智能變電站防止電氣誤操作系統的實現方式、驗收及運維管理研究

申文偉 逯 遙

智能變電站防止電氣誤操作系統的實現方式、驗收及運維管理研究

申文偉1逯 遙2

（1. 國網濟南供電公司，濟南 250012；2. 國網山東省電力公司檢修公司，濟南 250118）

智能變電站的防誤閉鎖系統與常規變電站基本架構差異很大，目前電力運行部門關于智能變電站防誤閉鎖系統認知、驗收、運行管理等方面的經驗仍十分匱乏。結合參與濟南地區首個全部投入三層閉鎖系統的智能變電站驗收實踐，本文對智能變電站防誤閉鎖系統的三層架構進行了深入分析，并重點闡述了間隔層防誤閉鎖的實現原理、特點及主要優勢，提出了智能變電站防誤閉鎖系統驗收的“六步法”，最后總結了智能變電站防誤閉鎖系統的運維要點，希望為同行提供有益參考。

智能變電站；防止電氣誤操作；間隔層防誤閉鎖；驗收；運維

為了防止電氣誤操作事故發生，電氣設備應安裝防止電氣誤操作閉鎖裝置（系統），簡稱“防誤裝置（系統）”，且防誤裝置（系統）應與主體設備同時設計、同時施工、同時投運（“三同時”制度）[1]。防誤裝置（系統）主要防止五類事故發生[2-3]：防止誤分、誤合斷路器，防止帶負荷拉、合隔離開關，防止帶電掛（合）接地線（接地隔離開關），防止帶接地線（接地隔離開關）合斷路器（隔離開關），防止誤入帶電間隔。因此，防誤閉鎖系統又稱“五防系統”。

目前，智能變電站已在電力系統得到廣泛應用。與常規變電站相比，智能變電站的防誤系統區別較大。常規站的防誤系統分為獨立防誤系統、監控一體化防誤系統兩類。獨立防誤系統是指設置獨立的防誤主機，防誤主機與監控系統兩者之間通信，實現防誤主機設備狀態對位及遙控指令傳輸；監控一體化防誤系統是指監控系統嵌入防誤軟件，兩者共用設備數據庫，實現遙控操作防誤校驗。常規的防誤裝置包括電氣閉鎖、機械閉鎖、電磁鎖、機械編碼鎖、電氣編碼鎖等形式，實現具體設備閉鎖。而智能變電站防誤系統包括站控層、間隔層和過程層三層防誤，其中，站控層防誤采用監控一體化防誤系統，過程層防誤與常規變電站基本相同。間隔層防誤基于測控裝置實現，具有防誤軟閉鎖和硬閉鎖功能，可為順序控制提供防誤校驗支持[4-5]。目前關于智能變電站防誤系統的認識、驗收、運維經驗仍比較匱乏，多數運維單位采用傳統思維開展防誤管理，通常直接將智能變電站的間隔層防誤退出運行，僅保留站控層與過程層防誤，不僅造成了設備資源的浪費，也對智能變電站的安全運行構成威脅[6]。

本文結合濟南地區首個三層防誤系統全部投入的智能變電站驗收實踐，對智能變電站的三層防誤架構進行深入剖析，并重點闡述了間隔層防誤的實現原理、技術特點及主要優勢，提出了智能變電站防誤系統驗收的“六步法”，最后對智能變電站防誤系統的運維要點進行總結，希望為智能變電站防誤系統運維管理提供參考。

1 防誤閉鎖系統的三層架構

智能變電站基本架構分為站控層、間隔層和過程層三層。站控層設備包括自動化站級監視控制系統、站域控制、通信系統、對時系統等，實現面向全站設備的監視、控制、報警及信息交互功能；間隔層包括繼電保護裝置、故障錄波、測控裝置、計量裝置等；過程層包括一次設備、智能終端、合并單元等。按照防誤系統所在的設備層級劃分，智能變電站防誤系統分為站控層防誤、間隔層防誤、過程層防誤三層。圖1所示為智能變電站典型的“三層兩網”框架結構，即站控層、間隔層和過程層，以及站控層網絡和過程層網絡。監控機通過測控裝置下達遙控指令至一次設備的智能終端，實現遙控操作，該過程中需經三層防誤校驗。下面逐一分析：

