周斌， 梅德冬， 張超

(1.國電南瑞科技股份有限公司，江蘇 南京　211106；2.智能電網保護和運行控制國家重點實驗室，江蘇 南京　211106；3.國網浙江省電力公司杭州供電公司，浙江 杭州　310007)

0　引　言

防止電氣誤操作，簡稱防誤操作，是變電站操作控制的基本要求[1-2]。五防功能是防誤操作的核心功能，即防止誤分、誤合斷路器，防止帶負荷分、合隔離開關或手車觸頭，防止帶接地線(接地開關)送電，防止帶電合接地開關(接地線)，防止誤入帶電間隔的功能[3]。變電站的防誤操作通常由微機五防系統(tǒng)實現，五防系統(tǒng)極大地保障了變電站的操作安全，但也存在一定的不足：需要安裝電腦鑰匙、專用編碼鎖具、五防機等設備，增加了變電站的設備種類和數量；監(jiān)控系統(tǒng)的遙控操作需要和五防系統(tǒng)進行通信確認，增加了操作時間；存在“走空程”的情況[4]。

本世紀初，人們開始研究在變電站監(jiān)控系統(tǒng)站控層監(jiān)控主機和間隔層測控裝置中實現防誤操作的方法[5-6]，利用監(jiān)控系統(tǒng)掌握的全站信息進行操作的防誤閉鎖，取得一定成績，并在江蘇、廣東等地區(qū)推廣應用。常規(guī)變電站監(jiān)控系統(tǒng)通常采用IEC 60870-5-103規(guī)約進行網絡通信，由于通信規(guī)約和設備能力的制約，變電站的信息共享和設備的互操作還存在嚴重不足，制約了監(jiān)控系統(tǒng)防誤功能的實現。

隨著IEC 61850標準的應用和智能變電站的推廣，在智能變電站監(jiān)控系統(tǒng)中實現防誤操作成為一種高效、易行的方法，特別是IEC 61850定義的GOOSE協(xié)議為變電站間隔層設備提供了高效的信息交換手段。全站系統(tǒng)結構緊湊化和集成化將是今后的發(fā)展趨勢,在監(jiān)控系統(tǒng)中實現五防閉鎖功能將是當前及今后發(fā)展的方向[7]。本文研究在智能變電站監(jiān)控系統(tǒng)中實現防誤操作的實現方案，提出了變電站三層防誤閉鎖功能的系統(tǒng)架構，研究了IEC 61850關于防誤閉鎖功能的通信接口，同時介紹防誤操作規(guī)則的表示方法。

1　系統(tǒng)架構

實現防誤功能的智能變電站監(jiān)控系統(tǒng)功能架構如圖1所示，監(jiān)控系統(tǒng)防誤由站控層、間隔層和過程層三層防誤閉鎖功能組成，為變電站操作提供多級的、綜合的防誤閉鎖。站控層防誤、間隔層防誤和過程層防誤互相獨立，互相補充，各層防誤功能失效時不影響其它層的防誤功能，確保變電站的操作安全。

圖1　實現防誤功能的變電站監(jiān)控系統(tǒng)功能架構

1.1　站控層防誤

站控層防誤一般由監(jiān)控主機實現，也可以采用數據通信網關機實現，將變電站防誤操作的相關功能模塊嵌入到站控層計算機監(jiān)控系統(tǒng)中。它通過站控層網絡(一般為冗余的雙網)，應用MMS協(xié)議[8]，采集全站間隔層設備上送的信息，進行防誤邏輯運算，防誤范圍包括了全站的斷路器、隔離開關、接地開關、網門和接地線等設備，面向全變電站進行全站性和全面性的防誤操作控制。

站控層防誤具備完善的人機操作界面，以監(jiān)控系統(tǒng)圖形與實時數據庫為基礎，利用內嵌的防誤功能模塊，對設備操作進行可靠的防誤閉鎖檢查、預演和操作票順序執(zhí)行。站控層操作的控制命令經過防誤邏輯檢查后方能將控制命令發(fā)至間隔層設備，如操作不滿足防誤條件，監(jiān)控主機將閉鎖該項操作并報警，輸出提示信息。用戶的誤操作會被閉鎖并報警，報警會明確提示閉鎖的對象和未滿足的防誤規(guī)則。

監(jiān)控主機具備獨立的防誤權限管理功能，操作權限可根據運行需求靈活配置，防誤功能退出、操作票編輯、防誤規(guī)則編輯等功能都可設置獨立的權限。

監(jiān)控主機還能夠正確模擬、生成、執(zhí)行和管理操作票。操作票預演時具備防誤規(guī)則校驗功能，如未通過校驗，則停止預演并告警。監(jiān)控主機還可以根據操作票執(zhí)行步驟依次開放每步電氣操作，操作正確后自動閉鎖該設備，并自動開放符合操作條件的下步操作。操作票執(zhí)行過程中如果發(fā)生保護動作、非當前操作對象的狀態(tài)改變等情況，造成不滿足操作要求時，監(jiān)控主機將實時閉鎖，自動中止余下未操作步驟并告警。操作票執(zhí)行中止后，開放的電氣操作將被及時閉鎖。

