一種網絡化的防止電氣誤操作技術

劉洪兵，張 葵，侯 斌

1 智能變電站設備結構

隨著科技的進步，變電站內的各類一、二次設備已經向著智能化、網絡化的方向發展，目前智能變電站設備構架，基本延續了數字變電站三層兩網的網絡結構，三層是由站控層、間隔層、過程層設備組成，兩網是指站控層網絡MMS網絡、及過程層goose/sv網絡，整個系統實現了信息采集和處理、運行監視、控制操作、防誤閉鎖、遠動、人機聯系、系統自診斷與自恢復、順序控制、智能告警、故障分析、無功電壓優化控制等功能。其中站控層由監控主機、操作員站、工程師工作站、數據通信網關機、綜合應用服務器等各種功能數據服務器等組成，提供站內運行的人機聯系界面，實現管理控制間隔層、過程層設備等功能，形成全站監控、管理中心，并與遠方監控、調度中心通信；間隔層由保護、測控、計量、錄波、網絡記錄分析、相量測量等若干個二次子系統組成，在站控層及網絡失效的情況上，仍能獨立完成間隔層設備的就地監控功能；過程層由合并單元、智能終端等構成，完成與一次設備相關的功能，包括實時運行電氣量的采集、設備運行狀態的監測、控制命令的執行等。

2 電氣設備電氣閉鎖分析

隨著變電站智能設備的運用，特別順序控制應用后提出了一鍵操作一個電氣間隔進行停電、送電的要求，然而變電站內由隔離開關、斷路器組成的一次間隔，由于隔離開關和斷路器的特性是不一樣的，斷路器可以開斷電流，其開斷電流時有足夠滅弧能力、隔離開關主要是提供明顯的斷開位置、以表示停電設備和帶電設備有明顯的分割點，所以隔離開關不能在大電流上進行分斷、閉合操作，因此變電站中的一個電氣間隔進行停送電操作時都要按照一定的操作順序進行操作，例如線路送電操作，就應該先斷開接地開關，在接地開關斷開后再合閘母線側隔離開關、再合線路側隔離開關、最后合上斷路器以完成一個線路間隔的送電操作，停電操作反之。

一鍵順控是由后監控計算機向一個一次間隔設備，發送一個送電綜合命令，整個間隔內的接地開關、隔離開關、斷路器按照預先順序進行分合閘自動操作，若隔離開關、接地開關、斷路器位置傳感器出現故障，傳輸出一個錯誤的位置信號，實際接地開關并未斷開，此時監控計算機將錯誤感知接地開關已經斷開，將會繼續發出一個隔離開關的合閘命令，該命令發出后將造成帶接地線合隔離開關的短路故障，這種情況是電力系統的惡性誤操作的一類，因此有必要在隔離開關、接地開關的電機控制回路中增加一個操作閉鎖條件，在隔離開關、接地開關的電氣控制回路中增加一個邏輯閉鎖電路，當操作邏輯滿足停送電順序時，解除隔離開關、接地開關的電氣操作閉鎖，隔離開關接地開關具備電氣操作條件，當邏輯順序不滿足順序操作的邏輯條件時閉鎖隔離接地開關的電氣操作電路的閉鎖，讓隔離、接地開關不能進行分合閘操作。

目前這種隔離、接地開關的電氣防止誤操作的傳統技術是利用控制電纜從閉鎖條件的隔離或接地開關的機構箱取隔離、接地開關的位置，通過回路的串并連接，實現邏輯判斷，最后將串并聯的輔助接點串聯接入被閉鎖隔離或接地開關的電氣操作回路中，以實現操作邏輯的判斷，邏輯滿足時所有接點閉合，被操作的隔離開關無電氣閉鎖，具備電氣操作條件，邏輯條件不滿足時某一串聯的接點打開后斷開被操作的隔離或接地開關的電氣操作回路，實現電氣閉鎖讓其不能被電氣操作，該技術的實現需要隔離開關電氣回路使用控制電纜中接入多個電路，接線復雜施工難度大，而且單一個隔離開關受多個元件閉鎖時其閉鎖的輔助接點不能共享，只能一一對應的敷設大量控制電纜，通過電纜接線實現閉鎖邏輯的判斷，這顯然效率低上且實現復雜，而且未實現數據共享。

隨著智能站的建設，實現了變電站內設備組網的應用，針對隔離開關、接地開關電氣防誤操作這些一個功能需要采集多個元件狀態的問題，提供了網絡化的解決方案，因此我們的隔離開關、接地開關的電氣防止誤操作的功能也能借助于網絡化的信息傳輸實現一個隔離開關或接地開關的位置狀態提供給多個被閉鎖設備進行邏輯判斷，實現邏輯判斷條件的共享。

