順序控制操作在110kV變電站中的應用研究

摘 要：本文旨在探討如何通過順序控制操作來提高變電站的運行效率。本文針對順序控制操作對一次設(shè)備、二次設(shè)備、監(jiān)控系統(tǒng)及操作軟件的技術(shù)要求，分析智能變電站與常規(guī)變電站在防誤閉鎖方面的異同。提出順序控制操作方案并優(yōu)化相關(guān)方案，重點分析防誤系統(tǒng)及雙確認機制的優(yōu)化方法，以降低操作風險，提高系統(tǒng)可靠性。研究結(jié)論表明，合理的順序控制操作方案顯著提高了變電站的操作安全性，減少了誤操作的可能性。本文為110kV變電站的順序控制操作提供了技術(shù)支持，促進了電力系統(tǒng)的智能化、自動化發(fā)展，提高了電力輸配的安全性、可靠性。

關(guān)鍵詞：順序控制操作；防誤閉鎖；斷路器雙確認

中圖分類號：TM 63" 文獻標志碼：A

隨著電網(wǎng)規(guī)模擴大以及智能化程度提高，變電站的操作復雜性也隨之增加。順序控制操作作為一種有效的管理手段，通過精確控制設(shè)備操作順序，能夠有效避免誤操作，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。然而，現(xiàn)有的順序控制操作在實際應用中存在設(shè)備間的協(xié)調(diào)性不足、操作軟件的適應性不足以及防誤閉鎖機制不完善等問題。這些問題的存在不僅影響了操作的安全性，還可能導致電力供應的中斷甚至設(shè)備損壞。為解決這一問題，研究人員通過系統(tǒng)分析與技術(shù)改進，提高順序控制操作的有效性，進而保障電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運行。

1 順序控制操作的技術(shù)要求

1.1 順序控制操作對一次設(shè)備的技術(shù)要求

順序控制操作對110kV變電站的一次設(shè)備提出了嚴格的技術(shù)要求，這些要求旨在確保設(shè)備操作的安全性、準確性、可靠性。一方面，所有一次設(shè)備必須配備遙控操作機構(gòu)，以實現(xiàn)遠程監(jiān)控，確保操作人員能夠在安全距離內(nèi)對設(shè)備進行控制，降低操作風險。遙控系統(tǒng)應具備高可靠性，以保證當電網(wǎng)負荷變化或外部環(huán)境變化時，仍能穩(wěn)定運行。另一方面，為確保一次操作準確完成，設(shè)備需要使用雙位置輔助接點[1]。這一設(shè)計的關(guān)鍵在于雙位置接點能夠?qū)崟r反饋設(shè)備的實際操作狀態(tài)，確保接點位置與設(shè)備實際位置一致，從而有效避免因信息不對稱而導致的誤操作。此外，設(shè)備需要集成完善的電氣五防閉鎖功能，即防誤操作、防誤合閘、防誤斷電、防誤顯示、防誤傳輸。這些閉鎖功能能夠在不同操作情況下提供必要的安全保障，確保在任何時候，設(shè)備的操作都受到嚴格控制，減少人為失誤的可能性。當從順序控制操作轉(zhuǎn)換至檢修狀態(tài)時，相關(guān)一次設(shè)備應配備帶自檢功能的三相帶電顯示儀及其二次回路。該設(shè)備的設(shè)計旨在實現(xiàn)三相驗電，確保在檢修前能準確判斷設(shè)備的帶電狀態(tài)，避免因操作失誤造成的安全隱患。

1.2 順序控制操作對二次設(shè)備的技術(shù)要求

繼電保護與安全自動裝置等智能電子設(shè)備（IED）的軟壓板應具備遙控投退功能，該功能允許操作人員在遠程對保護設(shè)備進行管理，極大提高了操作的靈活性。同時，這些設(shè)備必須具備可靠的狀態(tài)返校功能，即當設(shè)備狀態(tài)發(fā)生變化時，能夠及時將其狀態(tài)反饋至監(jiān)控系統(tǒng)。此外，繼電保護及安全自動裝置的定值區(qū)應可遙控切換，并且定值區(qū)號能夠上傳至監(jiān)控后臺并參與設(shè)備組態(tài)。定值區(qū)的遙控切換功能允許操作人員根據(jù)電網(wǎng)的運行情況靈活調(diào)整保護定值，以適應不同的負荷。定值信號的上傳不僅有助于操作記錄的管理，還能夠在設(shè)備組態(tài)中提供必要的信息支持，確保電網(wǎng)運行的安全性、穩(wěn)定性。