圖1 智能變電站三層防誤架構

1）站控層防誤，監控一體化防誤系統采用監控和防誤軟件一體化設計，監控畫面與防誤畫面可切換，兩者之間自動實現數據交互。每個間隔均設置了“站控層防誤投退”光字牌，可獨立投退本間隔站控層防誤。

2）間隔層防誤，通過測控裝置及智能終端實現防誤功能。防誤閉鎖邏輯存儲在測控裝置，測控裝置實時采集（直接采集或網絡共享）相關一次設備的位置狀態信息后，實時判斷操作指令是否符合防誤邏輯，并將判斷結果下發至智能終端，如果正確，則開放智能終端電氣操作回路；否則，則閉鎖操作回路。通過測控裝置“解鎖軟壓板”或“解鎖硬壓板”或智能控制柜的“解鎖把手”投退本間隔層防誤，三者只投入其一即退出間隔層防誤。

3）過程層防誤，指安裝在過程層設備的傳統防誤裝置，包括電氣閉鎖回路、機械閉鎖、電磁鎖、機械編碼鎖、電氣編碼鎖等。根據一次電氣設備的類型，過程層采用的防誤型式有所區別。例如，GIS設備通常采用電氣閉鎖或電氣編碼鎖，開關柜設備一般則采用機械閉鎖、編碼鎖或電磁鎖。其中機械編碼鎖、電氣編碼鎖一般通過電腦鑰匙進行管理。運維人員可通過匯控柜的“電氣解鎖把手”退出本間隔過程層防誤。

2 間隔層防誤閉鎖的實現原理及主要優勢

本文以某110kV變電站的間隔層防誤實現方法為例，對間隔層防誤原理進行闡述。圖2為該110kV變電站的部分一次接線圖，該站110kV系統采用內橋接線，下面針對110kVⅠ母線相關設備的聯鎖進行分析。

圖2 某110kV變電站電氣接線圖（部分）

110kVⅠ母PT母線側P11-D1接地隔離開關的橫向閉鎖邏輯較為復雜，需要跨越4個間隔，與110kVⅠ母PT P11間隔、110kV黨領線101間隔、1號主變110kV側進線103間隔、110kVⅠ、Ⅱ內橋104間隔均相關。若采用常規電氣閉鎖，其電氣閉鎖回路需要跨間隔串聯P11、101-1、103-1、104-1隔離開關的輔助接點，接線復雜，接點發生故障時排查十分困難。本文以110kVⅠ母PT母線側P11-D1接地隔離開關閉鎖為例，闡述如何通過間隔層防誤實現其有效閉鎖。

P11-D1接地隔離開關的允許邏輯如圖3所示，P11-D1接地隔離開關允許操作條件為：P11隔離開關分位、101-1隔離開關分位、103-1隔離開關分位、104-1隔離開關分位，即滿足與110kVⅠ母線相聯的所有隔離開關均在分位時，允許操作P11-D1接地隔離開關；若任一條件不滿足，例如101-1合閘（圖4），則閉鎖P11-D1接地隔離開關操作。

工程調試人員將上述的閉鎖邏輯程序下裝至110kVⅠ母PT的測控裝置內，其測控裝置實時根據相關設備的遙信信息（P11、101-1、103-1、104-1隔離開關位置），實時判斷是否滿足P11-D1接地隔離開關的操作條件，如圖4所示。間隔層防誤通過串聯在設備操作回路中的硬閉鎖接點K1，實現電氣設備強制性閉鎖。該硬閉鎖接點K1位于智能終端。若滿足操作條件，測控裝置輸出操作允許信號至該間隔的智能終端，控制P11-D1電氣操作回路中的硬閉鎖接點K1閉合，從而開放P11-D1的電氣控制回路；否則，硬閉鎖接點K1保持斷開，切斷P11-D1電氣操作回路，同時閉鎖遙控和就地操作。特別指出，為防止母線側隔離開關位置遙信取反或輔助接點不到位造成的閉鎖風險，測控裝置通過采集“雙位置遙信”信息判斷設備狀態，即同時采集常開、常閉兩個輔助接點位置。當常開點值＝1&常閉點 值＝0，則判斷隔離開關在合位；當常開點值＝0&常閉點值＝1，判斷隔離開關在分位；當兩個位置值都為1，或者兩個值都為0，則判斷隔離開關位置無效，此時閉鎖設備操作回路，保證閉鎖有效。