3 智能終端工作原理

智能變電站中處于過程層設備的智能終端，該設備靠近一次設備安裝，其結構由電源模塊、開入模塊、溫濕度輸入模塊、開出模塊、處理器、外部通信接口、對時模塊組成，示意圖如圖1所示。

圖1 智能終端結構示意圖

智能終端工作原理為:電源模塊沒有在圖1中繪制，其工作原理為直流220V輸入，由模塊處理后輸出3V或5V電壓的直流電為處理器、對時模塊、外部通信接口提供工作電源，同時輸出12V電壓為開入模塊、開出模塊提供工作電源。

開入模塊負責采集隔離開關、接地開關、斷路器的位置接點以及隔離開關、接地開關、斷路器機構箱內的各種開關量信號后傳遞給處理器進行信號處理。溫度、濕度輸入模塊負責接收溫度、濕度傳感器傳來的反映傳感器安裝處的溫度、濕度的0mA至40mA的直流電流量，將直流電流量進行數字化后傳遞給處理器進行信號處理。

處理器負責將采集到的隔離開關、接地開關、斷路器的位置、機構箱內其它開關量信號、溫濕度信息按照統一的通信協議進行報文的編譯，并將編譯好的報文以廣播形式通過通信接口模塊發布到GOOSE網絡，同時處理器還通過通信接口裝置接收GOOSE網絡中由其它裝置發送的報文，并將接收到的報文編譯后，輸出到開出模塊和斷路器操作插件，通過控制開出模塊的接點輸出來實現隔離開關、接地開關的分、合閘行為，通過控制斷路器操作插件上的接點輸出實現斷路器的分、合閘行為。

4 利用智能終端實現電氣閉鎖的方法

從智能終端的工作原理可以看出，智能終端已經將隔離開關、接地開關、斷路器的位置接點已經按照統一的通信協議編譯成標準的報文，并在GOOSE網絡以廣播形式發布，因此只要在GOOSE網絡上增加一臺智能防止誤操作的智能設備接收這些隔離開關、接地開關、斷路器位置信息，這臺智能防止誤操作智能設備接收到位置信息后，根據預先制定的閉鎖邏輯進行邏輯判斷后按照約定好的通信協議向GOOSE網絡發送隔離開關、接地開關的解鎖、閉鎖報文，當指定的智能終端接收到解鎖、閉鎖報文后根據報文的指令控制其開出接點閉合、打開，并將這些接點串聯接入隔離開關、接地開關的電動操作回路中最終實現隔離開關、接地開關的電氣防止誤操作閉鎖和解鎖功能，原理示意如圖2所示。

圖2 原理示意圖

如圖2所示，智能終端通過開關量采集模塊采集隔離開關、接地開關、斷路器位置的數字狀態，并把采集到的信息傳遞給處理器進行信號編譯，處理器將編譯好的報文通過GOOSE網絡發送給有邏輯判斷能力的智能防電氣誤操作裝置進行邏輯判斷，處于間隔層設備的智能防電氣誤操作裝置根據主接線形式制定判斷邏輯，不同的主接線形式有著不同的閉鎖邏輯，以雙母主接線方式的線路間隔為例，判斷邏輯如上:

（1）線路間隔靠Ⅰ段母線側隔離開關閉鎖、解鎖邏輯判斷需要采集Ⅰ段母線接地開關、斷路器靠母線側接地開關、斷路器位置信息，當Ⅰ段母線側隔離開關或斷路器靠母線側接地開關或斷路器在合閘位置時判斷為靠Ⅰ段母線側隔離開關被閉鎖，當Ⅰ段母線接地開關與斷路器靠母線側接地開關與斷路器都在分閘位置時判斷為Ⅰ段母線側隔離開關解鎖。

（2）線路間隔靠Ⅱ段母線側隔離開關需要采集Ⅱ段母線接地開關、斷路器靠母線側接地開關、斷路器位置信息，當Ⅱ段母線接地開關或斷路器靠母線側接地開關或斷路器在合閘位置時判斷為靠Ⅱ段母線側隔離開關被閉鎖，當Ⅱ段母線接地開關與斷路器靠母線側接地開關與斷路器都在分閘位置時判斷為Ⅱ段母線側隔離開關解鎖。

