智能變電站防誤操作系統研究①

周嵐++楊凌曦

摘 要：防誤操作系統是防止電氣誤操作的必備技術手段，是變電站自動化系統的重要組成部分，隨著傳感和通信技術的發展，防誤操作系統隨之產生了新的變化。該文主要探討了基于IEC61850標準的智能變電站的技術現狀，結合新建變電工程實際情況，分析智能變電站防誤操作系統的現狀、發展趨勢以及不足之處。提出智能變電站防誤操作系統必須解決的問題及具體方案。

關鍵詞：智能變電站 防誤 邏輯閉鎖 GOOSE 智能終端

中圖分類號：TM911 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）06（b）-0068-02

防止電氣誤操作是保證電網安全運行的重要內容，變電站采取的各種防止電氣誤操作的技術措施對于減少誤操作及惡性事故的發生，保證人身、電網、設備的安全起到了重要作用。防誤操作系統是防止電氣誤操作的必備技術手段，是變電站自動化系統的重要組成部分。

近年來，隨著傳感和通信技術的發展，基于IEC61850標準的智能變電站建設全面展開，防誤操作系統隨之產生了新的變化[1]。

1 常規變電站防誤系統簡介

目前，國內外主要使用的防誤閉鎖裝置主要分為機械，電氣及微機五防三類[2]

1.1 機械類

（1）機械聯鎖：機械聯鎖裝置與高壓開關設備一體化，且不增加額外的操作，用相互制約和聯動的機械機構達到先后動作的閉鎖要求，機械連鎖動作可靠但不易實現遠距離和設備橫向間的聯鎖。

（2）程序鎖：程序鎖能滿足設備縱向，橫向間和較遠距離等不同操作要求，但除設備的正常操作外，需要增加開、閉鎖操作動作。

1.2 電氣類

（1）電氣聯鎖：在電動操作設備的操作回路上串接反映其他設備狀態的輔助觸點，從而實現閉鎖功能。電氣聯鎖原則是可實現任何電氣主接線方案的聯鎖，且不增加額外的操作，但不適用于手動操動機構。

（2）電磁鎖：電磁鎖可靈活適應各種操作要求，操作比較簡單，但需要增加操作電源和提供輔助接點，一般用于戶內開關柜柜門。

1.3 微機五防類

微機防誤裝置通常由微機，模擬屏，電腦鑰匙和各類編碼鎖組成：微機可預先編入正確操作程序，接收模擬屏模擬實際操作的程序后，經邏輯判斷，將符合規定的程序向電腦鑰匙傳輸。接收完畢，操作人員按電腦鑰匙顯示的當前操作項和鎖號，用電腦鑰匙逐一打開鎖號正確的編碼鎖，依次操作高壓開關設備，直至完成操作票規定的全部操作內容。鎖號錯誤，不能被電腦鑰匙開啟，防止了誤操作的發生。電腦鑰匙對鎖具的識別是通過數字編碼實現的，編碼方式有觸點、光電和磁電三種[3]。

2 智能變電站中防誤系統的特點分析

在智能變電站中，常規站的大部分防誤閉鎖裝置仍然存在，但各自又有新的變化和發展，大致可以分為三個類別：設備自帶、邏輯閉鎖和后臺五防。

2.1 設備自帶防誤裝置

各類設備自帶的機械類和電氣類防誤裝置。主要包括一次設備本身在出廠和現場安裝時由本廠家人員負責防誤正確性和可用性的一類防誤裝置。常用的主要有以下幾種。

（1）室外高壓隔離刀閘與本身接地刀閘之間的機械閉鎖，高壓開關柜內開關、手車和地刀之間的機械閉鎖裝置。

（2）電動GIS設備中，串入各刀閘和地刀控制回路的反映間隔內其他地刀和刀閘位置的輔助接點，使得間隔內刀閘，地刀，開關之間相互閉鎖的電氣閉鎖裝置。

（3）在高壓開關柜內，用來閉鎖柜門，防止不符合安全條件下開關柜門的電磁閉鎖裝置。

智能變電站中的這類防誤裝置與常規站中的區別不大。且不依賴于站內其它設備，只要本設備的機械和二次部分完好，就可以實現可靠閉鎖。

2.2 邏輯閉鎖系統

圖1是一個邏輯閉鎖系統示意圖。智能變電站邏輯閉鎖系統主要涵蓋IEC61850三層兩網結構中的過程層和間隔層設備。作為過程層設備的智能終端，在防誤系統中主要負責信號采集和閉鎖執行：把通過二次開入接點采集的開關刀閘位置信息打包成GOOSE報文，通過GOOSE網絡接口發布到過程層網絡。作為間隔層設備的測控裝置主要負責邏輯判斷：訂閱智能終端發布的GOOSE報文，接收開關刀閘位置信息，通過特定的閉鎖邏輯運算后得出閉鎖結果，然后再通過GOOSE報文把結果返回給智能終端。智能終端訂閱含有閉鎖結果的GOOSE報文后，把結果翻譯成開出接點輸出。開出接點串接在隔離開關的操作回路上，通過接通和斷開操作回路現實刀閘的解鎖和閉鎖。