圖3 P11-D1接地隔離開關的允許操作邏輯

圖4 P11-D1接地隔離開關的閉鎖操作邏輯

測控裝置間隔層防誤一般包括軟閉鎖（防誤邏輯判斷）和硬閉鎖（控制智能終端閉鎖接點斷開或閉合）兩部分。以遙控P11-D1接地隔離開關合閘過程為例，分析軟閉鎖和硬閉鎖的功能，如圖5所示。

圖5 P11-D1接地隔離開關控制回路強制性閉鎖原理

圖6 P11-D1接地隔離開關遙控合閘流程圖

具體過程為：遙控選擇“遙控P11-D1接地隔離開關合閘”→防誤邏輯（軟閉鎖）判別為真→硬件選擇對象正確→回答選擇成功→開放即閉合硬閉鎖接點（硬閉鎖）→遙控執行→硬件執行對象正確→回答執行成功→等待開關真正動作或失敗超時→收回即斷開硬閉鎖接點。

與傳統防誤相比，間隔層防誤具有以下優勢：

1）全面覆蓋

全面覆蓋站內所有的設備節點，變電站內任一個開關、隔離開關等設備的遙信信號只要接入測控裝置，即可參與間隔層防誤閉鎖[7]。依托智能變電站GOOSE組網實現測控裝置遙信信息共享，節省大量通信接線，實施方便。

2）實時閉鎖

通過實時獲取全站設備的遙信信號，根據防誤邏輯判斷自動閉鎖或開放設備的電氣操作回路，真正實現智能化閉鎖，杜絕傳統微機防誤“走空程”現象發生[8]。

3）強制閉鎖

電氣閉鎖采用多個閉鎖接點串聯，輔助接點故障概率較大；間隔層防誤僅設置一個硬閉鎖接點，硬回路故障概率較低，雖然設備遙信信息錯誤也會造成閉鎖失效，但如前文所述，通過雙位置遙信可有效降低此風險。因此，綜合來說間隔層防誤故障概率相對較低。另一方面，當測控裝置故障或僅測控裝置檢修壓板投入或相關設備通信中斷時，間隔層閉鎖接點保持常開狀態，自動閉鎖設備操作回 路[9-10]。注意：當智能終端與測控裝置檢修狀態一致時（即同時投入），則閉鎖接點閉合從而開放設備操作回路。

4）拓展性較強

間隔層防誤通過采集或網絡共享方式獲取設備實時位置，拓展性較強。當設備變動或改擴建時，無需更改設備電氣操作硬回路，能夠節省大量敷設電纜工作量；但注意仍要求重新修改間隔層防誤的“軟回路”（測控裝置訂閱遙信量SCD及閉鎖邏輯）并下裝測試，方可完成間隔層防誤拓展。

特別指出，間隔層防誤與傳統電氣防誤是兩種不同的閉鎖形式。根據現有規定，兩者并非相互取代，而是相互補充。DL/T 1404—2015規范也推薦兩種閉鎖同時采用，以增加防誤系統的可靠性。

3 驗收方法

智能變電站防誤系統的三層閉鎖關系包含兩方面：①三者之間為邏輯“與”的關系，即只有同時滿足三者的操作允許條件時，方可開放電氣設備控制回路；②三者相互獨立，即任意層防誤故障時，可獨立退出該層防誤系統，其他兩層防誤系統不受影響。為了確保各層防誤的正確性，應對各層防誤分別驗收。本文提出驗收“六步法”，即包括審核防誤邏輯表、編制防誤驗收表、獨立驗收各層防誤系統、分別驗證就地/遙控操作閉鎖、分別驗證閉鎖/允許條件、三層防誤系統聯合調試6個環節。

1）審核防誤邏輯表

首先審核防誤邏輯正確性，防誤邏輯應符合相關規定、規程要求，滿足各種運行方式及設備運行狀態下的安全要求。應注意：站控層、間隔層、過程層三層邏輯應一致，不得發生沖突。

