简议IEC61850在线式变电站防误闭锁系统

摘要：目前，伴随着IEC61850及其GOOSE技术在国内电力系统的广泛推广，一种具有三层独立防误结构、基于变电站全景数据平台的在线式变电站防误闭锁系统(以下简称在线式五防)应运而生，下文主要通过分析国内首批在线式五防试点变电站在实际调试、运行、及后期维护过程遇到的问题，阐述了在线式五防系统的设计理念和实现方式。

关键词：在线式；变电站；防误闭锁

中图分类号：TM411+.4 文献标识码：A 文章编号：

0 引言

在线式五防技术的应用其实还早于传统的微机五防系统，它在很多方面有传统微机五防无法比拟的优势，但是在当时的应用环境下，在线式五防系统在变电站基础建设和工程实施上过于复杂，尤其是要在间隔之间串接很多电缆，不利于后期维护，故其推广也受到诸多限制。随着新一代计算机和网络通讯技术在电力系统的快速应用和发展，特别是随着IEC61850标准及其GOOSE（generic object oriented substation event）技术在国内电力系统中的广泛应用，为在线式五防系统的实现和发展提供了必要的技术支持，依拖数字化变电站及其通信网络，将一体化微机五防技术、在线式五防技术、数字化变电站网络通信技术有机结合，顺应数字化变电站的新理论，新技术。

1 在线五防整体实现

1.1在线五防整体含义

在线式五防系统是充分利用变电站自动化系统全站监控功能，经集成在自动化监控系统中的站控层五防软件及测控装置中的间隔五防模块，对变电站防误闭锁逻辑进行实时准确校验，对防误操作闭锁序列逐步开放的一套防误操作闭锁系统。

在线式五防系统取消了传统微机五防中的电脑钥匙、相关的机械挂锁和电气编码锁，原测控设备中的电气编码锁操作回路由测控装置中的输出控制节点相应替代，网门、刀闸结构箱、临时接地桩等虚拟电气设备锁具由测控装置输出接点（硬节点）控制的在线式五防电磁锁具相应替代。

1.2 防误体系

完整的在线式五防系统由三层防误体系构成，三层防误独立工作，互不影响，分别为站控层防误、间隔层防误及单元电气机械防误。站控层防误和间隔层防误都有自己独立的一套五防逻辑。三层防误体系的投退和紧急解锁通过在测控屏柜上对每个间隔安装一个有三个工作位置的操作把手实现。其对应解闭锁体系如下：

工作位置一（站控层五防）：站控层五防有效、间隔五防有效、单元电气闭锁有效；

工作位置二（间隔层五防）：站控层五防无效、间隔五防有效、单元电气闭锁有效；

工作位置三（五防解锁）：站控层五防无效、间隔五防无效、单元电气闭锁有效；

1.3工作模式

当三工位把手打到站控层五防时，站控层五防系统静态校验五防逻辑，生成操作票序列之后，正常操作时，站控层通过发送两个虚拟的遥信使能信号给当前操作电气设备对应的测控装置输出接点（硬），通知间隔层判断其闭锁逻辑并输出到硬节点，开放相关在线五防锁具。

当三工位把手打到间隔层五防时，间隔五防自动将两个虚拟使能遥信置为有效，并根据自身位置判断其闭锁逻辑并输出到硬节点。使能虚遥信和闭锁逻辑的编辑方式各个厂家可以定义自己的格式，推荐使用标准的逆波兰格式。

当三工位把手打到五防解锁时，站控层五防和间隔五防全部无效，间隔内测控装置输出接点全部导通，全站五防实现紧急解锁，此时单元电气闭锁仍然有效。

2 在线五防引入关键技术

2.1 SMS服务

在线式五防系统通过MMS服务实现闭锁节点的闭合与打开，站控层对变电站内所有一次电气设备的控制都使用标准DL/T860 的MMS协议。MMS通信服务流程待确认的服务类型在网络上提供服务器和客户端之间信息互换的可靠服务。带确认的MMS服务流程如下：

