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國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司南通供電分公司 施 淵 國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司沛縣供電分公司 李 通
隨著國(guó)家電力設(shè)備快速發(fā)展變化和工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備水平日益顯著提高,電網(wǎng)設(shè)施的管理維護(hù)方法和操作運(yùn)行控制模式,對(duì)系統(tǒng)的自動(dòng)化調(diào)整變化越來(lái)越復(fù)雜頻繁[1]。調(diào)度員對(duì)每天運(yùn)行需要的指定參數(shù)模擬操作的數(shù)量每年也均在逐年增加,這自然也必然對(duì)現(xiàn)代化電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的正常運(yùn)行狀態(tài)和綜合管理維護(hù)水平等,提出了新的技術(shù)要求。原有傳統(tǒng)模擬調(diào)度操作管理手動(dòng)操作或微機(jī)控制仿真管理模式,不能夠真正滿足模擬調(diào)度和操作運(yùn)行管理等,從管理經(jīng)驗(yàn)化到操作邏輯、智能化方面的綜合改進(jìn)要求[2]?;诜仙鲜鲭娋W(wǎng)正常運(yùn)行安全要求,本文給出了開(kāi)關(guān)運(yùn)行過(guò)程順序控制的最有效的解決方案。
變電站傳統(tǒng)方式的開(kāi)關(guān)操作過(guò)程較為復(fù)雜,步驟煩瑣[3]。根據(jù)隔離器上的分區(qū)操作發(fā)出相應(yīng)的操作預(yù)先準(zhǔn)備指令,操作人員逐一填寫(xiě)準(zhǔn)備操作,操作人員需和其監(jiān)護(hù)人配合共同參與檢查準(zhǔn)備操作。操作人員審核檢查正確無(wú)誤后,由操作調(diào)度人發(fā)出模擬操作調(diào)度指令,操作員再進(jìn)行操作模擬預(yù)演準(zhǔn)備操作,模擬和預(yù)演的操作順序正確一致后,再開(kāi)始進(jìn)行準(zhǔn)備實(shí)際操作。
所有操作命令都必須事先由操作員主管演示,在由其他操作員重復(fù)操作,且每一個(gè)操作步驟都必須經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢查和驗(yàn)證,導(dǎo)致這一過(guò)程的操作效率較低[4]。同時(shí),確認(rèn)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行異常狀態(tài),存在因誤動(dòng)進(jìn)入充電線間隔而造成設(shè)備觸電傷人的安全風(fēng)險(xiǎn),存在引發(fā)設(shè)備燃燒爆炸、火災(zāi)并危及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備操作及人員安全的風(fēng)險(xiǎn)。
在智能變電站隔離開(kāi)關(guān)分合操作過(guò)程中,軟壓板是一種必要且復(fù)雜的保護(hù)裝置,且各生產(chǎn)廠家對(duì)軟壓板規(guī)格的定義。如果僅通過(guò)人工完成識(shí)別,則誤操作和漏操作的概率很高。如果只對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了手動(dòng)的辨別,則誤操作的和失算操作的概率較高。對(duì)于軟壓板操作、信號(hào)復(fù)位這類簡(jiǎn)單的工作,也需要專人到現(xiàn)場(chǎng)就地操作。這樣不僅效率低、成本高,也難以滿足高效調(diào)度運(yùn)行管理的要求[5]。
