一種變電站二次防誤系統研究及設計

云南電網有限責任公司西雙版納供電局 張保林 段雪允 張 志 李宴宇 陳冠群 趙 格

隨著電力系統智能化水平的提高，變電站二次系統的安全性和可靠性越來越受到重視，而二次設備防誤操作研究處于空白階段，因此研究并設計一種有效的二次防誤系統，對于提高變電站的安全可靠性具有重要意義。本文基于微機防誤系統一次設備防誤的基礎，通過二次設備防誤建模、二次防誤規則專家知識庫、二次防誤算法引擎分析等技術，將二次設備納入防誤校驗和防誤操作管理，填補了目前變電運檢中二次防誤領域的空白，進一步提升了作業安全管控水平。

1 二次設備防誤基本原理

1.1 二次設備防誤實現思路

二次設備防誤主要解決一次設備無保護操作至運行狀態、二次設備操作影響運行中的設備兩大關鍵問題。基于變電站微機防誤系統一次設備模型基礎擴展二次設備模型，構建二次裝置與一次設備、二次設備與一次設備、二次設備與二次裝置的關聯關系，最終形成全站的二次設備關系網絡，為二次設備防誤功能的實現提供數據基礎。

基于二次設備關系網絡，建立一次與二次、二次與二次操作的約束關系。依據繼電保護規程、調控中心、變電站等運行規程，對約束關系進行規則總結并預存變電站微機防誤系統，形成二次設備防誤規則庫，基于拓撲分析技術實現一二次設備互校核及智能化在線巡視等功能[1]，填補二次設備防誤校核功能的空白，完善變電站一二次設備安全管控技術措施。

1.2 二次設備狀態要求

電力系統中一次和二次設備的操作和狀態會相互影響。根據一次與二次、二次與二次操作的約束關系，一次和二次設備的操作及狀態轉換時對二次設備狀態明確要求[2]。

一次設備操作對二次設備的狀態要求如下：為防范運行的一次設備失去保護的風險，當一次設備操作至運行或熱備用狀態前，二次裝置應為投入狀態。如一次設備運行時，必須確保雙套保護中的A套功能完整，方可退出B 套保護。

二次設備操作對二次設備的狀態要求如下：二次設備的操作必須按一定的順序，防范二次設備不當操作對正常運行設備造成的誤動或拒動風險。如投入合并單元的檢修壓板前，母差保護的該間隔SV接收軟壓板必須退出，否則母差保護會被誤閉鎖。

二次設備操作對一次設備的狀態要求如下：為防范無保護投入一次設備的風險，一次設備轉運行或熱備用時，必須保證有一套保護功能完整。

1.3 二次設備防誤邏輯

二次設備防誤基于一次與二次、二次與二次操作的約束關系，建立二次防誤規則庫，防誤系統接收一次、二次設備操作請求，根據系統拓撲和設備運行狀態信息，對二次防誤規則庫遍歷規則進行計算，直到無新結果產生，最終匯總所有違反防誤規則的結果輸出給人機系統，如果無違反防誤規則的結果，則返回人機系統操作允許。

以220kV 變電站雙母線接線方式下的220kV 線路為例，說明一次與二次、二次與二次操作的約束關系，并制定一二次設備防誤邏輯，見表1。

表1 一二次設備防誤邏輯

2 總體架構

二次防誤系統基于變電站微機防誤系統，其架構如圖1所示，通過解析電網模型XML 文件和遙信遙測量DT 文件獲得電網設備、運行方式、拓撲連接關系，通過建立二次設備模型，采集二次設備狀態，制定二次防誤規則，采用拓撲分析技術實現一二次設備互校核及智能化在線巡視等功能，填補二次設備防誤校核功能的空白。

3 關鍵技術

3.1 二次設備建模

二次設備建模基于變電站微機防誤系統，擴展二次設備模型，二次設備模型如圖2所示，通過定義二次設備基本屬性及與一次設備的關聯關系，進一步根據裝置類型細分，增加保護裝置功能分類、雙重化配置信息、二次裝置與一次設備、二次裝置與二次設備、二次裝置之間關聯信息[3]。

