數(shù)字化變電站間隔層聯(lián)鎖邏輯的實(shí)現(xiàn)

數(shù)字化變電站間隔層聯(lián)鎖邏輯的實(shí)現(xiàn)

0間隔層聯(lián)鎖邏輯設(shè)計(jì)為了確保能源系統(tǒng)的安全運(yùn)行，防止操作設(shè)備錯(cuò)誤操作，電力系統(tǒng)規(guī)定了消除錯(cuò)誤鎖的要求。目前，關(guān)于電氣表的誤差窄主要有幾種形式：機(jī)械程序鎖、一臺(tái)設(shè)備電氣輸出鎖和一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)五防系統(tǒng)，其中微型計(jì)算機(jī)五防和電氣連接系統(tǒng)的使用最為廣泛。隨著一次設(shè)備智能化和二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化的程度越來(lái)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(yīng)用,即間隔層聯(lián)鎖。數(shù)字化變電站標(biāo)準(zhǔn)IEC61850中,變電站自動(dòng)化系統(tǒng)在邏輯上被分為三層,分別為站控層、間隔層和過(guò)程層。變電站自動(dòng)化系統(tǒng)在不同層次完成相應(yīng)功能。隨著IEC61850規(guī)范的應(yīng)用,也帶來(lái)了許多關(guān)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(shè)備之間,由間隔層設(shè)備完成聯(lián)鎖所需信號(hào)的發(fā)送、接收和邏輯運(yùn)算,從而閉鎖或開(kāi)放相應(yīng)的操作。間隔層聯(lián)鎖最大的特點(diǎn)就是在間隔層實(shí)現(xiàn)全站級(jí)的聯(lián)鎖邏輯運(yùn)算,間隔層設(shè)備之間可以交換信息。站內(nèi)監(jiān)控后臺(tái)對(duì)一次設(shè)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(guò)程,縮短操作時(shí)間。這種優(yōu)點(diǎn)同樣也體現(xiàn)在遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)對(duì)站內(nèi)設(shè)備的操作上。這種方式下可以取消站控層的五防主機(jī),簡(jiǎn)化站內(nèi)五防結(jié)構(gòu)。在某些程序化操作變電站,程序化操作完全由間隔層設(shè)備實(shí)現(xiàn),開(kāi)關(guān)刀閘的順序操作由監(jiān)控后臺(tái)或調(diào)度主站按設(shè)備態(tài)之間的轉(zhuǎn)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(kuò)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(yùn)行間隔的信號(hào)參加運(yùn)算,比如新增線路間隔開(kāi)關(guān)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(yùn)行狀態(tài),地刀不具備通信傳動(dòng)條件,因此新增間隔邏輯正確與否就不能得到驗(yàn)證,聯(lián)鎖的正確性就得不到保證。同樣,變電站本期投運(yùn)間隔的聯(lián)鎖邏輯中也要考慮以后可能要擴(kuò)建間隔的信號(hào)。因此可靠而方便的間隔層聯(lián)鎖邏輯的運(yùn)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(jī)五防系統(tǒng),在站控層設(shè)有五防主機(jī)(也可以與監(jiān)控后臺(tái)工作在一臺(tái)電腦上),聯(lián)閉鎖邏輯由五防主機(jī)根據(jù)監(jiān)控后臺(tái)采到的各間隔裝置的數(shù)據(jù)完成計(jì)算,閉鎖或開(kāi)放監(jiān)控后臺(tái)的遙控操作。而間隔層聯(lián)鎖的功能由間隔層設(shè)備來(lái)完成,一般由各間隔的測(cè)控裝置或保護(hù)測(cè)控一體化裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)。運(yùn)行調(diào)試人員根據(jù)已有的聯(lián)鎖邏輯,對(duì)間隔層設(shè)備進(jìn)行配置或編程,下載到間隔層設(shè)備,由該設(shè)備進(jìn)行聯(lián)鎖邏輯運(yùn)算,根據(jù)運(yùn)算結(jié)果開(kāi)放或閉鎖相應(yīng)控制對(duì)象,同時(shí)還可以提示用戶聯(lián)鎖運(yùn)算結(jié)果或出錯(cuò)信息。間隔測(cè)控裝置所實(shí)現(xiàn)的聯(lián)鎖功能中,輸入為本裝置開(kāi)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(hù)裝置的軟壓板狀態(tài),或需要其他間隔開(kāi)關(guān)或刀閘的狀態(tài)。輸出對(duì)本裝置控制對(duì)象的閉鎖與否(允許操作與否)。對(duì)于本裝置的所有信息包括開(kāi)入量、模擬量和數(shù)字量等,毫無(wú)疑問(wèn),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(lái)實(shí)現(xiàn)。