1.2　間隔層防誤

間隔層防誤通常由間隔層測控裝置實現。裝置存儲本間隔被控設備的防誤閉鎖邏輯，采集設備狀態(tài)信號、動作信號等狀態(tài)量信號，采集電壓、電流等電氣量信號，通過以太網，應用GOOSE協(xié)議向系統(tǒng)其他設備發(fā)送信號；同時通過網絡，應用GOOSE協(xié)議接收其它間隔裝置發(fā)來的相關間隔的信號，進行被控設備的防誤閉鎖邏輯判斷。測控裝置防誤閉鎖邏輯包含本間隔的閉鎖條件和跨間隔的相關閉鎖條件，根據判斷結果對設備的控制操作進行防誤閉鎖。

正常工作狀態(tài)下，測控裝置進行的所有操作都應滿足防誤閉鎖條件，并顯示和上送防誤判斷結果。當不能有效獲取相關間隔的信息(如由于網絡中斷等原因)、信號具有無效品質、信號處于不確定狀態(tài)(包括置檢修狀態(tài))時，將判斷校驗不通過。

測控裝置還能夠輸出防誤閉鎖接點，該閉鎖接點的作用類似于五防系統(tǒng)中防誤鎖具的作用，它串接于一次設備的遙控和手動操作回路，閉鎖遙控和手動操作，如圖2所示。測控裝置可以自動進行被控對象的防誤邏輯判斷，當條件允許時，合上防誤閉鎖接點，當條件不滿足時，斷開防誤閉鎖接點。在智能變電站中被控對象的操作回來通常位于過程層的智能終端中，測控裝置通過GOOSE協(xié)議和智能終端通信。此時防誤閉鎖接點一般由智能終端輸出，測控裝置可以通過GOOSE報文控制智能終端進行防誤閉鎖接點的輸出。

測控屏柜通常具有“解鎖/聯(lián)鎖”切換開關，可以在緊急情況下或檢修時進行解鎖操作，防誤解鎖切換開關應有鑰匙控制。

測控裝置還能夠將各控制對象的防誤邏輯狀態(tài)和防誤接點的狀態(tài)上送至站控層設備。為了便于進行防誤閉鎖邏輯的校驗，測控裝置還支持遠方置數功能，被置數的數據具有取代的品質，可以參與防誤邏輯運算。

1.3　過程層防誤

過程層防誤是變電站防誤體系不可或缺的重要部分，由設備的單元電氣防誤閉鎖、機械防誤閉鎖、以及智能終端、防誤鎖具等實現。設備的單元電氣閉鎖或機械閉鎖主要實現間隔內設備操作的防誤閉鎖。變電站手動操作設備、網門、臨時接地線等設備的防誤閉鎖可由防誤電磁鎖具等實現。監(jiān)控系統(tǒng)可以通過防誤閉鎖接點控制防誤電磁鎖具的操作。防誤電磁鎖具的位置信號可以輸入至監(jiān)控系統(tǒng)，進行監(jiān)視，并可以參與防誤閉鎖邏輯運算。

2　IEC 61850通信接口

由于IEC 61850標準并沒有規(guī)范防誤閉鎖功能的實現，也沒有規(guī)范不同IED間如何進行防誤信息交換，為便于不同裝置間共享采集信息，利于互操作，需在IEC 61850基礎上進一步標準化測控裝置的控制接口和防誤功能模型。

斷路器、隔離開關等一次控制對象通常采用CSWI建模。站控層設備對間隔層設備中的CSWI進行遙控時，IEC 61850-7-2[9]中定義的控制類服務的Check參數的聯(lián)鎖(interlock)位需置1，表示控制操作需要滿足防誤閉鎖邏輯條件。當操作的防誤條件不滿足時，測控裝置將回復客戶端錯誤原因為Blocked-by-interlocking的否定響應。測控裝置還會判斷自身“解鎖/聯(lián)鎖”位置，當裝置在解鎖位置時不啟動防誤閉鎖判斷，處于聯(lián)鎖狀態(tài)時進行防誤閉鎖判斷。

防誤功能采用IEC 61850-7-4[10]中定義的CILO(聯(lián)鎖控制)邏輯節(jié)點建模，CILO抽象了防誤操作的邏輯判別與結果輸出行為。每個防誤控制對象都建立一個對應CILO的實例，CILO的前綴與實例號與控制對象CSWI保持一致。由于IEC 61850中定義的CILO還不能完全滿足防誤閉鎖功能的需要，我們對其進行了擴充，增加了LckMod和EnaOp兩個元素，CILO類的數據結構見表1。