2）編制防誤驗收表

防誤驗收表應包含所有設備的閉鎖信息，驗收時應根據表格逐項進行，每驗完一項，在對應位置打“√”確認，禁止漏項、跳項。

3）獨立驗收各層防誤系統

驗收某層防誤系統時，應退出其他兩層防誤系統，以確保驗收該層防誤的獨立性，否則無法判斷該層閉鎖是否有效。

4）分別驗證就地/遙控操作閉鎖

驗收時，應就地和遙控操作分別進行，確保防誤系統閉鎖就地和遙控操作的可靠性。

5）分別驗證閉鎖/允許條件

驗收時，應對閉鎖條件和允許條件進行正反向驗證，確保每個“與”的條件可靠閉鎖，每個“或”的條件可靠動作。

6）三層防誤系統聯合調試

待站控層、間隔層、過程層防誤三者獨立驗收完畢后，應對三者進行聯合調試。即全部投入三層防誤后，按照防誤驗收表，分別進行就地和遙控操作檢驗，確保三層防誤閉鎖邏輯一致。

4 運維注意事項

1）各層防誤系統應經驗收合格后，方可投入使用。應妥善保存設計圖紙、驗收記錄、防誤邏輯、設備備件清單等資料，以方便后期維護。

2）應做好各層防誤邏輯數據備份，當信息變更時應及時更新，并作好更新記錄[11-12]。備份必須保證是最新一次的資料，每次備份時上一次的備份必須同時刪除。

3）變電站接線方式、設備變更或測控裝置升級時，應及時更新防誤邏輯，經設備運維管理單位審核無誤，并經過全面防誤傳動試驗正確后，方可投入。

4）各層防誤系統應設置獨立可靠的防誤投退控制措施，運維人員應明確各層防誤系統的投退方式，包括站控層防誤投退（通常按間隔投退，不能全站退出）、間隔層測控裝置解鎖軟壓板（硬壓板）、智能終端解鎖鑰匙、電氣閉鎖解鎖鑰匙以及其他解鎖工具。解鎖工具（鑰匙）或口令應嚴格按照相關規定統一管理。解鎖或停用防誤閉鎖裝置時應嚴格遵循相關規定[13]。任何人不得隨意退出防誤閉鎖裝置。

5）每年應定期對變電運維人員進行培訓工作，使其熟練掌握防誤裝置，做到“四懂三會”（懂防誤裝置的原理、性能、結構和操作程序，會熟練操作、會處缺和會維護）[3,14]。新上崗的運行人員必須經防誤裝置的培訓并考試合格。

5 結論

本文針對智能變電站防誤系統的架構、間隔層防誤系統的實現原理及主要優勢進行了分析，并對智能變電站三層防誤系統的驗收及運維方法進行了總結，得出以下結論：

1）智能變電站的防誤系統分為站控層、間隔層和過程層防誤三層架構。

2）間隔層防誤的防誤閉鎖基于測控裝置和IEC 61850網絡實現，具有全面閉鎖、實時閉鎖、強制性閉鎖、便于擴展等優勢。

3）總結了智能變電站防誤系統驗收的“六步法”，確保各層防誤正確有效。

4）智能變電站防誤系統的運維應做好閉鎖邏輯資料備份、各層閉鎖的解鎖工具或口令管理、人員培訓等工作。

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Study of preventing electric mal-operation system in smart substation —mechanism, inspection, operation and maintenance

Shen Wenwei1Lu Yao2

(1. State Grid Ji’nan Power Supply Company, Ji’nan 250012; 2. State Grid Shandong Electric Power Maintenance Company, Ji’nan 250118)

The mal-operation blocking system of smart substation is highly different from that of the conventional substation. The understanding of, test methods for, and operational management experience on the mal-operation blocking of smart substation are still insufficient. In this paper, according to the first smart substation with three-layer mal-operation blocking system in Ji’nan, the three-layer diagram of the mal-operation blocking is probed. The mechanism, characteristics and advantages of the bay level mal-operation blocking are particularly analyzed. Finally, a "six-step" test method, and principles of operation and maintenance of mal-operation blocking of smart substation are summarized in order to offer beneficial reference to peers.

smart substation; preventing electric mal-operation; bay level mal-operation blocking; inspection; operation and maintenance

2018-02-26

申文偉（1988-），男，碩士研究生，主要從事智能電網運檢技術及電力設備監測與診斷技術的研究工作。