fā)送DATA-SET的內(nèi)容改變,比如增加條目,GOOSE信息中ConfRev改變,接收方重新啟動getGOOSEElementNumber獲取聯(lián)鎖變量在GOOSE信息的條目號。有些情況下,聯(lián)鎖所需跨間隔信息可能不在發(fā)布方的DATA-SET中,發(fā)布方在收到getGOOSEElementNumber請求服務后,自動在發(fā)送DATA-SET上增加該條目,同時改變GOOSE發(fā)送的ConfRev。這樣作可以更大程度上簡化配置工作。經(jīng)過實踐證明,getGOOSEElementNumber服務的應用和自動修改DATA-SET服務的應用,可以取消GOOSE