可見，邏輯閉鎖依賴于設備過程層和間隔層設備以及GOOSE網絡，間隔層及以下設備網絡完好才能實現正確可靠閉鎖，但其閉鎖過程應與站控層設備無關。

2.3 后臺五防

智能變電站的后臺五防與常規站的微機五防沒有本質區別，都是由五防電腦鑰匙和編碼鎖組成。不同點在于，常規站中有專用的五防電腦，五防電腦通過網絡傳輸取得監控后臺的開關刀閘位置信息，并通過本身的I/O接口操作電腦鑰匙。而在智能變監控系統的設計規范中[4]，五防軟件集成在監控后臺機上，通過進程間通信取得開關刀閘及各種設備狀態信號。并通過監控后臺的I/O接口操作電腦鑰匙。

后臺五防不但依賴于設備本身、過程層和間隔層設備和網絡完好，還依賴于站控層的監控后臺。

3 智能變電站中防誤系統工程實現中所產生的問題

3.1 實現間隔間邏輯閉鎖所產生的相關問題

在智能變電站中，如果邏輯閉鎖系統涉及多個間隔間的閉鎖，如母線地刀與線路間隔靠母線側刀閘之間的閉鎖等。如圖2中，刀閘1的閉鎖邏輯需要采集刀閘2的位置，那么測控裝置1就需要采集刀閘2的設備位置，也就是說，測控裝置1需要和刀閘2所在間隔的裝置進行通信。實際工程中，通常有兩個選擇，可以采用I方式，即測控裝置1可以通過站控層的GOOSE網絡與測控裝置2通信，從而取得刀閘2的位置信息；也可以采用II方式，即直接通過過程層的GOOSE網絡與智能終端2通信，取得刀閘2的位置信息。而這兩種方式在IEC61850規范中，都可找到相應依據[5]。

在工程實際中，發現兩種方式各有其優缺點。

采用I方式時，虛端子連線清晰，本間隔智能終端只需與本間隔測控聯系。但這種方式降低了防誤系統的可靠性，閉鎖依賴于站控層網絡，而站控層網絡可靠性低于過程層網絡，在實際運行中出現過因母線測控站控層以太網絡接口松動，使得全站母線側刀閘不能操作的故障。

采用II方式時，測控裝置1直接通過過程層網絡接收智能終端2的GOOSE報文。這種方式提高了防誤系統的可靠性，但同時也產生了新的問題：即當智能終端2故障或置檢修時，測控裝置1會報GOOSE斷鏈或GOOSE檢修不一致，嚴重干擾運行人員對故障點的判斷。

3.2 實現五防一體化所產生的問題

由于常規站時期系統集成廠家一般不做五防設備，國內五防廠家所采用的獨立五防機通常采用WINDOWS操作系統。智能站推廣以來，監控系統后臺都采用的UNIX/LINUX操作系統，五防廠家在這個平臺上的軟件不夠成熟，各集成廠家監控后軟件的通訊接口也不是很穩定，常造成五防進程通訊中斷。并且一旦發生故障，往往不容易區分責任，造成管理難題。

4 對智能變電站防誤系統的進一步思考

4.1 新的間隔間邏輯閉鎖實施方法

為了避免圖2中方案I與方案II的缺點，可以設計圖3所示的方案III，兩個間隔的測控裝置通過過程層GOOSE網絡相互傳遞刀閘位置信號，從而提高了可靠性，又不會因其他間隔智能終端的故障和檢修產生本間隔GOOSE報警。

4.2 五防一體化問題的新思路

圖4中a方案產生問題的根源在于，在監控主機上需安裝兩個廠家的軟件，通過進程間通信傳遞設備位置信息。五防進程收到位置信息后需按配置的五防邏輯判斷，判斷后還需把結果通過串口發送給電腦鑰匙。這種復雜的通訊機制造成了防誤系統可靠性的降低。而且一旦安裝五防軟件的監控主機故障，整個五防閉鎖系統就失去作用。

如果采用方案b，問題可以得到根本解決。集成商在監控后臺軟件中集成五防邏輯判斷功能（已存在），可通過多方認可的通訊協議把操作票發給由五防廠家提供的電腦鑰匙，電腦鑰匙操作過程中監控后臺可實時對位，免去回傳對位步驟。并且在一臺監控主機故障后不影響其他監控主機通過電腦鑰匙操作。同時也理清了各廠家的責任界限，便于管理。

5 結語

智能變電站防誤系統需要從多方面考慮，確保系統的正常運行，上述方案我們應用在一些變電站中，效果較好，但也還存在一些問題，如監控集成五防與其它五防廠家電腦鑰匙配合易出現死機等現象，有待我們做進一步研究。

參考文獻

[1] 唐成虹，宋斌，胡國，等.基于IEC61850標準的新型變電站防誤系統[J].電力系統自動化，2009，33（5）：96-99.

[2] 袁大陸，杜彥明，等.電力系統的防誤操作情況及防誤操作裝置的應用[J].高壓電器，2002（5）：8-11.

[3] 黃金生.綜合自動化變電所防誤閉鎖裝置淺析[J].浙江電力，2002（3）：62-64.

[4] 國家電網公司.智能變電站一體化監控系統功能規范[S].2011.

[5] IEC61850-7-1.Communication networks and system in substation-Part7：Basic communication structure for substation and feeder equipment-Principles and models[S].GENEVA，SWITZERLAND：IEC Central office.2003.