申文偉 逯 遙

智能變電站防止電氣誤操作系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方式、驗(yàn)收及運(yùn)維管理研究

申文偉1逯 遙2

（1. 國網(wǎng)濟(jì)南供電公司，濟(jì)南 250012；2. 國網(wǎng)山東省電力公司檢修公司，濟(jì)南 250118）

智能變電站的防誤閉鎖系統(tǒng)與常規(guī)變電站基本架構(gòu)差異很大，目前電力運(yùn)行部門關(guān)于智能變電站防誤閉鎖系統(tǒng)認(rèn)知、驗(yàn)收、運(yùn)行管理等方面的經(jīng)驗(yàn)仍十分匱乏。結(jié)合參與濟(jì)南地區(qū)首個(gè)全部投入三層閉鎖系統(tǒng)的智能變電站驗(yàn)收實(shí)踐，本文對(duì)智能變電站防誤閉鎖系統(tǒng)的三層架構(gòu)進(jìn)行了深入分析，并重點(diǎn)闡述了間隔層防誤閉鎖的實(shí)現(xiàn)原理、特點(diǎn)及主要優(yōu)勢(shì)，提出了智能變電站防誤閉鎖系統(tǒng)驗(yàn)收的“六步法”，最后總結(jié)了智能變電站防誤閉鎖系統(tǒng)的運(yùn)維要點(diǎn)，希望為同行提供有益參考。

智能變電站；防止電氣誤操作；間隔層防誤閉鎖；驗(yàn)收；運(yùn)維

為了防止電氣誤操作事故發(fā)生，電氣設(shè)備應(yīng)安裝防止電氣誤操作閉鎖裝置（系統(tǒng)），簡稱“防誤裝置（系統(tǒng)）”，且防誤裝置（系統(tǒng)）應(yīng)與主體設(shè)備同時(shí)設(shè)計(jì)、同時(shí)施工、同時(shí)投運(yùn)（“三同時(shí)”制度）[1]。防誤裝置（系統(tǒng)）主要防止五類事故發(fā)生[2-3]：防止誤分、誤合斷路器，防止帶負(fù)荷拉、合隔離開關(guān)，防止帶電掛（合）接地線（接地隔離開關(guān)），防止帶接地線（接地隔離開關(guān)）合斷路器（隔離開關(guān)），防止誤入帶電間隔。因此，防誤閉鎖系統(tǒng)又稱“五防系統(tǒng)”。

目前，智能變電站已在電力系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用。與常規(guī)變電站相比，智能變電站的防誤系統(tǒng)區(qū)別較大。常規(guī)站的防誤系統(tǒng)分為獨(dú)立防誤系統(tǒng)、監(jiān)控一體化防誤系統(tǒng)兩類。獨(dú)立防誤系統(tǒng)是指設(shè)置獨(dú)立的防誤主機(jī)，防誤主機(jī)與監(jiān)控系統(tǒng)兩者之間通信，實(shí)現(xiàn)防誤主機(jī)設(shè)備狀態(tài)對(duì)位及遙控指令傳輸；監(jiān)控一體化防誤系統(tǒng)是指監(jiān)控系統(tǒng)嵌入防誤軟件，兩者共用設(shè)備數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)遙控操作防誤校驗(yàn)。常規(guī)的防誤裝置包括電氣閉鎖、機(jī)械閉鎖、電磁鎖、機(jī)械編碼鎖、電氣編碼鎖等形式，實(shí)現(xiàn)具體設(shè)備閉鎖。而智能變電站防誤系統(tǒng)包括站控層、間隔層和過程層三層防誤，其中，站控層防誤采用監(jiān)控一體化防誤系統(tǒng)，過程層防誤與常規(guī)變電站基本相同。間隔層防誤基于測(cè)控裝置實(shí)現(xiàn)，具有防誤軟閉鎖和硬閉鎖功能，可為順序控制提供防誤校驗(yàn)支持[4-5]。目前關(guān)于智能變電站防誤系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)、驗(yàn)收、運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)仍比較匱乏，多數(shù)運(yùn)維單位采用傳統(tǒng)思維開展防誤管理，通常直接將智能變電站的間隔層防誤退出運(yùn)行，僅保留站控層與過程層防誤，不僅造成了設(shè)備資源的浪費(fèi)，也對(duì)智能變電站的安全運(yùn)行構(gòu)成威脅[6]。