圖2 二次設備模型

防誤系統中建立二次裝置表與二次設備表。二次裝置表中包含電壓等級、二次裝置對應的一次設備、二次裝置功能類型、二次裝置雙重化屬性等重要的數據結構屬性，二次設備表中包含軟硬壓板、空開、把手、二次信號等二次設備的屬性配置，用于建立各二次設備與一次設備、二次設備與二次裝置之間的對應關系。通過二次裝置表和二次設備表，各二次裝置與一次設備的關聯關系、二次設備與一次設備的關聯關系、二次設備與二次裝置的關聯關系已經建立起來，構成了全站的二次設備關系網絡，二次設備關系網絡如圖3所示，結合各二次設備的數據結構和圖模，形成了后續二次防誤功能實現的基礎[4]。

圖3 二次設備關系網絡

二次設備建模以二次防誤點表進行體現，二次防誤點表匯總全站與全防誤功能相關的二次設備，將二次防誤點表導入至變電站微機防誤系統，并根據二次智能成圖規則自動生成二次設備圖模和數據模型，變電站類型不同，智能變電站與常規變電站二次設備建模信息有所差異，變電站二次設備模型如圖3所示。

3.2 二次設備狀態采集

變電站綜合自動化系統中已采集軟壓板、操作把手和異常信號三類二次設備實時狀態，防誤系統與變電站綜合自動化系統經通信實現信息共享，獲取該三類二次設備實時狀態[5]，針對變電站內未采集的硬壓板、空開設備，加裝傳感器等輔助設備進行狀態采集，傳感器與硬壓板和空開設備一對一配置，獲取硬壓板和空開的物理投退狀態，并將狀態實時上送至防誤系統。二次設備狀態的采集方案見表2。

表2 二次設備狀態采集方案

3.3 二次設備防誤校核

二次防誤功能算法引擎是二次防誤規則驗證的核心算法對象，其主要功能是驗證二次防誤規則。防誤系統接收一次和二次設備操作請求，并根據系統拓撲和設備運行狀態信息進行計算，使用知識推理機從二次防誤規則庫中遍歷規則進行計算，直到所有可能的結果都被考慮并且無新結果產生為止，一旦計算完成，該引擎會將所有違反防誤規則的結果進行匯總，并輸出給人機系統。如果沒有任何違反防誤規則的結果，則會返回給人機系統操作允許的信號，二次防誤算法流程如圖4所示。

圖4 二次防誤算法流程

二次防誤規則可表述為“在某某情況下，某些二次裝置要投入或退出”或者“在某某情況下，某些二次設備要投入或退出”，基于此要求，二次防誤規則如下：

規則1：IF 合刀閘AND 刀閘、主開關是線路開關；THEN 線路轉熱備。規則2：IF 線路轉熱備AND 線路有單套保護AND～線路保護在投入；THEN 禁止：設備無保護投運。規則3：IF 線路轉熱備AND 線路有雙套保護AND～有一套保護系統在投入；THEN 禁止：設備無保護投運。規則4：IF功能壓板投入AND 出口壓板投入；THEN 保護在投入。

4 工程應用

二次設備防誤應用于某500kV 變電站，通過磁感應技術采集空開狀態、壓板狀態、地線實時掛拆狀態以及高壓帶電指，實現壓板狀態采集、一鍵智能巡檢、一二次設備聯合防誤校核、防止壓板誤操作、接地線掛拆狀態采集等功能。如5個轄站3000多塊壓板的巡檢一鍵完成僅需5min，建立二次設備防誤規則庫，實現二次設備模擬預演，通過一二次互相約束的防誤邏輯校核，利用壓板采集裝置鑰匙接口，實現壓板就地操作時聲光指引和誤操作預警，杜絕漏投或誤投所致誤操作。

5 結語

二次防誤依據繼電保護規程和變電站運行規程，遵循二次設備操作原則，通過二次防誤點表信息建立二次設備數據模型，分析一次設備與二次設備、二次設備與二次設備之間內在運行約束機制，建立二次防誤通用規則庫，支持變電站操作實現二次設備開票時一二次聯合防誤，杜絕二次設備錯投、錯退、漏投、漏退等誤操作事件，有效避免因為二次設備狀態或操作異常引起繼電保護拒動誤動的嚴重電網事故，提升電網安全運行水平，為二次設備安全操作提供有效的技術保障。