220kV智能操作箱原理分析與應用

摘要：針對220kV智能變電站兩套智能操作箱配合中出現的問題，通過對智能操作箱功能和特點的分析提出了現場解決的方法。應用結果表明兩套智能操作箱的正確配合是智能變電站二次回路完整性和正確性的重要保證。

關鍵詞：智能化變電站；智能操作箱；閉鎖重合閘；檢修機制

中圖分類號：TM63 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）12-0254-02

基于GOOSE機制的智能操作箱應用將大大減少二次電纜的設計、施工、調試工作，減少二次回路問題，避免回路接觸不良等情況。

一、智能操作箱

智能操作箱是應新一代IEC61850數字化變電站中的過程層數字化的需要而設計開發的，用做斷路器和刀閘操作的執行單元與開關量的采集單元，也稱為智能終端，其主要功能如下：

1.GOOSE通信

裝置具有兩個光纖以太網接口，支持基于IEC61850的GOOSE通信協議，與保護和測控裝置之間采用光纖以太網連接，通過GOOSE報文接收動作命令和上送開關量狀態，取代了傳統的二次電纜。

2.斷路器操作

通過GOOSE網接收保護或測控裝置的跳合閘命令，完成斷路器跳合閘操作。

3.刀閘操作

通過GOOSE網接收測控裝置的刀閘分合命令，完成隔刀和地刀的分合操作。

4.開關量采集

裝置配有大量的開入，可以采集一次設備的狀態量，包括開關位置、刀閘位置、開關操作機構的壓力狀態等，并通過GOOSE網上送給相應的保護和測控裝置。

5.開關量輸出

除了斷路器和刀閘的出口接點以外，裝置還配有一定的冗余開出接點，可以配合測控裝置完成對其他一次設備（如開關儲能電機）的控制。

6.溫濕度檢測

可以測量環境溫度和濕度，并通過GOOSE網上送給測控裝置。

二、智能操作箱的特點分析

1.具有一套分相的斷路器跳閘回路，一套分相的斷路器合閘回路

220kV及以上電壓等級的斷路器通常有兩組跳圈和一組合圈，在數字化變電站中每臺斷路器要配兩套智能操作箱，每套智能操作箱只操作斷路器的一組跳圈，而兩套智能操作箱都有操作斷路器合圈的功能。

2.具有硬件跳合閘電流自保持功能

同傳統操作箱一樣具有跳合閘電流自保持回路，跳合閘自保持繼電器動作后會一直保持到斷路器輔助接點斷開后才返回。

3.采用軟件實現斷路器操作中的其他邏輯

比如壓力監視及閉鎖、跳合閘回路監視功能，以及閉鎖重合閘等信號的合成功能都是由軟件實現的。

4.無防跳功能

每臺斷路器配有兩套獨立的智能操作箱，由外部斷路器操作機構負責防跳。

5.裝置檢修功能

裝置檢修功能是指裝置根據接收到的過程層網絡信息及裝置自身檢修壓板狀態不一致，裝置功能將會發生某些改變。[1]

改變一：檢修壓板投入后，裝置上送所有GOOSE報文的品質Q及GOOSE幀頭中的測試位Test置位。

改變二：在對斷路器或刀閘控制時，裝置將接收的GOOSE報文中的Test位與裝置自身的檢修壓板狀態進行比較，只有兩者一致時才視作為有效進行處理或動作。當二者不一致時，視為“預傳動”狀態。[2]此時，裝置將上送“保護測試跳”或“保護測試合”或“測控測試操作斷路器”或“測控測試操作刀閘”GOOSE，同時相關告警燈將閃爍，提示試驗人員：智能單元已正確收到某IED發出的控制命令，但由于檢修原因并未實際驅動動作觸點。

6.非全相運行的判別

斷路器非全相運行判別的原理是：當斷路器三相位置不一致時即判別為斷路器非全相運行（斷路器既非全合，也非全分），如圖1所示：

7.KK合后的判別

當收到測控的GOOSE遙合命令或手合開入動作時，KK合后位置（即KKJ）為“1”，且在GOOSE遙合命令或手合開入返回后仍保持，當且僅當收到測控的GOOSE遙分命令或手跳開入動作后才返回。

8.事故總的判別

事故總的判別原理是：當斷路器經KKJ動作合閘后，在沒有經KKJ復歸使斷路器跳閘時將會判別為事故總（KKJ+跳位），如圖2所示：

9.控制回路斷線的判別

控制回路斷線判別的原理是：當分相開關的任何一相監視回路發生異常后，智能操作箱將會認為開關不具備操作的條件，則智能操作箱會判別為控制回路異常（TWJ+HWJ都沒動作），如圖3所示：