本文結(jié)合濟(jì)南地區(qū)首個(gè)三層防誤系統(tǒng)全部投入的智能變電站驗(yàn)收實(shí)踐，對(duì)智能變電站的三層防誤架構(gòu)進(jìn)行深入剖析，并重點(diǎn)闡述了間隔層防誤的實(shí)現(xiàn)原理、技術(shù)特點(diǎn)及主要優(yōu)勢(shì)，提出了智能變電站防誤系統(tǒng)驗(yàn)收的“六步法”，最后對(duì)智能變電站防誤系統(tǒng)的運(yùn)維要點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)，希望為智能變電站防誤系統(tǒng)運(yùn)維管理提供參考。

1 防誤閉鎖系統(tǒng)的三層架構(gòu)

智能變電站基本架構(gòu)分為站控層、間隔層和過程層三層。站控層設(shè)備包括自動(dòng)化站級(jí)監(jiān)視控制系統(tǒng)、站域控制、通信系統(tǒng)、對(duì)時(shí)系統(tǒng)等，實(shí)現(xiàn)面向全站設(shè)備的監(jiān)視、控制、報(bào)警及信息交互功能；間隔層包括繼電保護(hù)裝置、故障錄波、測(cè)控裝置、計(jì)量裝置等；過程層包括一次設(shè)備、智能終端、合并單元等。按照防誤系統(tǒng)所在的設(shè)備層級(jí)劃分，智能變電站防誤系統(tǒng)分為站控層防誤、間隔層防誤、過程層防誤三層。圖1所示為智能變電站典型的“三層兩網(wǎng)”框架結(jié)構(gòu)，即站控層、間隔層和過程層，以及站控層網(wǎng)絡(luò)和過程層網(wǎng)絡(luò)。監(jiān)控機(jī)通過測(cè)控裝置下達(dá)遙控指令至一次設(shè)備的智能終端，實(shí)現(xiàn)遙控操作，該過程中需經(jīng)三層防誤校驗(yàn)。下面逐一分析：

圖1 智能變電站三層防誤架構(gòu)

1）站控層防誤，監(jiān)控一體化防誤系統(tǒng)采用監(jiān)控和防誤軟件一體化設(shè)計(jì)，監(jiān)控畫面與防誤畫面可切換，兩者之間自動(dòng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。每個(gè)間隔均設(shè)置了“站控層防誤投退”光字牌，可獨(dú)立投退本間隔站控層防誤。

2）間隔層防誤，通過測(cè)控裝置及智能終端實(shí)現(xiàn)防誤功能。防誤閉鎖邏輯存儲(chǔ)在測(cè)控裝置，測(cè)控裝置實(shí)時(shí)采集（直接采集或網(wǎng)絡(luò)共享）相關(guān)一次設(shè)備的位置狀態(tài)信息后，實(shí)時(shí)判斷操作指令是否符合防誤邏輯，并將判斷結(jié)果下發(fā)至智能終端，如果正確，則開放智能終端電氣操作回路；否則，則閉鎖操作回路。通過測(cè)控裝置“解鎖軟壓板”或“解鎖硬壓板”或智能控制柜的“解鎖把手”投退本間隔層防誤，三者只投入其一即退出間隔層防誤。

3）過程層防誤，指安裝在過程層設(shè)備的傳統(tǒng)防誤裝置，包括電氣閉鎖回路、機(jī)械閉鎖、電磁鎖、機(jī)械編碼鎖、電氣編碼鎖等。根據(jù)一次電氣設(shè)備的類型，過程層采用的防誤型式有所區(qū)別。例如，GIS設(shè)備通常采用電氣閉鎖或電氣編碼鎖，開關(guān)柜設(shè)備一般則采用機(jī)械閉鎖、編碼鎖或電磁鎖。其中機(jī)械編碼鎖、電氣編碼鎖一般通過電腦鑰匙進(jìn)行管理。運(yùn)維人員可通過匯控柜的“電氣解鎖把手”退出本間隔過程層防誤。

