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)隔離開關(guān)、斷路器、接地開關(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、運行、設(shè)計和使用原則?！拔宸馈毕抵?1)防止帶負(fù)荷誤拉、誤合隔離開關(guān);2)防止誤拉、誤合斷路器;3)防止帶地線或接地開關(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:采用計算機監(jiān)控系統(tǒng)時,遠方、就地操作,均應(yīng)具備防誤閉鎖功能。自倡導(dǎo)實施五防技術(shù)措施以來,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)防誤閉鎖和微機型防誤閉鎖。在國內(nèi)出現(xiàn)的常規(guī)防誤閉鎖方式主要有4種:機械閉鎖、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,然而缺點顯而易見,防誤功能也都有很大的局限性。20世紀(jì)90年代,微機技術(shù)進入了防誤閉鎖領(lǐng)域,國內(nèi)電氣設(shè)備廠相繼推出了微機防誤閉鎖裝置。經(jīng)過10多年的發(fā)展,這些微機防誤閉鎖裝置已逐漸成熟,并已在電力系統(tǒng)中廣泛推廣。微機防誤系統(tǒng)通過軟件將現(xiàn)場大量的二次閉鎖回路變?yōu)殡娔X中的五防閉鎖規(guī)則庫,實現(xiàn)了防誤閉鎖的數(shù)字化,并可以實現(xiàn)以往不能實現(xiàn)或者是很難實現(xiàn)的防誤功能(如:對誤入帶電間隔、接地線的掛接、拆除等),可以說是變電站防誤閉鎖技術(shù)的一次飛躍。由于微機防誤閉鎖系統(tǒng)與變電站自動化系統(tǒng)通常采用有縫連接的方式,存在工程量大、維護難、責(zé)任不明、不易擴展、圖形與數(shù)據(jù)相互獨立等不足。目前國內(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,間隔層防誤是由測控裝置的軟件邏輯閉鎖來完成。一體化五防子系統(tǒng)與變電站自動化系統(tǒng)一體化配置,雖然實現(xiàn)了圖形和數(shù)據(jù)庫的共享,但無法實時獲取手動設(shè)備(如網(wǎng)門、臨時地樁)的位置信息,僅僅在操作預(yù)演時進行五防邏輯判斷,不能真正意義上實現(xiàn)全程的實時閉鎖功能。隨著計算機技術(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)實現(xiàn)變電站操作票項的實時在線監(jiān)控,簡化防誤系統(tǒng)的硬件配置,減少運行維護工作量,縮短操作時間,提高效率,實現(xiàn)單人操作,具備良好的可擴展性和互操作性。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)智能化開關(guān)、光電式互感器等機電一體化設(shè)備的出現(xiàn),使得數(shù)字化變電站從理論變?yōu)楝F(xiàn)實。數(shù)字化變電站3個主要的特征是“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,信息傳遞實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化,通信模型達到標(biāo)準(zhǔn)化,使各種設(shè)備和功能共享統(tǒng)一的信息平臺。數(shù)字化變電站技術(shù)是變電站自動化技術(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),通過站控層監(jiān)控后臺軟件的優(yōu)化改進、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,首次實現(xiàn)了對臨時接地樁、網(wǎng)門、手動斷路器、斷路器電機電源及操作票項等的實時在線監(jiān)控,具備了實時五防邏輯判斷功能,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,如圖1所示。站控層實現(xiàn)全站的防誤邏輯閉鎖和操作票順序閉鎖,間隔層通過監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)也可實現(xiàn)全站的防誤邏輯閉鎖,在設(shè)備層通過電氣連線實現(xiàn)本間隔的防誤閉鎖。系統(tǒng)采用冗余設(shè)計,網(wǎng)絡(luò)采用總線型雙以太網(wǎng)互為備用,站控層主機采用主備服務(wù)器模式提高可靠性。采用在線式專用電磁鎖具,對臨時地樁、網(wǎng)門等手動操作設(shè)備進行實時在線監(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、地線等手動操作設(shè)備的可以參與到整體的防誤系統(tǒng)中。