表1　CILO類結構

圖3　CSWI和CILO在控制操作中的作用示意圖

LckMod反映控制對象的聯(lián)鎖模式，可以是非監(jiān)控防誤、解鎖等方式中的一種。其中非監(jiān)控防誤表示測控裝置不具有防誤閉鎖判斷功能。

EnaOpn用于表示控制對象分閘操作的防誤判別結果，EnaCls用于表示控制對象合閘操作的防誤判別結果。

EnaOp對應于控制對象的防誤接點，可以接收客戶端的控制，對其控合表示解鎖防誤對象，對其控分表示閉鎖防誤對象?？睾蠒r需要啟動防誤功能判斷，控分時無條件。

CSWI和CILO在控制操作中的作用如圖3所示。

3　防誤規(guī)則文件

變電站監(jiān)控主機存儲著全站的防誤閉鎖邏輯，間隔層測控裝置也存儲各自控制對象的防誤閉鎖邏輯。通常變電站進行現場工程實施時，需要分別輸入防誤邏輯，工程配置的工作量較大，而且容易造成測控裝置和監(jiān)控主機防誤邏輯的不一致。為便于測控裝置和監(jiān)控主機實現防誤閉鎖邏輯的共享，簡化現場配置工作，也利于在不同廠家設備間共享防誤閉鎖邏輯，我們研究了一套防誤規(guī)則表示方法，定義了防誤規(guī)則文件的格式。

規(guī)則文件主要由兩部分組成：符號字典部分和操作規(guī)則部分。符號字典主要是將防誤規(guī)則中涉及的數據進行定義，方便在規(guī)則中使用。操作規(guī)則部分是各操作對象控制規(guī)則的排列。

符號字典部分表示如下：

[token dictionary]

desc1=data1’s name

……

descN=dataN’s name

符號字典以關鍵字[token dictionary]開始，關鍵字獨占一行，下面排列多個符號定義，每條符號定義占據一行。

desc為數據的描述字符串，由數字和字母組成，通常由數據所屬的一次設備的編號加數據屬性構成。對于狀態(tài)數據信息，直接用防誤編號表示；對于測量數據信息，用互感器編號加通道相別表示，如BB2201Ub；對于控制數據對象，用防誤編號加CTRL表示，如5011CTRL。

data’s name為數據名稱，它與監(jiān)控系統(tǒng)數據庫中數據名稱保持一致，采用IEC 61850數據的reference來表示數據名稱。reference采用ACSI的表示方式，包含數據的功能約束(FC)，控制對象用FCD表示，位置和測量數據用FCDA表示。例如，控制對象的數據名稱可表示為：CB5011CTRL/QG1CSWI1.Pos[CO]；位置信息的數據名稱可表示為：CB5011CTRL/QG1CSWI1.Pos.stVal[ST]；測量信息的數據名稱可表示為：CB5011MEAS/Q0MMXU1.PhV.phsA.cVal.mag.f[MX]。

操作規(guī)則部分表示如下：

[operation rules]

operateObject1’s desc{operateType}：logic expression1

……

operateObjectN’s desc{operateType}：logic expressionN

操作規(guī)則以關鍵字[operation rules]開始，關鍵字獨占一行，下面排列多個操作對象的操作規(guī)則，每條規(guī)則從行的第一列開始，可以占用多行。

operateObject’s desc，操作對象描述，在符號字典中定義。

operateType，操作類型，主要為合操作、分操作類型。

logic expression，邏輯表達式，由在符號字典中定義的數據描述(desc)、常數和運算符組成。對于狀態(tài)量常數值，統(tǒng)一采用0表示分位，1表示合位。計算結果為1表示允許，為0表示不允許。運算符定義如下：

“=、>、>=、<、<=”，用于變量數據與常數、變量數據與變量數據間的比較；“&”，邏輯與，用于BOOL量之間的邏輯與運算；“|”，邏輯或，用于BOOL量之間的邏輯或運算；“！”，邏輯非，用于BOOL量的取非運算；“()”，括弧，用于表達式中的優(yōu)先級運算。

例如，某個50111隔離開關的合操作規(guī)則表示如下：

50111CTRL{合操作}：((501117=1)&(5011=1)&(501127=1)&(5117=1)& (5127=1))

該規(guī)則文件的表示方法可以基本滿足變電站防誤邏輯的表達，利于測控裝置和監(jiān)控主機的解析和計算。

4　結束語

智能變電站大量應用網絡技術和IEC 61850技術，可以充分實現信息共享和設備的互操作。在智能變電站監(jiān)控系統(tǒng)中，按站控層、間隔層、過程層設置防誤閉鎖功能，應用IEC 61850標準進行信息交互，進行防誤閉鎖判斷和輸出，實現防止電氣誤操作，可

以提高操作的可靠性，簡化二次系統(tǒng)設計。應用標準的防誤規(guī)則文件進行全站監(jiān)控主機和測控裝置的防誤規(guī)則統(tǒng)一配置，可以提高不同設備閉鎖邏輯的準確性，減少現場配置工作量。

我們已經在全國數十座高壓智能變電站監(jiān)控系統(tǒng)中實現防止電氣誤操作功能，提高了變電站智能化水平，簡化了變電站的設備配置和二次回路設計，減輕了運行維護工作量，較大地提高了設備的操作可靠性和操作速度，獲得了良好效果。在智能變電站監(jiān)控系統(tǒng)中實現防止電氣誤操作功能具有較好的應用推廣前景。

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