2 間隔層防誤閉鎖的實(shí)現(xiàn)原理及主要優(yōu)勢(shì)

本文以某110kV變電站的間隔層防誤實(shí)現(xiàn)方法為例，對(duì)間隔層防誤原理進(jìn)行闡述。圖2為該110kV變電站的部分一次接線圖，該站110kV系統(tǒng)采用內(nèi)橋接線，下面針對(duì)110kVⅠ母線相關(guān)設(shè)備的聯(lián)鎖進(jìn)行分析。

圖2 某110kV變電站電氣接線圖（部分）

110kVⅠ母PT母線側(cè)P11-D1接地隔離開關(guān)的橫向閉鎖邏輯較為復(fù)雜，需要跨越4個(gè)間隔，與110kVⅠ母PT P11間隔、110kV黨領(lǐng)線101間隔、1號(hào)主變110kV側(cè)進(jìn)線103間隔、110kVⅠ、Ⅱ內(nèi)橋104間隔均相關(guān)。若采用常規(guī)電氣閉鎖，其電氣閉鎖回路需要跨間隔串聯(lián)P11、101-1、103-1、104-1隔離開關(guān)的輔助接點(diǎn)，接線復(fù)雜，接點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)排查十分困難。本文以110kVⅠ母PT母線側(cè)P11-D1接地隔離開關(guān)閉鎖為例，闡述如何通過間隔層防誤實(shí)現(xiàn)其有效閉鎖。

P11-D1接地隔離開關(guān)的允許邏輯如圖3所示，P11-D1接地隔離開關(guān)允許操作條件為：P11隔離開關(guān)分位、101-1隔離開關(guān)分位、103-1隔離開關(guān)分位、104-1隔離開關(guān)分位，即滿足與110kVⅠ母線相聯(lián)的所有隔離開關(guān)均在分位時(shí)，允許操作P11-D1接地隔離開關(guān)；若任一條件不滿足，例如101-1合閘（圖4），則閉鎖P11-D1接地隔離開關(guān)操作。

工程調(diào)試人員將上述的閉鎖邏輯程序下裝至110kVⅠ母PT的測(cè)控裝置內(nèi)，其測(cè)控裝置實(shí)時(shí)根據(jù)相關(guān)設(shè)備的遙信信息（P11、101-1、103-1、104-1隔離開關(guān)位置），實(shí)時(shí)判斷是否滿足P11-D1接地隔離開關(guān)的操作條件，如圖4所示。間隔層防誤通過串聯(lián)在設(shè)備操作回路中的硬閉鎖接點(diǎn)K1，實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備強(qiáng)制性閉鎖。該硬閉鎖接點(diǎn)K1位于智能終端。若滿足操作條件，測(cè)控裝置輸出操作允許信號(hào)至該間隔的智能終端，控制P11-D1電氣操作回路中的硬閉鎖接點(diǎn)K1閉合，從而開放P11-D1的電氣控制回路；否則，硬閉鎖接點(diǎn)K1保持?jǐn)嚅_，切斷P11-D1電氣操作回路，同時(shí)閉鎖遙控和就地操作。特別指出，為防止母線側(cè)隔離開關(guān)位置遙信取反或輔助接點(diǎn)不到位造成的閉鎖風(fēng)險(xiǎn)，測(cè)控裝置通過采集“雙位置遙信”信息判斷設(shè)備狀態(tài)，即同時(shí)采集常開、常閉兩個(gè)輔助接點(diǎn)位置。當(dāng)常開點(diǎn)值＝1&常閉點(diǎn) 值＝0，則判斷隔離開關(guān)在合位；當(dāng)常開點(diǎn)值＝0&常閉點(diǎn)值＝1，判斷隔離開關(guān)在分位；當(dāng)兩個(gè)位置值都為1，或者兩個(gè)值都為0，則判斷隔離開關(guān)位置無效，此時(shí)閉鎖設(shè)備操作回路，保證閉鎖有效。