因?yàn)閭鹘y(tǒng)的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中,站控層和間隔層采用客戶端——服務(wù)器端模式進(jìn)行通信,間隔層設(shè)備之間按功能分開(kāi),各負(fù)其責(zé),并無(wú)信息交互。隨著IEC61850規(guī)約的應(yīng)用,這種通信模式有了改變。其中的GOOSE機(jī)制提供了一種間隔層設(shè)備之間信息交換的通信方式。利用GOOSE機(jī)制,每一個(gè)測(cè)控裝置可以收到網(wǎng)絡(luò)上的所有間隔層設(shè)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(shí)現(xiàn)變電站級(jí)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(jī)的間隔層聯(lián)鎖,是一種分布式結(jié)構(gòu),站內(nèi)聯(lián)鎖邏輯數(shù)據(jù)的采集、解析和運(yùn)算下放在各間隔層裝置實(shí)現(xiàn),信息傳輸完全在站內(nèi)監(jiān)控網(wǎng)或過(guò)程層網(wǎng)上完成,由于聯(lián)鎖邏輯的實(shí)時(shí)性和可靠性要求,對(duì)GOOSE的實(shí)現(xiàn),通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的研究等方面提出了要求。2聯(lián)鎖邏輯應(yīng)加以驗(yàn)證間隔層聯(lián)鎖的實(shí)現(xiàn)以間隔為單位,在間隔層裝置中實(shí)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(cè));母線間隔;線路、電容器、電抗器間隔(以下簡(jiǎn)稱線路間隔)。對(duì)于間隔層聯(lián)鎖邏輯,三種間隔裝置之間有相互關(guān)聯(lián)。以擴(kuò)建一個(gè)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(hào)(如開(kāi)關(guān)、刀閘狀態(tài))參與運(yùn)算,該聯(lián)鎖邏輯的調(diào)試需要所有涉及到的信號(hào)包括正在運(yùn)行間隔信號(hào)參于,以驗(yàn)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(kāi)關(guān)、刀閘狀態(tài)參于邏輯運(yùn)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(shí)只有一條線路運(yùn)行在旁母上。因此,由于間隔層設(shè)備之間的信號(hào)關(guān)聯(lián),變電站擴(kuò)建間隔不可避免地會(huì)對(duì)間隔層的聯(lián)鎖帶來(lái)影響?，F(xiàn)以220kV變電站中110kV電壓等級(jí)線路和母線間隔為例,說(shuō)明開(kāi)關(guān)、刀閘聯(lián)鎖邏輯,及不同間隔聯(lián)鎖信號(hào)的關(guān)聯(lián),如表1,接線圖見(jiàn)圖2。從表1邏輯可以總結(jié)出,每個(gè)線路間隔開(kāi)關(guān)、刀閘的分合邏輯,除需要本間隔開(kāi)關(guān)、刀閘狀態(tài)外,還需要母線間隔的地刀位置,在熱倒時(shí)還需要母聯(lián)間隔的開(kāi)關(guān)、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(dāng)變電站擴(kuò)建線路間隔時(shí),母線地刀的分合邏輯必然需要修改,加入待擴(kuò)建間隔的刀閘狀態(tài)。同時(shí),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(duì)于帶電運(yùn)行的線路間隔,其開(kāi)關(guān)刀閘不能隨意傳動(dòng)?？紤]到這些因素,應(yīng)該采取一種方法對(duì)新增加間隔和新修改間隔的邏輯進(jìn)行驗(yàn)證。把擴(kuò)建給間隔層聯(lián)鎖帶來(lái)的影響降到最低。3跨間隔信號(hào)的處理間隔層聯(lián)鎖是由間隔設(shè)備,主要是間隔測(cè)控裝置來(lái)完成的,對(duì)于每一個(gè)間隔,本間隔開(kāi)關(guān)刀閘狀態(tài)可以直接取到,跨間隔信號(hào)則需要GOOSE傳送。待擴(kuò)建間隔或檢修間隔的開(kāi)關(guān)刀閘狀態(tài)是沒(méi)有辦法在GOOSE網(wǎng)上傳送的(因?yàn)榭赡軟](méi)有裝置或者裝置沒(méi)有上電),這就要求需求側(cè)測(cè)控裝置進(jìn)行處理,即接收方處理。另一方面,對(duì)于擴(kuò)建間隔的聯(lián)鎖邏輯的調(diào)試、正確性驗(yàn)證需要其它已運(yùn)行間隔通信傳動(dòng)或其他處理,即發(fā)送方處理。3.1控裝置輸出方案為驗(yàn)證其它間隔聯(lián)鎖邏輯的正確性,對(duì)已帶電運(yùn)行間隔作開(kāi)關(guān)刀閘傳動(dòng)是不可能的,可以采用模擬發(fā)送的辦法來(lái)達(dá)到驗(yàn)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(cè)控裝置,發(fā)送邏輯驗(yàn)證所需的GOOSE報(bào)文。