拓撲五防系統的設計及應用

裴東鋒，薛曙光，王宇紅

（國網河北省電力公司邯鄲供電分公司，河北 邯鄲 056002）

1 概述

倒閘操作是調控中心調控員日常最重要的工作之一，也是電網安全運行的重要措施和保證。倒閘操作可以通過就地操作、遙控操作、程序操作完成。遙控操作、程序操作的設備應滿足有關技術條件［1］。目前，各地區調控中心一般應用OPEN3000、D5000等自動化系統作為技術支持平臺來完成遠方集中遙控操作，但這種遙控操作基本上是一種無約束的操作。進行遠方集控操作期間，傳統的機械防誤、電子防誤、微機五防等已無法自動實時校核遠方集中遙控操作，整個操作流程中某一步驟出現錯誤都有可能導致誤操作的發生，以致危及電網的安全穩定運行。防止遙控誤操作只能依靠調控員的經驗和責任心，這種無約束的操作為遙控操作帶來很大的誤操作隱患，遙控誤操作概率大大增加。

為解決集中遙控操作存在的問題，可通過在遙控操作功能模塊中引入拓撲五防系統，實現遙控操作全過程的防誤閉鎖管理，對遙控操作進行實時安全防誤校核，任何一個步驟的錯誤，防誤閉鎖系統都能夠立即禁止操作并正確提示錯誤內容，可以大大的降低誤操作的可能，確保遙控操作的安全性和正確性。

2 拓撲五防系統設計

2.1 系統的特點

所謂拓撲五防，主要是根據電氣島狀態和電氣設備間的拓撲關系來實現設備操作的五防閉鎖。它提取了根據“五防”要求的設備之間操作閉鎖的基本規則，通過拓撲搜索找出相互操作閉鎖的設備，不依賴于人工定義，自動適應電氣設備和電網拓撲結構的變化。具有以下特點：

a.安全性。安全校核系統具備基于系統拓撲的五防校核、潮流校核和操作順序校核等多種校核功能，貫穿于操作票的編寫、流轉以及遙控操作等調度員日常操作的每個環節，確保操作的正確性和安全性。其中，基于系統拓撲的五防校核可以實現斷路器、隔離開關和接地隔離開關操作的五防校核；潮流越限校核實現了線路潮流越限提示、變壓器潮流越限提示和母線電壓越限提示等功能；操作順序校核確保調度員或集控員的每步遙控操作必須按照預演的順序進行，從而避免了無票操作。不同于單獨的變電站防誤閉鎖，安全校核系統具備本站安全閉鎖功能和全網安全閉鎖功能，可以徹底避免帶接地合隔離開關和帶電合接地等事故的發生。

b.方便性。共享系統的模型、圖形和實時數據，無需用戶進行二次維護。同時，用戶無需維護五防規則，無需維護潮流模型，大大減少了系統維護工作量。

c.通用性。安全校核系統既可以應用于調度系統，也可以應用于集中遠程控制；既可以進行實時遙控的安全校核，也可以應用于培訓狀態下模擬環境的安全校核，具有良好的通用性。

d.智能性。該系統自動適應電網接線方式的變化，無需用戶配置新的五防規則。

2.2 系統的結構

拓撲五防系統是在OPEN3000、D5000等自動化系統平臺上，在實際電網模型和實時數據基礎之上對遙控操作進行過程校驗、安全控制的軟件系統，包括模擬操作、遙控執行、解鎖操作以及實際執行過程中的安全校驗程序。系統的邏輯構成如圖1所示。

圖1 拓撲五防系統結構示意

拓撲五防系統在充分利用SCADA 系統實時數據基礎上，將操作票智能生成系統、防誤模擬系統、安全約束系統和遙控操作流程有機結合起來，以技術條件為遠方遙控操作人員提供一個操作簡單、易于維護、功能齊全的遙控操作防誤工具，使SCADA／EMS系統下發的遙控操作，經過防誤模擬預演后，在實際執行過程中必須經過安全約束系統的校驗才能執行遙控命令。

2.3 系統防誤規則

電力系統中的電氣操作主要是斷路器、隔離開關和接地隔離開關的操作，因此“五防”也是針對這幾種設備操作而言［2］。

2.3.1 斷路器的拓撲五防規則

a.斷路器斷開后，如果斷路器任一端節點的電氣島由活島變為死島，則提示用戶斷開斷路器可能導致下游母線失電。

b.斷路器合上后，如果斷路器的任一端由死島變為活島，則提示用戶將給下游母線充電。

c.斷路器斷開后，如果斷路器兩端節點電氣島號不同，則提示用戶斷開斷路器可能導致系統解環。

d.斷路器合上前，斷路器兩端節點電氣島號不同，則合斷路器時提示系統合環。

e.斷開變壓器高（中）壓側斷路器，如果低壓側斷路器在合閘位置，則提示用戶；如果高（中）壓側中性點接地隔離開關在分位，則提示用戶。

f.合上變壓器中（低）壓側斷路器，如果高（中）壓側斷路器在分位，則提示用戶；合上變壓器高（中）壓側斷路器，如果高（中）壓側中性點接地隔離開關在分位，則提示用戶。

g.斷路器任一側隔離開關合上時，如果斷路器任一端為接地島，則禁止該斷路器的操作。

h.斷路器兩側隔離開關均在分位，不論是否有接地，均可合閘。此種情況主要用于檢修時斷路器遙控測試。

2.3.2 隔離開關的拓撲五防規則

a.如果隔離開關任一端節點屬于接地島，則不允許合操作，以免帶接地合隔離開關。

b.隔離開關的倒母線操作。如果母聯間隔非運行狀態，則提示用戶先將母聯間隔轉為運行狀態。從而保證母聯間隔必須在運行狀態才可以倒母線。杜絕了母聯間隔隔離開關在分位、母聯斷路器在合位進行倒母線的誤操作事故發生。