圖3 P11-D1接地隔離開關(guān)的允許操作邏輯

圖4 P11-D1接地隔離開關(guān)的閉鎖操作邏輯

測(cè)控裝置間隔層防誤一般包括軟閉鎖（防誤邏輯判斷）和硬閉鎖（控制智能終端閉鎖接點(diǎn)斷開或閉合）兩部分。以遙控P11-D1接地隔離開關(guān)合閘過程為例，分析軟閉鎖和硬閉鎖的功能，如圖5所示。

圖5 P11-D1接地隔離開關(guān)控制回路強(qiáng)制性閉鎖原理

圖6 P11-D1接地隔離開關(guān)遙控合閘流程圖

具體過程為：遙控選擇“遙控P11-D1接地隔離開關(guān)合閘”→防誤邏輯（軟閉鎖）判別為真→硬件選擇對(duì)象正確→回答選擇成功→開放即閉合硬閉鎖接點(diǎn)（硬閉鎖）→遙控執(zhí)行→硬件執(zhí)行對(duì)象正確→回答執(zhí)行成功→等待開關(guān)真正動(dòng)作或失敗超時(shí)→收回即斷開硬閉鎖接點(diǎn)。

與傳統(tǒng)防誤相比，間隔層防誤具有以下優(yōu)勢(shì)：

1）全面覆蓋

全面覆蓋站內(nèi)所有的設(shè)備節(jié)點(diǎn)，變電站內(nèi)任一個(gè)開關(guān)、隔離開關(guān)等設(shè)備的遙信信號(hào)只要接入測(cè)控裝置，即可參與間隔層防誤閉鎖[7]。依托智能變電站GOOSE組網(wǎng)實(shí)現(xiàn)測(cè)控裝置遙信信息共享，節(jié)省大量通信接線，實(shí)施方便。

2）實(shí)時(shí)閉鎖

通過實(shí)時(shí)獲取全站設(shè)備的遙信信號(hào)，根據(jù)防誤邏輯判斷自動(dòng)閉鎖或開放設(shè)備的電氣操作回路，真正實(shí)現(xiàn)智能化閉鎖，杜絕傳統(tǒng)微機(jī)防誤“走空程”現(xiàn)象發(fā)生[8]。

3）強(qiáng)制閉鎖

電氣閉鎖采用多個(gè)閉鎖接點(diǎn)串聯(lián)，輔助接點(diǎn)故障概率較大；間隔層防誤僅設(shè)置一個(gè)硬閉鎖接點(diǎn)，硬回路故障概率較低，雖然設(shè)備遙信信息錯(cuò)誤也會(huì)造成閉鎖失效，但如前文所述，通過雙位置遙信可有效降低此風(fēng)險(xiǎn)。因此，綜合來說間隔層防誤故障概率相對(duì)較低。另一方面，當(dāng)測(cè)控裝置故障或僅測(cè)控裝置檢修壓板投入或相關(guān)設(shè)備通信中斷時(shí)，間隔層閉鎖接點(diǎn)保持常開狀態(tài)，自動(dòng)閉鎖設(shè)備操作回 路[9-10]。注意：當(dāng)智能終端與測(cè)控裝置檢修狀態(tài)一致時(shí)（即同時(shí)投入），則閉鎖接點(diǎn)閉合從而開放設(shè)備操作回路。

4）拓展性較強(qiáng)

間隔層防誤通過采集或網(wǎng)絡(luò)共享方式獲取設(shè)備實(shí)時(shí)位置，拓展性較強(qiáng)。當(dāng)設(shè)備變動(dòng)或改擴(kuò)建時(shí)，無需更改設(shè)備電氣操作硬回路，能夠節(jié)省大量敷設(shè)電纜工作量；但注意仍要求重新修改間隔層防誤的“軟回路”（測(cè)控裝置訂閱遙信量SCD及閉鎖邏輯）并下裝測(cè)試，方可完成間隔層防誤拓展。