為了使接收方測(cè)控裝置能夠接收,發(fā)送的GOOSE報(bào)文必須和實(shí)際裝置發(fā)送的報(bào)文一致,包括GoCBRef、AppID、DatSet、numDatSetEntries等信息。其二,測(cè)控裝置自帶模擬發(fā)送功能,通過(guò)本地人工置數(shù)或從監(jiān)控后臺(tái)對(duì)裝置進(jìn)行替代操作,使測(cè)控裝置可以不發(fā)真實(shí)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(luò)帶來(lái)不確定負(fù)荷。第二種方案則可以不需要作特殊配置,但是要求測(cè)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(luò)帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)也小。建議采用。3.2聯(lián)鎖邏輯設(shè)計(jì)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(kāi)關(guān)、刀閘狀態(tài)。一般情況下,變電站建設(shè)會(huì)分幾期建成,所以,待建線路間隔的開(kāi)關(guān)、刀閘狀態(tài)母線測(cè)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(yùn)算,新間隔擴(kuò)建后,再對(duì)母線接地刀閘重新修改聯(lián)鎖邏輯,下載到裝置運(yùn)行。邏輯的修改需要重新驗(yàn)證其正確性。即便發(fā)送方可以模擬各種開(kāi)關(guān)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(yùn)算時(shí)進(jìn)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(duì)公式進(jìn)行處理,自動(dòng)修改聯(lián)鎖邏輯,對(duì)于待擴(kuò)建間隔或檢修間隔的開(kāi)關(guān)、刀閘信息不參加邏輯運(yùn)算。這種方式與母差保護(hù)中的線路投入、退出軟壓板的功能相似。其二,接收方裝置進(jìn)行人工置數(shù),對(duì)邏輯中屬于待擴(kuò)間隔或檢修間隔的狀態(tài)強(qiáng)制置成一個(gè)值,一般對(duì)于待擴(kuò)建間隔,開(kāi)關(guān)刀閘狀態(tài)置為分,電壓電流值置為0。這種方法,擴(kuò)建新間隔,不需要修改已運(yùn)行間隔聯(lián)鎖邏輯,只需要開(kāi)放某些軟壓板或進(jìn)行人工置數(shù)即可,安全性較高。3.3goc-rov的移動(dòng)性配置間隔層聯(lián)鎖最大的特點(diǎn)就是聯(lián)鎖邏輯由間隔層測(cè)控裝置完成,包括聯(lián)鎖配置文件的解析,聯(lián)鎖邏輯的運(yùn)算,聯(lián)鎖結(jié)果的輸出,聯(lián)鎖過(guò)程錯(cuò)誤提示都由間隔層的裝置來(lái)完成。間隔層裝置一般有一個(gè)獨(dú)立的GOOSE配置,實(shí)現(xiàn)接收的GOOSE信息與聯(lián)鎖變量的關(guān)聯(lián)。GOOSE信息的配置常見(jiàn)的是在SCD文件配置中完成。目前多數(shù)制造商的產(chǎn)品對(duì)于聯(lián)鎖所需要的GOOSE變量都是需要另外單獨(dú)配置一個(gè)GOOSE文本來(lái)完成,在每個(gè)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(guān)聯(lián)信息。配置工作繁雜,更新配置后需要重啟裝置。IEC61850標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)于GOOSE的服務(wù)定義中有一種getGOOSEElementNumber的服務(wù),可以應(yīng)用在聯(lián)鎖的GOOSE配置中。標(biāo)準(zhǔn)中GOOSE采用的是發(fā)布、定閱機(jī)制,訂閱者可以采用getGOOSEElementNumber服務(wù),獲得所需發(fā)送方DATA-SET內(nèi)所有成員的位置。應(yīng)用getGOOSEElementNumber服務(wù)可以取消表示聯(lián)鎖變量與外部GOOSE變量關(guān)聯(lián)關(guān)系的額外的配置文本,由裝置通過(guò)通信實(shí)現(xiàn)關(guān)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(dòng)getGOOSEElementNumber獲取聯(lián)鎖變量在GOOSE信息的條目號(hào)。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(qǐng)求服務(wù)后,自動(dòng)在發(fā)送DATA-SET上增加該條目,同時(shí)改變GOOSE發(fā)送的ConfRev。這樣作可以更大程度上簡(jiǎn)化配置工作。經(jīng)過(guò)實(shí)踐證明,getGOOSEElementNumber服務(wù)的應(yīng)用和自動(dòng)修改DATA-SET服務(wù)的應(yīng)用,可以取消GOOSE