國內(nèi)率先實現(xiàn)了主站與現(xiàn)場設(shè)備完全“實時、在線”的信息交互。斷路器操作電源回路取消傳統(tǒng)的空氣開關(guān),首次使用可遙控的空氣開關(guān),提高了操作自動化程度。采用IEC61850標(biāo)準(zhǔn),實現(xiàn)互操作特性。通過MMS實現(xiàn)五防閉鎖節(jié)點控制,通過GOOSE實現(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)點閉合在線式防誤操作系統(tǒng)提供全程的、實時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)上通過如下改進:1)在測控裝置增加后臺系統(tǒng)可控制的可保持五防閉鎖節(jié)點,串入設(shè)備的就地控制回路。2)后臺監(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。全站范圍內(nèi)只有一個正確的設(shè)備可以控制。3)后臺監(jiān)控系統(tǒng)對五防閉鎖節(jié)點的控制也經(jīng)過測控裝置間隔層全站五防邏輯判斷。在后臺監(jiān)控系統(tǒng)故障的情況下,測控裝置接管五防閉鎖節(jié)點的控制,保證操作可滿足間隔層全站五防。在操作的時候,只有五防閉鎖節(jié)點閉合的情況下,操作才能出口。五防閉鎖節(jié)點默認(rèn)是打開的,從而保證遙控出口接點抖動不會引發(fā)誤操作。對于測控裝置,不僅要接收正常的遙控令,還要接收后臺監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)送的閉鎖令和解鎖令,來控制五防閉鎖節(jié)點的打開和閉合。當(dāng)運行人員根據(jù)操作票預(yù)演后,系統(tǒng)就有了和操作票對應(yīng)的操作序列。在每一步操作之前,后臺系統(tǒng)在對當(dāng)前操作步驟進行五防邏輯判斷,判斷滿足后,將相應(yīng)測控的監(jiān)控五防閉鎖節(jié)點閉合。因此五防閉鎖節(jié)點閉合就意味著經(jīng)過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)后臺一直進行五防邏輯判斷,如果現(xiàn)場運行方式有變化,系統(tǒng)能及時反應(yīng),即使五防節(jié)點已經(jīng)閉合,在五防邏輯不滿足的情況下也能及時斷開相應(yīng)五防閉鎖節(jié)點,確保不會發(fā)生誤操作,實現(xiàn)在線實時五防的功能。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,實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的控制流程,使用GOOSE實現(xiàn)間隔層裝置間的聯(lián)閉鎖,使系統(tǒng)具備更好的擴展性和互操作性。在測控裝置、低壓測報裝置、高壓保護裝置之間可以方便的實現(xiàn)閉鎖信息的傳遞,測控采集的開關(guān)斷路器位置、保護的動作信號,都可以在網(wǎng)絡(luò)上高速傳輸,實現(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)成為事實上變電站未來的唯一通信標(biāo)準(zhǔn)。目前各大監(jiān)控系統(tǒng)廠家都已經(jīng)支持IEC61850,對于測控裝置和低壓保護裝置,只要支持IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的都可以方便集成到系統(tǒng)中來。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)主要包括獨立微機防誤操作系統(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行綜合比較(見表1)。在線式防誤操作系統(tǒng)具有高度的安全可靠性,它與變電站自動化系統(tǒng)無縫融為一體,所有數(shù)據(jù)均在同一平臺上,系統(tǒng)簡單清晰,且能利用間隔層防誤實現(xiàn)多層次的防誤體系,即使在站控層計算機全部故障的前提下,仍能依靠測控裝置實現(xiàn)裝置級的實時防誤閉鎖,是一種非常穩(wěn)定可靠的防誤體系,對整個電網(wǎng)的安全提供了的重要保障。同時具備很好的擴展性和互操作性,為電網(wǎng)的發(fā)展奠定了堅實基礎(chǔ),滿足未來先進變電站管理的需要。3在線式防誤操作系統(tǒng)在線式防誤操作系統(tǒng)由于其“實時、在線”的本身技術(shù)特征,加上未來不斷成熟的“順控”技術(shù),將完全可以取消人工現(xiàn)場操作環(huán)節(jié),只需單人在監(jiān)控主機開票或選擇操作模式即可自動實