（3）斷路器靠母線側接地開關采集靠Ⅰ段母線側隔離開關、靠Ⅱ段母線側隔離開關、斷路器位置信息，當靠Ⅰ段母線側隔離開關或靠Ⅱ段母線側隔離開關或斷路器在合閘位置時判斷為斷路器靠母線側接地開關被閉鎖，當靠Ⅰ段母線側隔離開關與靠Ⅱ段母線側隔離開關與斷路器都在分閘位置時判斷為斷路器靠母線側接地開關解鎖。

（4）靠線路側斷路器接地開關采集線路隔離開關、斷路器位置信息，當線路隔離開關或斷路器在合閘位置時判斷為線路隔離開關被閉鎖，當線路隔離開關與斷路器都在分閘位置時判斷為線路隔離開關解鎖。

（5）線路隔離開關采集斷路器、靠線路側斷路器接地開關、線路接地開關位置信息、線路電壓，當斷路器或靠線路側斷路器接地開關或線路接地開關在合閘位置時或線路有壓時，判斷為線路隔離開關被閉鎖，當斷路器與靠線路側斷路器接地開關與線路接地開關在都分閘位置以及線路無壓時，判斷為線路隔離開關解鎖。

（6）線路接地開關采集線路隔離開關位置信息、線路電壓，當線路隔離開關在合閘位置時或線路有壓時，判斷為線路接地開關被閉鎖，當線路隔離開關在分閘位置時以及線路無壓時判斷為線路接地開關解鎖。

（7）Ⅰ段母線接地開關采集連接于Ⅰ段母線上所有隔離開關位置信息，當任意一個連接于Ⅰ段母線隔離開關處于合閘位置時判斷為Ⅰ段母線接地開關被閉鎖，當所有連接于Ⅰ段母線隔離開關都處于分閘位置時判斷為Ⅰ段母線接地開關解鎖。

（8）Ⅱ段母線接地開關采集連接于Ⅱ段母線上所有隔離開關位置信息，當任意一個連接于Ⅱ段母線隔離開關處于合閘位置時判斷為Ⅱ段母線接地開關被閉鎖，當所有連接于Ⅱ段母線隔離開關都處于分閘位置時判斷為Ⅱ段母線接地開關解鎖。

智能防電氣誤操作裝置依據GOOSE網絡中傳遞來報文解析出需要的隔離開關、接地開關、斷路器的位置信息進行邏輯判斷，輸出閉鎖、解鎖信息廣播于GOOSE網絡中。智能終端接收到閉鎖、解鎖信息后通過控制串接于隔離開關、接地的電氣操作回路中的開關量輸出觸點，當邏輯判斷為解鎖時開出觸點閉合，受控隔離、接地開關電操回路導通，此時解鎖隔離、接地開關電氣操作，隔離、接地開關可電操，當邏輯判斷為閉鎖時，串接于隔離、接地開關電操電路的開出觸點打開斷開電操電路，隔離、接地開關電操被閉鎖不能被電操。

針對現今變電站內電操隔離、接地開關的電氣防誤操是由控制電纜接線實現閉鎖的技術存在閉鎖條件由控制電纜一一對應接線實現，會出現接線松動閉鎖失效的情況、且閉鎖邏輯需要依靠大量控制電纜接線實現、功能電路復雜的問題，該技術建立在智能變電站內GOOSE網路將各智能設備連接的基礎上，在間隔層設備中增加一個智能防電氣誤操作設備，依據各已有的智能終端采集的隔離、接地開關、斷路器位置狀態，依據現場主接線制定各處隔離開關、接地開關的閉鎖邏輯，并根據實時信息進行判斷、輸出判斷結果，最終由智能終端的開出觸點實現隔離開關、接地開關的防止電氣誤操作的功能，讓智能變電站的防止電氣誤操作實現了網絡數據共享化。

5 結束語

該技術運用了智能變電站現有技術及設備、現有GOOSE網絡，實現了可以電動操作的隔離、接地開關位置狀態的就地采集并轉換成數字量后由邏輯判斷程序進行隔離、接地開關防誤操閉鎖的邏輯判斷。同時變電站內可電操的隔離開關接地開關電氣閉鎖邏輯由程序實現閉鎖，避免了依賴二次接線實現隔離開關防止電氣誤操作的缺點，可根據主接線確定閉鎖程序、閉鎖邏輯修改擴展容易。運用智能變電站中的GOOSE網絡實現了各個接地開關、隔離開關之間的閉鎖信息傳輸，實現了閉鎖信息共享網絡化，減少了一一對應的閉鎖邏輯的控制電纜接線量。