特別指出，間隔層防誤與傳統(tǒng)電氣防誤是兩種不同的閉鎖形式。根據(jù)現(xiàn)有規(guī)定，兩者并非相互取代，而是相互補(bǔ)充。DL/T 1404—2015規(guī)范也推薦兩種閉鎖同時(shí)采用，以增加防誤系統(tǒng)的可靠性。

3 驗(yàn)收方法

智能變電站防誤系統(tǒng)的三層閉鎖關(guān)系包含兩方面：①三者之間為邏輯“與”的關(guān)系，即只有同時(shí)滿足三者的操作允許條件時(shí)，方可開放電氣設(shè)備控制回路；②三者相互獨(dú)立，即任意層防誤故障時(shí)，可獨(dú)立退出該層防誤系統(tǒng)，其他兩層防誤系統(tǒng)不受影響。為了確保各層防誤的正確性，應(yīng)對(duì)各層防誤分別驗(yàn)收。本文提出驗(yàn)收“六步法”，即包括審核防誤邏輯表、編制防誤驗(yàn)收表、獨(dú)立驗(yàn)收各層防誤系統(tǒng)、分別驗(yàn)證就地/遙控操作閉鎖、分別驗(yàn)證閉鎖/允許條件、三層防誤系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)試6個(gè)環(huán)節(jié)。

1）審核防誤邏輯表

首先審核防誤邏輯正確性，防誤邏輯應(yīng)符合相關(guān)規(guī)定、規(guī)程要求，滿足各種運(yùn)行方式及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)下的安全要求。應(yīng)注意：站控層、間隔層、過程層三層邏輯應(yīng)一致，不得發(fā)生沖突。

2）編制防誤驗(yàn)收表

防誤驗(yàn)收表應(yīng)包含所有設(shè)備的閉鎖信息，驗(yàn)收時(shí)應(yīng)根據(jù)表格逐項(xiàng)進(jìn)行，每驗(yàn)完一項(xiàng)，在對(duì)應(yīng)位置打“√”確認(rèn)，禁止漏項(xiàng)、跳項(xiàng)。

3）獨(dú)立驗(yàn)收各層防誤系統(tǒng)

驗(yàn)收某層防誤系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)退出其他兩層防誤系統(tǒng)，以確保驗(yàn)收該層防誤的獨(dú)立性，否則無法判斷該層閉鎖是否有效。

4）分別驗(yàn)證就地/遙控操作閉鎖

驗(yàn)收時(shí)，應(yīng)就地和遙控操作分別進(jìn)行，確保防誤系統(tǒng)閉鎖就地和遙控操作的可靠性。

5）分別驗(yàn)證閉鎖/允許條件

驗(yàn)收時(shí)，應(yīng)對(duì)閉鎖條件和允許條件進(jìn)行正反向驗(yàn)證，確保每個(gè)“與”的條件可靠閉鎖，每個(gè)“或”的條件可靠動(dòng)作。

6）三層防誤系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)試

待站控層、間隔層、過程層防誤三者獨(dú)立驗(yàn)收完畢后，應(yīng)對(duì)三者進(jìn)行聯(lián)合調(diào)試。即全部投入三層防誤后，按照防誤驗(yàn)收表，分別進(jìn)行就地和遙控操作檢驗(yàn)，確保三層防誤閉鎖邏輯一致。

4 運(yùn)維注意事項(xiàng)

1）各層防誤系統(tǒng)應(yīng)經(jīng)驗(yàn)收合格后，方可投入使用。應(yīng)妥善保存設(shè)計(jì)圖紙、驗(yàn)收記錄、防誤邏輯、設(shè)備備件清單等資料，以方便后期維護(hù)。