三、兩套智能操作箱的配合

1.兩套操作箱閉鎖重合閘的實現

裝置在下述情況下會產生閉鎖重合閘信號，可通過GOOSE發送給重合閘裝置（線路保護裝置），如圖4所示：

（1）收到測控的GOOSE遙分命令或手跳開入動作時會產生閉鎖重合閘信號，并且該信號在GOOSE遙分命令或手跳開入返回后仍會一直保持，直到收到GOOSE遙合命令或手合開入動作才返回。

（2）收到測控的GOOSE遙合命令或手合開入動作。

（3）收到保護的GOOSE TJR、GOOSE TJF三跳命令，或TJF三跳開入動作。

（4）收到保護的GOOSE閉鎖重合閘命令，或閉鎖重合閘開入動作。

根據保護雙重化原則如圖5所示，第一套保護（含保護裝置、重合閘裝置、智能操作箱）與第二套保（含保護裝置、重合閘裝置、操作箱）完全獨立。[3]對于智能操作箱，一方面經GOOSE網絡接收本套保護裝置發出的“TA/TB/TC”及“閉重”（或“永跳”）信號，另外也通過硬連線經硬壓板接收另外一個操作箱的“閉重”信號，對這兩個信號做“或”邏輯，形成內部“閉重”標志，再送給本套的重合閘裝置及另外一個操作箱。

2.兩套操作箱重合閘出口回路的實現

220kV線路保護雙重化配置，各自保護裝置用自己的重合閘功能，則當各自的智能終端接受到線路保護的重合閘GOOSE命令后，出口應經各自獨立的出口壓板。但由于斷路器只有一套合閘線圈，所以兩套保護的重合閘出口只能經同一個合閘出口回路去合閘。

實現的方法是：統一使兩套保護重合閘出口回路都從第一套智能操作箱合閘回路出口，在回路上將第二套智能操作箱的分相重合閘節點單獨摘出來分別并接至第一套智能操作箱的分相重合閘節點上，公用出口回路，這與常規站合閘用第一套操作電源的要求相符。

3.第二套智能操作箱合閘回路監視的實現

因為斷路器機構只有一組合閘線圈，而這一組合閘線圈只是對應的接入第一組智能操作箱的合閘回路，第二套智能操作箱沒有可以操作的另外一組合閘線圈，所以除重合閘出口按上述方法實現，遙合/手合不需要從第二套終端出口，但是如果第二套智能操作箱的合閘監視回路不完善的話將會造成當開關在分位時，第二套智能操作箱誤報控制回路斷線。

實現的方法是：將第二套智能操作箱的分相合閘回路監視分別串入斷路器的常閉節點，從而消除第二套智能操作箱誤報控制回路斷線的問題。將第二套智能操作箱的合閘監視回路單獨摘出來并入第一套智能操作箱的合閘監視回路中，用第一套智能操作箱的合閘監視回路同時完成兩套智能操作箱的合閘回路監視功能。

4.兩套智能操作箱遙控回路的配合

220kV線路間隔設計方法一般為：兩套智能操作箱對應一套線路測控，當遙控命令下發時是否同時走GOOSE A網和GOOSE B網至對應的兩套終端成了討論的焦點。同時走GOOSE A/B網至兩套終端，但第二套智能操作箱沒有遙控合閘出口回路。第二套智能操作箱不接受遙控命令，這就會造成第二套智能操作箱KKJ永遠不會動作，事故總無法監視。

實現的方法是：遙控命令同時走GOOSE A/B網至兩套終端，但是需要將遙控跳閘出口也解開，遙控出口統一只走第一套智能操作箱，第二套智能操作箱只需要接受遙控命令時KKJ正常動作和復歸能正常監視事故總信號即可。

四、結論

兩套智能操作箱除分別給各自的保護裝置發閉鎖重合閘命令外，還應同時開出一副硬接點經硬壓板開入到另一套智能操作箱，通過GOOSE網開入至對應的保護裝置的閉鎖重合閘開入點。

雙重化配置的線路保護重合閘回路，用第一套智能操作箱的操作電源將兩套智能操作箱的重合閘節點分別經硬壓板并接后，串聯至第一套智能操作箱的重合閘出口回路中。

智能操作箱的合閘回路監視可以在回路中串入斷路器的常閉位置節點，也可以將兩套智能操作箱的合閘回路監視回路并接后串接至機構的合閘監視回路中。

兩套智能操作箱均接受來自測控的遙控命令，但第二套智能操作箱接受遙控命令后不用出口。

參考文獻：

[1]鐘連宏.數字化變電站技術叢書安裝調試分冊[M].北京：中國電力出版社，2010.

[2]高翔，張沛超.數字化變電站的主要特征和關鍵技術[J].電網技術，2006，30（23）：67-71，87.

[3]Q/GDW 441-2010 國家電網公司企業標準智能變電站繼電保護技術規范[S].

（責任編輯：王祝萍）