智能变电站防误操作系统研究①

【前言】智能变电站防误操作系统研究①由文秘帮小编整理而成，但愿对你的学习工作带来帮助。1 常规变电站防误系统简介 目前，国内外主要使用的防误闭锁装置主要分为机械，电气及微机五防三类[2] 1.1 机械类 （1）机械联锁：机械联锁装置与高压开关设备一体化，且不增加额外的操作，用相互制约和联动的机械机构达到先后动作的闭锁要求，机械连锁动作可靠但不易...

摘 要：防误操作系统是防止电气误操作的必备技术手段，是变电站自动化系统的重要组成部分，随着传感和通信技术的发展，防误操作系统随之产生了新的变化。该文主要探讨了基于IEC61850标准的智能变电站的技术现状，结合新建变电工程实际情况，分析智能变电站防误操作系统的现状、发展趋势以及不足之处。提出智能变电站防误操作系统必须解决的问题及具体方案。

关键词：智能变电站 防误 逻辑闭锁 GOOSE 智能终端

中图分类号：TM911 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）06（b）-0068-02

防止电气误操作是保证电网安全运行的重要内容，变电站采取的各种防止电气误操作的技术措施对于减少误操作及恶性事故的发生，保证人身、电网、设备的安全起到了重要作用。防误操作系统是防止电气误操作的必备技术手段，是变电站自动化系统的重要组成部分。

近年来，随着传感和通信技术的发展，基于IEC61850标准的智能变电站建设全面展开，防误操作系统随之产生了新的变化[1]。

1 常规变电站防误系统简介

目前，国内外主要使用的防误闭锁装置主要分为机械，电气及微机五防三类[2]

1.1 机械类

（1）机械联锁：机械联锁装置与高压开关设备一体化，且不增加额外的操作，用相互制约和联动的机械机构达到先后动作的闭锁要求，机械连锁动作可靠但不易实现远距离和设备横向间的联锁。

（2）程序锁：程序锁能满足设备纵向，横向间和较远距离等不同操作要求，但除设备的正常操作外，需要增加开、闭锁操作动作。

1.2 电气类

（1）电气联锁：在电动操作设备的操作回路上串接反映其他设备状态的辅助触点，从而实现闭锁功能。电气联锁原则是可实现任何电气主接线方案的联锁，且不增加额外的操作，但不适用于手动操动机构。

（2）电磁锁：电磁锁可灵活适应各种操作要求，操作比较简单，但需要增加操作电源和提供辅助接点，一般用于户内开关柜柜门。

1.3 微机五防类

微机防误装置通常由微机，模拟屏，电脑钥匙和各类编码锁组成：微机可预先编入正确操作程序，接收模拟屏模拟实际操作的程序后，经逻辑判断，将符合规定的程序向电脑钥匙传输。接收完毕，操作人员按电脑钥匙显示的当前操作项和锁号，用电脑钥匙逐一打开锁号正确的编码锁，依次操作高压开关设备，直至完成操作票规定的全部操作内容。锁号错误，不能被电脑钥匙开启，防止了误操作的发生。电脑钥匙对锁具的识别是通过数字编码实现的，编码方式有触点、光电和磁电三种[3]。

2 智能变电站中防误系统的特点分析

在智能变电站中，常规站的大部分防误闭锁装置仍然存在，但各自又有新的变化和发展，大致可以分为三个类别：设备自带、逻辑闭锁和后台五防。

2.1 设备自带防误装置

各类设备自带的机械类和电气类防误装置。主要包括一次设备本身在出厂和现场安装时由本厂家人员负责防误正确性和可用性的一类防误装置。常用的主要有以下几种。

（1）室外高压隔离刀闸与本身接地刀闸之间的机械闭锁，高压开关柜内开关、手车和地刀之间的机械闭锁装置。

（2）电动GIS设备中，串入各刀闸和地刀控制回路的反映间隔内其他地刀和刀闸位置的辅助接点，使得间隔内刀闸，地刀，开关之间相互闭锁的电气闭锁装置。

（3）在高压开关柜内，用来闭锁柜门，防止不符合安全条件下开关柜门的电磁闭锁装置。

智能变电站中的这类防误装置与常规站中的区别不大。且不依赖于站内其它设备，只要本设备的机械和二次部分完好，就可以实现可靠闭锁。

2.2 逻辑闭锁系统

图1是一个逻辑闭锁系统示意图。智能变电站逻辑闭锁系统主要涵盖IEC61850三层两网结构中的过程层和间隔层设备。作为过程层设备的智能终端，在防误系统中主要负责信号采集和闭锁执行：把通过二次开入接点采集的开关刀闸位置信息打包成GOOSE报文，通过GOOSE网络接口到过程层网络。作为间隔层设备的测控装置主要负责逻辑判断：订阅智能终端的GOOSE报文，接收开关刀闸位置信息，通过特定的闭锁逻辑运算后得出闭锁结果，然后再通过GOOSE报文把结果返回给智能终端。智能终端订阅含有闭锁结果的GOOSE报文后，把结果翻译成开出接点输出。开出接点串接在隔离开关的操作回路上，通过接通和断开操作回路现实刀闸的解锁和闭锁。