c.旁路隔離開關操作。如果旁路斷路器在合位，則禁止操作旁路隔離開關。

d.如果隔離開關所在間隔的斷路器在合位，則禁止隔離開關分合操作。

e.停電時，如果負荷側隔離開關在合位，則不允許拉開母線側隔離開關。

f.如果母線側隔離開關在分位，則不允許合負荷側隔離開關。

2.3.3 接地隔離開關的拓撲五防規則

a.合接地隔離開關時，如果接地隔離開關連接帶電島，則禁止帶電操作。

b.合接地隔離開關時，如果接地隔離開關連接停電島，但接地隔離開關所連的任一隔離開關在合位，則禁止合接地隔離開關。

c.合線路接地隔離開關時，如果對端站為“虛廠站”，則提示驗電。對于線路側接地隔離開關，如果線路任一側（包括T 接）線路TV 有電壓量測，且電壓值＞0.65Un，則不允許合接地隔離開關。對于母線接地隔離開關，如果母線有電壓量測，且電壓值＞0.65Un，則不允許合接地隔離開關。

d.五防校核系統加入了接地標示牌的處理。在EMS 中，調度人員經常在圖形上設置接地標示牌，代替實際中的接地線，以做警示。接地線的作用和接地隔離開關相同，因此在系統拓撲五防中要考慮接地標示牌的影響，將接地標示牌轉換成虛擬接地隔離開關進行處理。當調度人員在斷路器上設置接地標示牌時，系統將增加1個虛擬接地隔離開關。該接地隔離開關的節點號等于斷路器的任一端節點號，然后修改該節點的電氣島狀態為接地島。當調度人員在畫面上刪除該接地標示牌時，系統將刪掉該虛擬接地隔離開關，并重新修改各電氣島的狀態，在這個過程中，并不需要進行重新進行拓撲分析。

3 拓撲五防系統應用及效果

目前，在電力調控日常工作中，拓撲五防系統主要應用在以下幾方面。

a.正確編制調度指令票。編寫調度指令票是調控中心調度員日常最頻繁的工作。指令票的正確與否直接影響電網運行的安全。原先調度員一般采用手寫或者計算機輔助2種方式編寫指令票。在寫票過程中，主要依靠調度員的責任心和經驗來保證指令票的正確性，難免會因為人為的因素而出現填寫錯誤。應用拓撲五防系統后，在編寫調度指令票的過程中引入安全防誤系統，每步操作均能夠根據電網實時運行方式進行安全校核，可以最大限度的保證指令票的正確性和安全性。

b.安全開展遠方遙控操作。實施變電站集中監控運行模式后，遙控操作成為調控中心監控員一項十分重要并經常開展的工作。而拓撲五防功能嚴格的基于系統拓撲五防的校驗機制以及完善的權限管理機制，能夠安全可靠的實現遙控操作票擬票、審核、預發、執行、監護的人機聯合把關，實現了遠方遙控操作的全過程安全管控，通過應用拓撲五防系統，確保了遠方遙控操作的安全性和正確性。

c.調控員日常業務培訓。為了提高調控員的日常調控業務水平和事故處理能力，需要一套安全校核培訓系統對調控員進行培訓，而具備拓撲五防功能的自動化系統很好的滿足了這一要求。該系統培訓功能模塊可以充分利用自動化平臺提供的各項功能以及服務，完全共享實時SCADA 模型及圖形，實時態和模擬態數據可靠隔離，保證了整個培訓過程的安全、實時、可靠。利用自動化平臺提供的帶有拓撲五防功能的圖票一體化模擬演示技術，可以實現圖中開票、票中執行，提高了模擬遙控操作的可視性以及直觀性，滿足DTS學員臺所用畫面及所處環境與實際的控制中心宜盡量保持一致［3］的要求。

4 結束語

實施大運行模式后，遙控操作日益重要且頻繁，為有效防止遙控誤操作的發生，通過應用拓撲五防系統，實現了遙控操作全過程的防誤閉鎖管理，為遠方遙控操作安全開展提供了一種解決思路和技術方案。該系統不僅可以通過對遙控操作進行安全防誤校核，確保遠方遙控操作的安全性和正確性，還可根據電網實時運行方式進行模擬預演操作。同時還能夠應用于反事故演習及技能培訓，因此拓撲五防系統的應用對保障電網的安全穩定運行具有重要的現實意義。

［1］國家電網公司.國家電網公司電力安全工作規程 變電部分［M］.北京：中國電力出版社，2014.

［2］張全元.變電運行現場技術問答［M］.2版.北京：中國電力出版社，2003.

［3］賈 偉.電網運行與管理技術問答［M］.北京：中國電力出版社，2007.