隔離開(kāi)關(guān)位置雙控結(jié)構(gòu)如圖1所示,其中包括順序控制主機(jī)、測(cè)控裝置、智能防錯(cuò)主機(jī)以及隔離開(kāi)關(guān)。由順序控制主機(jī)發(fā)起操作指令,生成操作,并通過(guò)站控層網(wǎng)絡(luò)將操作指令發(fā)送給智能防錯(cuò)主機(jī);收到操作指令后,智能防錯(cuò)主機(jī)中形成防錯(cuò)檢查序列,用于對(duì)隔離開(kāi)關(guān)位置后續(xù)變化的檢查。
圖1 隔離開(kāi)關(guān)位置雙控結(jié)構(gòu)示意圖
第一隔離開(kāi)關(guān)的開(kāi)閉操作遠(yuǎn)程信號(hào),將隔離開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)位置,作為第一標(biāo)準(zhǔn)發(fā)送給測(cè)控裝置,確認(rèn)部件提供測(cè)控裝置的開(kāi)關(guān)位置的第二準(zhǔn)則,測(cè)控裝置將接收到的第一和第二標(biāo)準(zhǔn)發(fā)送給序列控制主機(jī),然后序列控制主機(jī)和智能糾錯(cuò)主機(jī)進(jìn)行錯(cuò)誤預(yù)防驗(yàn)證。
在切換操作過(guò)程中,使用切換過(guò)程順序控制程序直接填寫(xiě)操作中心的任務(wù)命令,并同時(shí)配合電動(dòng)托盤(pán)控制操作單元接收命令??刂茊卧诮邮諜z測(cè)到的相關(guān)報(bào)警指令信息后,自動(dòng)檢測(cè)切換到防錯(cuò)鎖報(bào)警程序,然后可以根據(jù)中央隔離開(kāi)關(guān)的自動(dòng)開(kāi)合動(dòng)作情況,進(jìn)行控制中央開(kāi)關(guān)的電磁開(kāi)離出或自動(dòng)進(jìn)入操作。在此基礎(chǔ)上,通過(guò)對(duì)距離信號(hào)傳感元件和限位開(kāi)關(guān)功能的綜合判斷,開(kāi)關(guān)電路將開(kāi)始自動(dòng)并停止保護(hù)工作。采用雙“確認(rèn)”開(kāi)關(guān)功能,實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)全搖動(dòng)切換,滿足了程序自動(dòng)切換開(kāi)關(guān)操作方式的相關(guān)技術(shù)要求。中央空氣開(kāi)關(guān)的操作調(diào)試完成后,智能終端利用開(kāi)關(guān)過(guò)程順序控制軟件給出的操作指令,遠(yuǎn)程手動(dòng)操作中央二次空氣開(kāi)關(guān),在沒(méi)有人員干預(yù)的情況下完成整個(gè)開(kāi)關(guān)操作的編程操作步驟。程序操作電氣裝置與傳統(tǒng)手動(dòng)工具的比較見(jiàn)表1。
表1 程序操作電氣裝置與傳統(tǒng)手動(dòng)操作工具的比較
為進(jìn)一步有效避免視頻切換程序,對(duì)站內(nèi)使用的原始視頻監(jiān)控和采集系統(tǒng)設(shè)備信號(hào)產(chǎn)生較大的諧波影響,可適當(dāng)考慮在原始視頻自動(dòng)切換的操作控制過(guò)程視頻信號(hào)中,考慮添加一個(gè)含有與視頻切換的順序,或與切換控制的動(dòng)作等相關(guān)信息的視頻采集控制設(shè)備組畫(huà)面。開(kāi)關(guān)控制切換過(guò)程順序控制面板通常需要安裝或者固定在變電站空屏的位置,包括遠(yuǎn)動(dòng)開(kāi)關(guān)控制裝置、遠(yuǎn)動(dòng)開(kāi)關(guān)控制裝置監(jiān)控裝置、公共開(kāi)關(guān)測(cè)控裝置、序列式開(kāi)關(guān)控制裝置監(jiān)控切換主機(jī)、智能開(kāi)關(guān)控制裝置防切換出錯(cuò)切換主機(jī)等。交換過(guò)程系統(tǒng)中的序列控制主機(jī)、智能防偏錯(cuò)檢測(cè)主機(jī)和序列控制測(cè)控裝置都接入了控制層的MMS網(wǎng)絡(luò)。