可见，逻辑闭锁依赖于设备过程层和间隔层设备以及GOOSE网络，间隔层及以下设备网络完好才能实现正确可靠闭锁，但其闭锁过程应与站控层设备无关。

2.3 后台五防

智能变电站的后台五防与常规站的微机五防没有本质区别，都是由五防电脑钥匙和编码锁组成。不同点在于，常规站中有专用的五防电脑，五防电脑通过网络传输取得监控后台的开关刀闸位置信息，并通过本身的I/O接口操作电脑钥匙。而在智能变监控系统的设计规范中[4]，五防软件集成在监控后台机上，通过进程间通信取得开关刀闸及各种设备状态信号。并通过监控后台的I/O接口操作电脑钥匙。

后台五防不但依赖于设备本身、过程层和间隔层设备和网络完好，还依赖于站控层的监控后台。

3 智能变电站中防误系统工程实现中所产生的问题

3.1 实现间隔间逻辑闭锁所产生的相关问题

在智能变电站中，如果逻辑闭锁系统涉及多个间隔间的闭锁，如母线地刀与线路间隔靠母线侧刀闸之间的闭锁等。如图2中，刀闸1的闭锁逻辑需要采集刀闸2的位置，那么测控装置1就需要采集刀闸2的设备位置，也就是说，测控装置1需要和刀闸2所在间隔的装置进行通信。实际工程中，通常有两个选择，可以采用I方式，即测控装置1可以通过站控层的GOOSE网络与测控装置2通信，从而取得刀闸2的位置信息；也可以采用II方式，即直接通过过程层的GOOSE网络与智能终端2通信，取得刀闸2的位置信息。而这两种方式在IEC61850规范中，都可找到相应依据[5]。

在工程实际中，发现两种方式各有其优缺点。

采用I方式时，虚端子连线清晰，本间隔智能终端只需与本间隔测控联系。但这种方式降低了防误系统的可靠性，闭锁依赖于站控层网络，而站控层网络可靠性低于过程层网络，在实际运行中出现过因母线测控站控层以太网络接口松动，使得全站母线侧刀闸不能操作的故障。

采用II方式时，测控装置1直接通过过程层网络接收智能终端2的GOOSE报文。这种方式提高了防误系统的可靠性，但同时也产生了新的问题：即当智能终端2故障或置检修时，测控装置1会报GOOSE断链或GOOSE检修不一致，严重干扰运行人员对故障点的判断。

3.2 实现五防一体化所产生的问题

由于常规站时期系统集成厂家一般不做五防设备，国内五防厂家所采用的独立五防机通常采用WINDOWS操作系统。智能站推广以来，监控系统后台都采用的UNIX/LINUX操作系统，五防厂家在这个平台上的软件不够成熟，各集成厂家监控后软件的通讯接口也不是很稳定，常造成五防进程通讯中断。并且一旦发生故障，往往不容易区分责任，造成管理难题。

4 对智能变电站防误系统的进一步思考

4.1 新的间隔间逻辑闭锁实施方法

为了避免图2中方案I与方案II的缺点，可以设计图3所示的方案III，两个间隔的测控装置通过过程层GOOSE网络相互传递刀闸位置信号，从而提高了可靠性，又不会因其他间隔智能终端的故障和检修产生本间隔GOOSE报警。

4.2 五防一体化问题的新思路

图4中a方案产生问题的根源在于，在监控主机上需安装两个厂家的软件，通过进程间通信传递设备位置信息。五防进程收到位置信息后需按配置的五防逻辑判断，判断后还需把结果通过串口发送给电脑钥匙。这种复杂的通讯机制造成了防误系统可靠性的降低。而且一旦安装五防软件的监控主机故障，整个五防闭锁系统就失去作用。

如果采用方案b，问题可以得到根本解决。集成商在监控后台软件中集成五防逻辑判断功能（已存在），可通过多方认可的通讯协议把操作票发给由五防厂家提供的电脑钥匙，电脑钥匙操作过程中监控后台可实时对位，免去回传对位步骤。并且在一台监控主机故障后不影响其他监控主机通过电脑钥匙操作。同时也理清了各厂家的责任界限，便于管理。

5 结语

智能变电站防误系统需要从多方面考虑，确保系统的正常运行，上述方案我们应用在一些变电站中，效果较好，但也还存在一些问题，如监控集成五防与其它五防厂家电脑钥匙配合易出现死机等现象，有待我们做进一步研究。

参考文献

[1] 唐成虹，宋斌，胡国，等.基于IEC61850标准的新型变电站防误系统[J].电力系统自动化，2009，33（5）：96-99.

[2] 袁大陆，杜彦明，等.电力系统的防误操作情况及防误操作装置的应用[J].高压电器，2002（5）：8-11.

[3] 黄金生.综合自动化变电所防误闭锁装置浅析[J].浙江电力，2002（3）：62-64.

[4] 国家电网公司.智能变电站一体化监控系统功能规范[S].2011.

[5] munication networks and system in substation-Part7：Basic communication structure for substation and feeder equipment-Principles and models[S].GENEVA，SWITZERLAND：IEC Central office.2003.