1) 客户端发送一个请求

2) 服务器接收到一个请求

3) 服务器执行相关动作

4) 如果动作执行成功，服务器返回肯定应答，否则，返回否定应答。

2.2 GOOSE机制

GOOSE技术属于IEC61850标准的核心部分，其基础是高速的P2P穿刺，服务传输直接映射到底层数据链路层和物理层，不经过上层的报文组装和分拆，并且其报文中携带了数据有效性检查，支持重发机制。在线式五防系统使用GOOSE实现不同电气间隔间的联合闭锁操作，不同电气间隔按实际应用工程中外部间隔的需求GOOSE，按本间隔自身要求订阅外部GOOSE。GOOSE报文可以保证各间隔测控装置采集的高压开关和刀闸的位置信息、保护动作信号等高速的网络上进行传输并参与跨间隔闭锁的逻辑运算。使用GOOSE传输，信息的传递不受不同类型测控装置的限制，使系统具备更好的扩展性和互操作性。

3.3 带返回接点的在线五防专用电磁锁具

在线式五防是通过五防闭锁接点的分合来实现顺序控制操作的，与传统微机五防使用的机械编码锁不同，在线式五防专用锁具采用电磁原理，提供两对常开辅助节点，返回电气设备的分合状态，测控装置将这两对节点信号作为开入量采集，再上送到站控层，站控层就可以实时监控虚拟五防设备的实时状态，从而实现了对全站五防电气设备的全景监控，为站控层的五防操作提供实时信息，并且实现了对操作票序列中每一步电气操作可以实时校验五防逻辑，这跟传统微机五防相比，实现了巨大突破。

4 实际应用中的技术问题及解决方案

4.1 GOOSE 规则项与GOOSE断链

变电站实际运行过程中检修和技改项目中经常遇到部分间隔设备暂时脱离网络，这就造订阅其GOOSE的另外一些测控装置出现GOOSE断链的现场，按照五防技术规范，此时五防应该闭锁，此时如果变电站确实需要进行电气倒闸操作，就照成一些参与GOOSE逻辑计算的电气设备闭锁。面对这种情况，有一种可以简便有效解决此问题的方法，通过在各间隔测控装置中配置一块软压板，该软压板的功能专门控制参与逻辑计算的外部GOOSE的有效性。在五防逻辑公式中将软压板投退状态和GOOSE规则项取或运算后作为新的规则项，压板投入，GOOSE规则项参与运算，反之不参与。在技改项目和设备定期检修时，通过测控屏外部的压板投退就可以方便开放必要的电气倒闸操作。

4.2 重复倒闸操作功能

变电站内部存在很多纯机械的手动电气设备，如一般的接地刀闸，低电压等级的隔离刀闸等，手动设备在实际倒闸操作过程中存在的问题是，其分合操作经常不能一次到位，操作人员可能需要多次重复操作。这就要求站控层五防在实际操作时，如果检测到当前操作电气设备位置信号已经成功返回，不能立即向测控装置发送操作闭锁命令，只到等到下一步操作电气设备位置信号成功返回后，才下发闭锁本步操作命令，按照此模式即可实现连续重复倒闸功能。

4.3 异常情况下紧急解锁

变电站实际运行过程中可能出现的意外情况包括，站控层五防瘫痪、间隔层测控装置硬接点故障或瘫痪等，所以所有在线式五防锁具必须具备紧急解锁功能，在锁具和就地端子箱安装解锁装置。

5结语

综上所述，遵循IEC61850标准的在线式五防系统既继承了传统防误闭锁理论的优点，也顺应数字化变电站的新理论，新技术。随着国内数字化变电站的推广，有替代传统微机五防的趋势。

参考文献

[1] 高翔 。数据化变电站应用技术。

[2] 孙一民，侯林。间隔层保护测控装置防误操作实现方法。电力系统自动化 2006

[3] 杨震强、王志林.变电站在线式一体化防误操作闭锁系统技术研究。