程序化設(shè)備內(nèi)各種電氣裝置運(yùn)行,將徹底取代傳統(tǒng)機(jī)械的運(yùn)行切換方式,不再僅僅需要電氣操作人員和現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員同時(shí)在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行切換或操作,降低了系統(tǒng)運(yùn)行速度和系統(tǒng)維護(hù)成本。程序化系統(tǒng)中,電氣智能化穩(wěn)定運(yùn)行保護(hù)控制系統(tǒng),則完全合理設(shè)計(jì),避免漏掉各種由于現(xiàn)場(chǎng)人員因素失誤,所引起造成事故的各類人為誤動(dòng)操作,較大地減少了電氣設(shè)備運(yùn)維人員設(shè)備維護(hù)工作量,提高維護(hù)了整個(gè)智能電網(wǎng)設(shè)備穩(wěn)定連續(xù)運(yùn)行期間人員的安全系數(shù)。
為避免對(duì)站內(nèi)原始監(jiān)控設(shè)備的影響,可在切換過(guò)程中添加與順序控制相關(guān)的設(shè)備組畫(huà)面。序列控制設(shè)備在切換過(guò)程中的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。
圖2 切換過(guò)程中序列控制管理拓?fù)鋱D
開(kāi)關(guān)過(guò)程順序控制面板安裝在變電站空屏位置,包括遠(yuǎn)動(dòng)a裝置、遠(yuǎn)動(dòng)B裝置、公共測(cè)控裝置、序列控制監(jiān)控主機(jī)、智能防錯(cuò)主機(jī)。根據(jù)圖2中的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),在交換過(guò)程中放置在序列控制面板上的網(wǎng)絡(luò)電纜,分別與站控制層的網(wǎng)絡(luò)a、網(wǎng)絡(luò)B的交換機(jī)相關(guān)聯(lián),并同時(shí)與調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)連接。交換過(guò)程中的序列控制主機(jī)、智能防錯(cuò)主機(jī)和序列控制測(cè)控裝置接入I區(qū)站控制層的MMS網(wǎng)絡(luò)。
程序化設(shè)備的電氣裝置將取代傳統(tǒng)的運(yùn)行方式,不再需要操作和維護(hù)人員在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行切換操作,降低了運(yùn)行和維護(hù)成本。程序化電氣運(yùn)行避免了人為因素造成的誤操作,大大減少了運(yùn)維人員的工作量,提高了電網(wǎng)運(yùn)行的安全系數(shù)。
變電站順控操作程序與站內(nèi)一次設(shè)備(如斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、接地刀等)的自動(dòng)執(zhí)行、二次設(shè)備軟壓板的遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)相關(guān)。測(cè)量和控制裝置確保了對(duì)主要設(shè)備位置的準(zhǔn)確獲取。在無(wú)人值守環(huán)境下,無(wú)需進(jìn)行人工干預(yù)操作的序列控制操作方案實(shí)現(xiàn)成功率性、決策正確性等,往往還取決于一次級(jí)設(shè)備穩(wěn)定性和一次二級(jí)操作設(shè)備運(yùn)行的可靠性。
變電站順序開(kāi)關(guān)控制系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程的主要一次動(dòng)作設(shè)備,如斷路器、隔離式開(kāi)關(guān)、離地刀等,應(yīng)采用電動(dòng)操作機(jī)制,并能滿足遠(yuǎn)程和本地運(yùn)行模式的切換。當(dāng)其處于遠(yuǎn)程操作模式時(shí),本地操作應(yīng)被鎖定,反之亦然。所有高壓設(shè)備應(yīng)根據(jù)電力設(shè)備工況維護(hù)的要求,進(jìn)行傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、同時(shí)開(kāi)合、輔助觸點(diǎn)等試驗(yàn)檢查,確保長(zhǎng)期良好性能。