變電站隔離開關電機電源順控智能化操作研究

張樹培，趙江梅，陳遠達，周寒英

（云南電網有限責任公司保山供電局，云南 保山 678000）

0 前言

變電站順序控制[1]是指發出一組操作指令，并逐條執行，由系統根據設備狀態信息變化情況判斷每步操作是否到位，確認到位后自動執行下一指令，直至執行完所有指令。

隨著智能變電站的推廣和常規變電站的智能化方向改造，實現設備的順序控制將有利于縮短停電時間和減輕運維人員的工作量，但在常規變電站的順序控制研究中，由于需要操作到的所有一、二次設備還沒有被遠程控制技術全面覆蓋，所以一些人工操作的步驟還無法用順序控制代替。

1 變電站隔離開關順序控制現狀

常規變電站的順序控制技術研究主要面向已實現調控一體化的無人值班站，按文獻[2]所述，順控技術的實現主要依托調控主站與變電站的通信和變電站綜合自動化系統對站內一二次設備的遙控操作，其順控框架的基本邏輯如圖1[3]所示。

圖1 變電站順序控制框架邏輯圖

通過人機交互模塊下達順控操作指令后，系統從操作票模塊中生成操作票，經人工確認操作票內容和順序后，在順序控制模塊中生成相應的操作指令并經通信模塊依次下達到變電站，實現遠方操作，每一操作步驟在操作前后，都由安全校核模塊對操作準備條件和操作完成情況進行校核，通過安全校核后才能繼續操作，直至操作全部完成。

在變電站常見的線路停復電、倒母線、主變停送電等操作中，對隔離開關的操作比重超過所有操作的三分之一，公司操作票業務指導書中要求“采用電動方式操作隔離開關后，必須斷開隔離開關操作機構電源”[4]（通常斷電機電源空氣開關），但由于目前變電站沒有隔離開關操作機構電源遠方操作功能的設計標準，導致所有需要操作隔離開關的順序控制無法全自動完成，如文獻[5-6]所列舉的順控模式，大部分針對順控操作的研究沒有覆蓋隔離開關電機電源空開的遠方操作。

2 隔離開關電機電源遠方操作改造方案

要解決隔離開關電機電源的遠方操作問題，運用技術成熟、運行穩定的變電站綜合自動化系統來實現無疑是最優選項，借鑒斷路器、隔離開關的遠方操作模式，參考文獻[7-8]對電源空開的遠程操控實現形式，提出以下兩種改造方案：

2.1 在隔離開關控制回路中進行改造

該方案的設計思路是，利用測控裝置的遙控分/合閘節點驅動交流接觸器，利用交流接觸器的主觸點代替空氣開關讓隔離開關電機電源得電。改造原理如圖2所示，在傳統的隔離開關控制回路中新增了控制KM3接觸器的遙控回路，并將KM3的主觸點新增至電機回路中。

圖2 方案一改造原理圖

改造后的遙控分閘回路由測控裝置遙控分閘輸出節點、繼電器K4構成，遙控合閘回路由測控裝置遙控合閘輸出節點、斷路器常閉輔助觸點DL、接觸器KM3，繼電器K4常閉節點構成。當測控裝置發出遙控分閘（遙控合閘）命令后，遙控分閘（遙控合閘）輸出節點控制接觸器KM3失電（得電），使KM3的主觸點起到接通或斷開隔離開關操作電源的目的。該方案雖然起到了遠方投退隔離開關電機電源的效果，但回路整體的可靠性降低，改造過程中誤接線的風險更高，但由于設備成本較低，可用于低電壓等級需要大量改造的情況。

2.2 基于可遠程控制的空氣開關回路改造

該方案的設計思路是，運用可以進行遠方脈沖控制的空氣開關替換現有空開控制電機電源，并在二次回路上配合該空開進行相應改造。以與某知名廠家空氣開關配套使用的遠程控制附件RCA為例，其樣式、原理和功能說明詳見表1所示。

表1 新電機電源空開附件功能說明表

圖3 方案二改造原理圖

基于RCA遠控附件，改造原理如圖3所示。通過新增空開QF1的遠控附件RCA、順控電源開關（選配）、測控裝置遙控合閘和遙控分閘回路、QF1的常開和常閉輔助節點（選配），將遙控合閘或遙控分閘脈沖信號送至RCA的Y2端子，當Y2接收交流脈沖信號后，RCA遠控附件動作，再通過機械聯動控制QF1分合。該方案的設計聚焦于遠控附件，沒有變動隔離開關的核心回路，可靠性更高，相應的投資也更大，適合用于高電壓等級的主網設備改造。

3 隔離開關電機電源遠方操作方案

在上述介紹的兩種變電站隔離開關電機電源空氣開關遠程控制改造方案中，方案一是通過在隔離開關控制回路中進行改造實現電機電源遠方操作；方案二是基于可遠程控制的空氣開關對二次回路進行改造實現電機電源遠方操作。以下從安全性、可靠性、規范性和經濟性對兩種方案進行對比：

1）安全性：首先在方案一的改造中，由于是在原有的隔離開關控制回路上進行改造，改接線過程中交直流電源混連的風險高于方案二；其次，方案一需要新增的交流接觸器和中間繼電器相比方案二需要新增的空開附件物理體積更大，回路更多，在狹小的隔離開關機構箱內施工過程中，人身安全和設備安全隱患大于方案二。

2）可靠性：首先方案一的實質是利用接觸器的主觸點代替隔離開關電機電源空開，完成電機電源控制的，空氣開關的遮斷容量大于接觸器觸點容量，在合閘于電源短路等故障情況下，方案二的可靠性更高；其次，如果交流接觸器某相觸點因故障導致缺相或短路，將會造成電機電源失電，嚴重時有可能損壞電機。

3）規范性：方案一和方案二中對回路的改造均與目前變電站典型回路設計不一致，但依據安全規程，作業過程中要在拉開的隔離開關電機電源空氣開關上懸掛禁止類標示牌，采用方案一會使該安全措施徹底失去意義，方案二相較而言更貼近目前的規范要求。

4）經濟性：就材料設備費用而言，方案一主要包括二次電纜和接觸器及繼電器，方案二主要包括二次電纜和新空開及空開附件，方案一綜合消耗電纜長度與方案二相當，相同改造范圍內，方案二空開及空開附件購置費用在方案一接觸器、繼電器購置費的3倍左右，但這部分費用比重較輕，計及施工費等其他項目費用綜合支出計算后，方案二投入只比方案一高出15%左右。

綜上所述，兩種隔離開關電機電源空氣開關的遠方操作方案比較結果如表2所示，通過以上對比來綜合評價兩個方案后，更建議選用方案二來實現隔離開關電機電源空氣開關的順控操作。

表2 改造方案對比評價表

4 結束語

在實現調控一體化的常規變電站完成隔離開關電機電源空氣開關遠程控制的改造后，明顯增加了調控主站對變電站的順序控制范圍，讓大部分倒閘操作都能程序化、自動化實現，在順序控制進一步的推進中，還需要規范二次空開的遠程控制回路設計，同時也需要完善監控技術和傳感技術，將更真實、可靠的變電站設備動作數據反饋至調控主站以應對文獻[9]中所述的由遠程控制帶來的電網風險，逐漸提高順序控制的安全性、可靠性和規范性。