2 順序控制操作的防誤閉鎖

2.1 智能變電站的防誤閉鎖

智能變電站中的五防系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)通常是獨立的數(shù)據(jù)庫，通過網(wǎng)絡(luò)連接實現(xiàn)遙控閉鎖以及信息傳遞[2]。因此，系統(tǒng)需要具備較高的可靠性，以確保在各種情況下都能有效執(zhí)行防誤閉鎖功能。可靠性計算如公式（1）所示。

（1）

式中：R為系統(tǒng)的整體可靠性指標；Cs為站控層五防的可靠性系數(shù)；Ci為間隔層五防的可靠性系數(shù)；Cm為機械五防鎖具的可靠性系數(shù)，上述三項參數(shù)的取值范圍為0～1，數(shù)值越高代表可靠性越高；Pf為系統(tǒng)故障概率，其取值范圍為0～1，該值越小，系統(tǒng)越可靠；Le為通信故障影響因子，取值范圍為0～1，數(shù)值越小代表系統(tǒng)可靠性越高；Co為操作人員誤操作概率，其取值范圍為0～1，數(shù)值越小代表系統(tǒng)可靠性越高。

通過計算公式（1）中的各項系數(shù)，可以評估五防系統(tǒng)在特定情況下的整體可靠性。在公式（1）中，越高的R值代表系統(tǒng)越可靠，能有效防止誤操作。具體實踐中，研究人員通過分析Pf、Le以及Co的變化，識別系統(tǒng)的潛在風險點，從而采取相應的管理措施。在實際運行中，定期監(jiān)測各項指標并計算能夠及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)性能的變化趨勢，確保設(shè)備安全、穩(wěn)定運行（詳見表1）。

本次研究中，智能變電站的五防系統(tǒng)采用“過程中校驗”模式，這種模式不僅提高了工作效率，還要求系統(tǒng)具備更強大的功能以及更廣泛的防誤范圍。具體來說，系統(tǒng)的內(nèi)容更全面，能夠在操作過程中對每一個環(huán)節(jié)進行實時監(jiān)測，確保每項操作的安全性。其代碼片段如下。

class SafetySystem：

def __init__（self）：

self.is_safe = True

def monitor_operation（self， operation）：

# 假設(shè)每個操作都有一個安全檢查函數(shù)

if not self.check_safety（operation）：

self.is_safe =

print（f\"警告：操作 {operation} 不安全！\"）

self.trigger_alarm（）

else：

print（f\"操作 {operation} 安全通過。\"）

def check_safety（self， operation）：

# 這里可以添加更復雜的安全檢查邏輯

return operation ！= \"危險操作\"

def trigger_alarm（self）：

print（\"觸發(fā)警報！請立即檢查系統(tǒng)\"）

具體使用過程中，研究人員創(chuàng)建一個SafetySystem對象并使用monitor_operation方法來檢查每個操作的安全性。將具體的操作替換為真實的操作類型，擴展check_safety方法，以實現(xiàn)更復雜的校驗邏輯。在此基礎(chǔ)上，通過調(diào)整操作列表來模擬不同場景下的操作安全性監(jiān)測。

2.2 智能變電站與常規(guī)變電站間隔層的異同

常規(guī)變電站的電氣聯(lián)鎖系統(tǒng)主要依賴傳統(tǒng)的硬件接線，這種方式通過在設(shè)備控制回路中串接輔助硬接點來實現(xiàn)閉鎖。這種方法雖然在一定程度上保證了聯(lián)鎖功能，但是硬接點的數(shù)量多，接線復雜，因此會導致系統(tǒng)的靈活性降低。與之相對，智能變電站的五防邏輯存儲在測控裝置中，通過網(wǎng)絡(luò)獲取閉鎖信息，實現(xiàn)了就地操作閉鎖。這種軟件化的處理方式使系統(tǒng)更靈活，可以適應不同的操作需求，并大幅度簡化了接線。而在結(jié)構(gòu)復雜性方面，由于常規(guī)變電站大量使用硬接點，因此導致接線較為煩瑣，增加了故障發(fā)生的概率，同時當檢修以及故障排查時，復雜的接線也使定位問題變得困難[3]。而智能變電站的五防閉鎖采用簡單的電氣接點，這不僅減少了接線的數(shù)量，也便于故障的排查和維護，提高了整體運行效率。