對(duì)于二次設(shè)備,英語(yǔ)支持IEC61850通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的智能元件、保護(hù)功能和出口設(shè)備應(yīng)為軟壓板,支持遠(yuǎn)程修改整定值和穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)的保護(hù)裝置應(yīng)由順控設(shè)備提供支持。根據(jù)高壓隔離器各部分的實(shí)際材料性能,在有限元模擬模型中設(shè)置各部件的材料性能。在工程數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中可以設(shè)置各種材料參數(shù),在工程數(shù)據(jù)中設(shè)置材料參數(shù),可以直接將鋼、銅合金和鋁合金添加到材料庫(kù)中,如新型陶瓷材料,設(shè)置材料的相對(duì)密度、泊松比、楊氏模量比等相關(guān)性能,材料性能見(jiàn)表2。
表2 隔離連接器的材料特性
由于隔離器開(kāi)閉操作測(cè)控裝置,或保護(hù)測(cè)控集成裝置是驅(qū)動(dòng)順序控制命令的最終執(zhí)行者,因此應(yīng)從安全保護(hù)和工作環(huán)境等方面給予充分的保證,以確保正常運(yùn)行。需要指出的是,由于本階段部分智能變電站試運(yùn)行中,電子變壓器缺乏運(yùn)行穩(wěn)定性,其數(shù)據(jù)精度也可能影響序列控制操作設(shè)備的狀態(tài)檢測(cè),在實(shí)際工作中應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格的巡邏防范。
對(duì)于電站設(shè)備中的間隔設(shè)備來(lái)說(shuō),應(yīng)根據(jù)設(shè)備狀態(tài)定義工具定義的狀態(tài)建模。通過(guò)定義和對(duì)各類不同參數(shù)的各種海灣設(shè)備狀態(tài)參數(shù)間的自動(dòng)轉(zhuǎn)換,可以保證簡(jiǎn)單可靠、靈活快速地去自動(dòng)實(shí)現(xiàn)針對(duì)各個(gè)不同的類型海灣設(shè)備,需要進(jìn)行處理的各種相關(guān)業(yè)務(wù)操作。在對(duì)不同間隔的設(shè)備狀態(tài)信號(hào)的自動(dòng)序列轉(zhuǎn)換控制過(guò)程和控制文件中,可以實(shí)現(xiàn)通過(guò)在自動(dòng)序列的轉(zhuǎn)換和控制過(guò)程文件中使用的定義工具,來(lái)實(shí)現(xiàn)相關(guān)參數(shù)的提示、遙控開(kāi)關(guān)的操作、固定值區(qū)碼的查看和設(shè)置,以及控制軟壓板上的開(kāi)關(guān)。
所有上述這些操作控制過(guò)程文件,都會(huì)直接在操作過(guò)程文件中定義,并加載到序列控制執(zhí)行裝置中,便于后臺(tái)監(jiān)控設(shè)備可靠的實(shí)現(xiàn)序列控制過(guò)程定義操作,并完全自動(dòng)實(shí)現(xiàn)操作中定義的序列控制任務(wù)。海灣設(shè)備中的相應(yīng)設(shè)備通過(guò)操作文件,實(shí)現(xiàn)了對(duì)海灣設(shè)備的順序控制功能。這不僅滿足了新一代綜合自動(dòng)化專業(yè)的配置要求,而且也實(shí)現(xiàn)了來(lái)自新一代數(shù)字變電站不同廠家的設(shè)備互連的效果。根據(jù)電站間隔列表,顯示和查看序列控制過(guò)程所定義的操作,并可以自行定義和實(shí)現(xiàn)間隔的操作任務(wù)。
在間隔操作定義過(guò)程中,可以對(duì)序列控制過(guò)程中的操作任務(wù)進(jìn)行定義、編輯、修改和刪除。在切換過(guò)程中,順序控制設(shè)備平臺(tái)的建設(shè)完成后,需要對(duì)順序控制操作設(shè)備進(jìn)行實(shí)際測(cè)試,以驗(yàn)證其功能是否滿足要求。切換過(guò)程中的順序控制操作過(guò)程如圖3所示。