2）應(yīng)做好各層防誤邏輯數(shù)據(jù)備份，當(dāng)信息變更時(shí)應(yīng)及時(shí)更新，并作好更新記錄[11-12]。備份必須保證是最新一次的資料，每次備份時(shí)上一次的備份必須同時(shí)刪除。

3）變電站接線方式、設(shè)備變更或測(cè)控裝置升級(jí)時(shí)，應(yīng)及時(shí)更新防誤邏輯，經(jīng)設(shè)備運(yùn)維管理單位審核無誤，并經(jīng)過全面防誤傳動(dòng)試驗(yàn)正確后，方可投入。

4）各層防誤系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置獨(dú)立可靠的防誤投退控制措施，運(yùn)維人員應(yīng)明確各層防誤系統(tǒng)的投退方式，包括站控層防誤投退（通常按間隔投退，不能全站退出）、間隔層測(cè)控裝置解鎖軟壓板（硬壓板）、智能終端解鎖鑰匙、電氣閉鎖解鎖鑰匙以及其他解鎖工具。解鎖工具（鑰匙）或口令應(yīng)嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)定統(tǒng)一管理。解鎖或停用防誤閉鎖裝置時(shí)應(yīng)嚴(yán)格遵循相關(guān)規(guī)定[13]。任何人不得隨意退出防誤閉鎖裝置。

5）每年應(yīng)定期對(duì)變電運(yùn)維人員進(jìn)行培訓(xùn)工作，使其熟練掌握防誤裝置，做到“四懂三會(huì)”（懂防誤裝置的原理、性能、結(jié)構(gòu)和操作程序，會(huì)熟練操作、會(huì)處缺和會(huì)維護(hù)）[3,14]。新上崗的運(yùn)行人員必須經(jīng)防誤裝置的培訓(xùn)并考試合格。

5 結(jié)論

本文針對(duì)智能變電站防誤系統(tǒng)的架構(gòu)、間隔層防誤系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)原理及主要優(yōu)勢(shì)進(jìn)行了分析，并對(duì)智能變電站三層防誤系統(tǒng)的驗(yàn)收及運(yùn)維方法進(jìn)行了總結(jié)，得出以下結(jié)論：

1）智能變電站的防誤系統(tǒng)分為站控層、間隔層和過程層防誤三層架構(gòu)。

2）間隔層防誤的防誤閉鎖基于測(cè)控裝置和IEC 61850網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)，具有全面閉鎖、實(shí)時(shí)閉鎖、強(qiáng)制性閉鎖、便于擴(kuò)展等優(yōu)勢(shì)。

3）總結(jié)了智能變電站防誤系統(tǒng)驗(yàn)收的“六步法”，確保各層防誤正確有效。

4）智能變電站防誤系統(tǒng)的運(yùn)維應(yīng)做好閉鎖邏輯資料備份、各層閉鎖的解鎖工具或口令管理、人員培訓(xùn)等工作。

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Study of preventing electric mal-operation system in smart substation —mechanism, inspection, operation and maintenance

Shen Wenwei1Lu Yao2

(1. State Grid Ji’nan Power Supply Company, Ji’nan 250012; 2. State Grid Shandong Electric Power Maintenance Company, Ji’nan 250118)

The mal-operation blocking system of smart substation is highly different from that of the conventional substation. The understanding of, test methods for, and operational management experience on the mal-operation blocking of smart substation are still insufficient. In this paper, according to the first smart substation with three-layer mal-operation blocking system in Ji’nan, the three-layer diagram of the mal-operation blocking is probed. The mechanism, characteristics and advantages of the bay level mal-operation blocking are particularly analyzed. Finally, a "six-step" test method, and principles of operation and maintenance of mal-operation blocking of smart substation are summarized in order to offer beneficial reference to peers.

smart substation; preventing electric mal-operation; bay level mal-operation blocking; inspection; operation and maintenance

2018-02-26

申文偉（1988-），男，碩士研究生，主要從事智能電網(wǎng)運(yùn)檢技術(shù)及電力設(shè)備監(jiān)測(cè)與診斷技術(shù)的研究工作。