3 順序控制操作方案優(yōu)化

3.1 防誤系統(tǒng)的改進

本次研究中，通過引入獨立的順控系統(tǒng)，并結(jié)合先進的防誤技術(shù)，整個電站的操作安全性和可靠性得到了顯著提高。新的順控系統(tǒng)采用“順控網(wǎng)關(guān)機+順控服務器”的架構(gòu)，與傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)分離。這種獨立性使順控系統(tǒng)不再受監(jiān)控系統(tǒng)的影響，從而減少了潛在的干擾以及故障風險（如圖1所示）。

具體實踐中，監(jiān)控主機通過遠動網(wǎng)關(guān)機向順控服務器傳送數(shù)據(jù)，實現(xiàn)防誤閉鎖功能。這一機制確保了在進行操作前，系統(tǒng)能進行充分的狀態(tài)檢查，防止因錯誤的操作指令導致的安全事故。同時，公用測控系統(tǒng)負責采集隔離開關(guān)姿態(tài)傳感器的數(shù)據(jù)，為防誤系統(tǒng)提供了必要的實時信息，進一步增強了操作的安全性。此外，該系統(tǒng)中還嵌入了“雙確認”機制，在操作過程中，系統(tǒng)會同時進行模擬預演與指令執(zhí)行的防誤閉鎖校驗。通過這種方式降低因誤操作或信息不一致導致發(fā)生事故的概率。

3.2 斷路器雙確認的改進

本次研究中，智能變電站“雙確認”機制采用了“位置遙信+遙測量”作為2種識別依據(jù)。這種選擇體現(xiàn)了對電氣設(shè)備狀態(tài)的全面監(jiān)控，確保在斷路器的操作過程中，能夠充分了解其當前狀態(tài)。該系統(tǒng)中，主判據(jù)為位置遙信，即通過分合雙位置輔助接點來獲取數(shù)據(jù)信息。斷路器的分合狀態(tài)由這些輔助接點直接反饋，分開采集相操作斷路器的實際位置。輔助判據(jù)為遙測量，本次研究中引入三相電壓和三相電流的遙測量。這些數(shù)據(jù)通過接入測控裝置的母線電壓互感器（PT）以及線路電流互感器（CT）來獲取。這種判據(jù)不僅提供了電氣特性，還能反映斷路器在不同負載條件下的運行狀態(tài)。此外，研究人員考慮在一些情況下，電壓或電流數(shù)據(jù)因各種原因難以采集[4]。針對這一問題，110kV智能變電站還設(shè)計了帶電顯示器作為備用的輔助判據(jù)。在特殊情況下，當上述輔助條件無法滿足時，運維人員可以通過現(xiàn)場判斷斷路器的實際位置，忽略遙測量進行操作。這種靈活性確保當設(shè)備或系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，運維人員仍能及時作出決策，確保供電的連續(xù)性。

在雙確認邏輯方面，只有當這2個判據(jù)都符合預設(shè)條件時，才允許斷路器進行操作。其中，電壓判據(jù)的門檻值為0.4U、0.15U（U為基準電壓值），前者為有壓狀態(tài)，后者為無壓狀態(tài)。該設(shè)置能夠確保當電壓未達到安全范圍時，系統(tǒng)不會誤認為斷路器處于可操作狀態(tài)，從而有效防止因電壓不穩(wěn)定而導致的操作失誤。電流判據(jù)的門檻值則根據(jù)斷路器的額定電流以及現(xiàn)場的實際配置進行調(diào)整。這種根據(jù)實際情況設(shè)置的門檻值，確保了系統(tǒng)在不同負載條件下都能準確判斷斷路器的狀態(tài)，進一步增強了系統(tǒng)的適應性。其代碼片段如下。

class CircuitBreaker：

def __init__（self， rated_current， voltage）：

self.rated_current = rated_current" # 斷路器額定電流

self.voltage = voltage" " " " " " " " # 當前電壓

def is_operable（self， current）：

# 計算電壓判據(jù)

voltage_threshold_on = 0.4 * self.voltage

voltage_threshold_off = 0.15 * self.voltage

# 電流判據(jù)

current_threshold = self.rated_current * 0.8" # 設(shè)定電流閾值為額定電流的80%

# 檢查條件

if （voltage_threshold_off lt; self.voltage lt; voltage_threshold_on） and （current lt; current_threshold）：