圖3 切換過(guò)程順序控制操作流程圖
切換過(guò)程中的順序控制操作主要包括用戶權(quán)限驗(yàn)證、檢查當(dāng)前設(shè)備狀態(tài)、選擇設(shè)備目標(biāo)狀態(tài)、生成順序控制操作、模擬演練、執(zhí)行正式指令和正確的操作反饋等。
雙輔助觸點(diǎn)位置驗(yàn)證的方法,能使控制設(shè)備上對(duì)實(shí)際設(shè)備位置信號(hào)狀態(tài)的自動(dòng)判斷能力更加靈活可靠,有效及時(shí)避免了一些由于被控設(shè)備位置的實(shí)際位置信息,與雙輔助控制觸點(diǎn)的不匹配狀態(tài)而容易造成錯(cuò)誤的失誤操作。順序控制設(shè)備位置的應(yīng)急糾正措施主要是指,設(shè)備在實(shí)際執(zhí)行動(dòng)作過(guò)程中,需要改變正確的控制操作方式。與斷路器順序控制執(zhí)行操作任務(wù)相關(guān)項(xiàng)目的斷路器,如在斷路器順序自動(dòng)控制程序執(zhí)行后,未再達(dá)到執(zhí)行該相關(guān)項(xiàng)目時(shí)自動(dòng)跳閘,應(yīng)進(jìn)行自動(dòng)條件適應(yīng)程序選擇暫停該操作項(xiàng)目或直接跳過(guò)此操作,并可以直接選擇進(jìn)入到下一步檢查斷路器位置,功能可靠性還包括自動(dòng)順序控制操作異常、暫停報(bào)警或完全停止自動(dòng)操作時(shí)提醒手動(dòng)干預(yù)。
目前,變電站開(kāi)關(guān)過(guò)程順序控制技術(shù)仍處于探索階段,其改造實(shí)施、設(shè)備使用和日常運(yùn)維管理在國(guó)網(wǎng)和省級(jí)公司層面缺乏相關(guān)規(guī)定。根據(jù)110kV云中變電站“開(kāi)關(guān)工序順序控制”改造,供電公司形成了5類,專項(xiàng)驗(yàn)收操作卡和開(kāi)關(guān)工序順控制操作,總結(jié)編制了國(guó)家電網(wǎng)供電公司變電站開(kāi)關(guān)工序順序控制設(shè)備的使用管理措施,以及國(guó)家電網(wǎng)供電公司變電站開(kāi)關(guān)工序順序控制設(shè)備的運(yùn)維管理措施,包括改造建設(shè)、切換過(guò)程順序控制設(shè)備的使用條件和工藝,以及設(shè)備運(yùn)行要求,明確各部件日常運(yùn)行維護(hù)的要點(diǎn)和設(shè)備維護(hù)的邊界。
在斷路器隔離操作與輔助開(kāi)關(guān)開(kāi)合操作狀態(tài)信號(hào)的雙重位置確認(rèn),與動(dòng)作防誤邏輯系統(tǒng)仿真研究實(shí)踐中,斷路器機(jī)構(gòu)信號(hào)和斷路器輔助開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)信息的雙重位置確認(rèn)信號(hào),與閉合動(dòng)作狀態(tài)信息中的雙重位置確認(rèn)信息,應(yīng)是一個(gè)包括斷路器在各種不同類型工作電源環(huán)境下運(yùn)行,或使用中不同狀態(tài)電路原理信息在內(nèi)的斷路器主輔關(guān)的雙重確認(rèn)位置標(biāo)準(zhǔn)。采用斷路器機(jī)構(gòu)參數(shù)及輔助主開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)信息的雙位置信息準(zhǔn)則,可考慮作為確定斷路器位置標(biāo)準(zhǔn)時(shí)的前兩個(gè)較主要參考的位置準(zhǔn)則,輔助主開(kāi)關(guān)準(zhǔn)則時(shí)應(yīng)考慮到采用于該斷路器設(shè)備所在保護(hù)電路系統(tǒng)中的短路電壓測(cè)量數(shù)據(jù),以及短路保護(hù)電流的遙測(cè)值信息。