return True" # 允許操作

return" "# 不允許操作

上述代碼中，定義一個CircuitBreaker類，構(gòu)造函數(shù)接收斷路器的額定電流和電壓。其中，將voltage_threshold_on設(shè)置為電壓的40%，代表有壓狀態(tài)的閾值。將voltage_threshold_off設(shè)置為電壓的15%，代表無壓狀態(tài)的閾值。具體操作中，使用is_operable方法來檢查當前電壓、電流是否在安全范圍內(nèi)。只有當電壓大于無壓狀態(tài)閾值、小于有壓狀態(tài)閾值并且電流小于設(shè)定的電流閾值時，返回True，允許操作；否則返回。創(chuàng)建CircuitBreaker的實例并傳入?yún)?shù)，并調(diào)用is_operable方法檢查當前的電流是否在安全范圍內(nèi)，并輸出結(jié)果。

3.3 隔離開關(guān)雙確認的改進

本次研究中，相關(guān)工作人員考慮不同判據(jù)的優(yōu)缺點，最終選擇了傳感器判據(jù)，而不是圖像識別判據(jù)。傳感器判據(jù)通過在隔離開關(guān)的一次運動機構(gòu)上加裝傳感器來實現(xiàn)，這些傳感器能夠?qū)崟r監(jiān)測隔離開關(guān)的運動狀態(tài)，從而增強狀態(tài)檢測的準確性。實際工作中，傳感器能夠提供更直接的物理反饋，降低因光照、天氣等環(huán)境因素而導致的誤判風險。相比之下，圖像識別判據(jù)容易受到攝像頭角度、光線變化等因素的影響，導致準確性降低[5]。此外，傳感器能夠持續(xù)監(jiān)測狀態(tài)變化，及時反饋信息，使運維人員能夠第一時間掌握隔離開關(guān)的真實狀態(tài)。通過與遙信位置結(jié)合，傳感器提供的數(shù)據(jù)可以作為輔助判據(jù)，進一步確認隔離開關(guān)的狀態(tài)，提高整體系統(tǒng)的安全性。

盡管圖像識別判據(jù)也作為輔助判據(jù)的一種實現(xiàn)方式，但是其準確性受環(huán)境因素的影響，研究人員最終決定不采用該方案。圖像識別需要采用視頻監(jiān)控設(shè)備來捕捉隔離開關(guān)的狀態(tài)，但攝像頭在惡劣天氣下的表現(xiàn)不佳，且故障率相對較高。當變電站選擇傳感器判據(jù)時，充分考慮了操作的可靠性以及運行效率。采用傳感器不僅能夠提高狀態(tài)檢測的準確性，還能減少誤操作的可能性，確保在高壓電力環(huán)境中操作的安全性。

4 結(jié)語

在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中，順序控制操作是確保設(shè)備安全、高效運行的重要手段，尤其是在110kV變電站等關(guān)鍵設(shè)施中。順序控制不僅要遵循一次設(shè)備、二次設(shè)備的技術(shù)要求，還需要有效的防誤閉鎖機制來避免誤操作。隨著智能變電站發(fā)展，防誤閉鎖系統(tǒng)以及控制方案的優(yōu)化成為提高系統(tǒng)可靠性的關(guān)鍵因素。通過本次研究，得出以下結(jié)論。1）順序控制操作要嚴格遵循一次設(shè)備、二次設(shè)備的技術(shù)要求，以確保設(shè)備在運行過程中的協(xié)調(diào)性與穩(wěn)定性。一方面，設(shè)備的選型及配置應滿足操作的準確性要求；另一方面，二次設(shè)備的監(jiān)控與反饋系統(tǒng)需要具備高靈敏度，以實現(xiàn)對設(shè)備狀態(tài)的全面監(jiān)控。2）在智能變電站中，防誤閉鎖機制的有效性是確保操作安全的基礎(chǔ)。通過引入智能化防誤系統(tǒng)，可以顯著降低誤操作的風險。這種系統(tǒng)需要與傳統(tǒng)變電站的操作流程進行有效對接，確保在不同環(huán)境下都能實現(xiàn)對操作安全的嚴格把控。3）針對順序控制操作的方案優(yōu)化，特別是在斷路器與隔離開關(guān)的雙確認機制方面，通過優(yōu)化判據(jù)，增強狀態(tài)檢測的準確性，可以有效提高操作的安全性。

參考文獻

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