如果基于現(xiàn)場(chǎng)遙測(cè)所得的現(xiàn)場(chǎng)信息,已完全無(wú)法單獨(dú)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集,則可以直接認(rèn)為由現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)字信號(hào)顯示信號(hào)和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備信息反饋信息提供出來(lái)的,如現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備通電位置數(shù)據(jù)和設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)斷電信息數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)。
軸閉合開(kāi)雙輔助開(kāi)關(guān)準(zhǔn)則信號(hào),還可選擇采用軸與軸閉合開(kāi)的雙隔離輔助開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)信號(hào)和不同步,或一致開(kāi)時(shí)觸點(diǎn)的開(kāi)合,或操作的位置信號(hào)及指示位置信號(hào)。其最上端還可選擇配置或安裝有至少一套基于深度學(xué)習(xí)算法設(shè)計(jì)的圖像特征識(shí)別終端,以及一套視頻圖像采集分析處理智能終端,以實(shí)現(xiàn)切換過(guò)程中的序列控制雙確認(rèn)輔助準(zhǔn)則。
隔離開(kāi)關(guān)的開(kāi)閉和操作,以及采用二次保護(hù)裝置保護(hù)的軟壓板的雙重確認(rèn)。以軟壓板信息輸入作為主要工作準(zhǔn)則,以硬壓板功能輸入信息輸入作為主要輔助操作準(zhǔn)則。以輸入距離保護(hù)軟壓板信息輸入為輸入主要操作準(zhǔn)則,以輸入距離保護(hù)輸入信息輸出作為輸入輔助工作準(zhǔn)則。
通過(guò)利用MATLAB/Simulink的仿真模擬軟件,處理所采集記錄到的變電站電流波形數(shù)據(jù),并可以采用快速傅里葉變換算法,采用該變換方法直接計(jì)算短路故障產(chǎn)生后變電站第一周期電流波的電壓幅值。當(dāng)發(fā)生短路故障時(shí)波形保持固定不變之時(shí),通過(guò)直接改變切換電源波形的初始時(shí)間階段,分析說(shuō)明了以上兩種變換算法及其在切換電源的不同時(shí)間,初始時(shí)間階段波形的切換過(guò)程計(jì)算中發(fā)生的時(shí)間順序與控制時(shí)間管理誤差。故障信號(hào)發(fā)生后的第一個(gè)時(shí)鐘周期,即從0.06~0.08s的大約20ms的時(shí)間范圍,記錄不同環(huán)境下變電站開(kāi)關(guān)梳相應(yīng)效果的比較和檢查結(jié)果,并隨電源初始階段的變化,5ms數(shù)據(jù)窗口中快速傅里葉變換與該方法的計(jì)算誤差比較見(jiàn)表3。
表3 算法誤差比較
序列控制操作是國(guó)外比較成熟的技術(shù),目前已廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)換流站,運(yùn)行多年未出現(xiàn)操作錯(cuò)誤。由于國(guó)家電網(wǎng)公司設(shè)備開(kāi)始開(kāi)展開(kāi)關(guān)過(guò)程順序控制的試點(diǎn)應(yīng)用,經(jīng)過(guò)試點(diǎn)項(xiàng)目試驗(yàn),在變電站實(shí)施開(kāi)關(guān)過(guò)程順序控制具有技術(shù)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì),降低了專業(yè)人員的工作強(qiáng)度和壓力。由于其智能操作,基本不存在誤操作、誤操作等現(xiàn)象。在未來(lái)的變電站運(yùn)行中,該技術(shù)具有較大的發(fā)展?jié)摿?,其全面的?yīng)用可以加快電力生產(chǎn)的智能化和前沿發(fā)展。