智能化变电站防误闭锁系统解决方案分析
2012-06-20 21:01:39
来源：21IC
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摘要： 近几年随着智能变电站新技术的不断应用和推广，防误闭锁问题日益突出，如何解决智能化变电站有效防止误操作事故的发生，目前国内还未形成统一、规范的意见及解决方案。本文就智能化变电站防误闭锁的全面性、强制性、信息共享等几个关键问题及实现方案进行分析和探讨。
1.引言
近几年随着智能变电站新技术的不断应用和推广，防误闭锁问题日益突出，如何解决智能化变电站有效防止误操作事故的发生，目前国内还未形成统一、规范的意见及解决方案。本文就智能化变电站防误闭锁的全面性、强制性、信息共享等几个关键问题及实现方案进行分析和探讨。
2. 智能化变电站的功能特征
智能化变电站的设计和建设，必须在智能电网的背景下进行，要满足智能电网建设和发展的要求，体现智能电网信息化、数字化、自动化、互动化的特征。智能化变电站应当具有以下功能特征：
（1）紧密联结全网。
从智能化变电站在智能电网体系结构中的位置和作用看，智能化变电站的建设，要有利于加强全网范围各个环节间联系的紧密性，有利于体现智能电网的统一性，有利于互联电网对运行事故进行预防和紧急控制，实现在不同层次上的统一协调控制，成为形成统一坚强智能电网的关节和纽带。智能化变电站的“全网”意识更强，作为电网的一个重要环节和部分，其在电网整体中的功能和作用更加明显和突出。
（2）支撑智能电网。
从智能化变电站的自动化、智能化技术上看，智能化变电站的设计和运行水平，应与智能电网保持一致，满足智能电网安全、可靠、经济、高效、清洁、环保、透明、开放等运行性能的要求。在硬件装置上实现更高程度的集成和优化，软件功能实现更合理的区别和配合。应用FACTS技术，对系统电压和无功功率，电流和潮流分布进行有效控制。
（3）高电压等级的智能化变电站满足特高压输电网架的要求。
随着我国电网建设的迅速发展，特高压输电线路将是构成我国智能电网的骨干输电网架，必须面对大容量、高电压带来的一系列技术问题。特高压变电站应能可靠地应对和解决在设备绝缘、断路开关等方面的问题，支持特高压输电网架的形成和有效发挥作用。
（4）中低压智能化变电站允许分布式电源的接入。
在未来的智能电网中，一个重要的特征是大量的风能、太阳能等间歇性分布式电源的接入。智能化变电站是分布式电源并网的入口，从技术到管理，从硬件到软件都必须充分考虑并满足分布式电源并网的需求。大量分布式电源接入，形成微网与配电网并网运行模式。这使得配电网从单一的由大型注入点单向供电的模式，向大量使用受端分布式发电设备的多源多向模块化模式转变。与常规变电站相比，智能化变电站从继电保护到运行管理都应做出调整和改变，以满足更高水平的安全稳定运行需要。
（5）远程可视化。
智能化变电站的状态监测与操作运行均可利用多媒体技术实现远程可视化与自动化，以实现变电站真正的无人值班，并提高变电站的安全运行水平。
（6）装备与设施标准化设计，模块化安装。
智能化变电站的一二次设备进行高度的整合与集成，所有的装备具有统一的接口。建造新的智能化变电站时，所有集成化装备的一、二次功能，在出厂前完成模块化调试，运抵安装现场后只需进行联网、接线，无需大规模现场调试。一二次设备集成后标准化设计，模块化安装，对变电站的建造和设备的安装环节而言是根本性的变革。可以保证设备的质量和可靠性，大量节省现场施工、调试工作量，使得任何一个同样电压等级的变电站的建造变成简单的模块化的设备的联网、连接，因而可以实现变电站的“可复制性”，大大简化变电站建造的过程，而提高了变电站的标准化程度和可靠性。出于以上需求的考虑，智能化变电站必须从硬件到软件，从结构到功能上完成一个飞越。
3.智能化变电站防误闭锁应考虑的几个关键问题
3.1防误闭锁的全面性
智能化变电站防误闭锁的关键点之一是要实现防误闭锁的全面性。如果闭锁不全面，将不可避免地留下误操作隐患。全面性主要体现在以下几个方面：
首先，防误闭锁需要覆盖变电站运行、操作、检修等各个环节，不会因为某个环节防误功能的缺失而对整个防误操作产生影响;[#page#]
其次，防误闭锁需要覆盖所有手动和电动设备，不能因为某种设备类型少或闭锁困难就忽略对某些设备的闭锁措施，包括断路器、隔离开关等一次设备和可能产生误操作的临时接地线、网（柜）门等;另外，电气设备操作不管是在远方、站控层、间隔层还是在设备级层上进行操作控制，不管是对单独设备进行操作还是程序化操作，都应具有防误闭锁措施。
3.2防误闭锁的强制性
什么是强制闭锁，国家电网公司《防止电气误操作安全管理规定》中给出的明确定义是：在设备的电动操作控制回路中串联以闭锁回路控制的接点和锁具，在设备的手动操控部件上加装受闭锁回路控制的锁具。其要点有两个方面，一是高压设备的电控回路串接闭锁接点，手动部件装设锁具，二是闭锁接点或锁具由闭锁回路控制。因此，不论闭锁需要的回路如何实现，其技术基础是闭锁接点与闭锁锁具。
在数字化变电站中，保护、测控装置等二次设备不再出现常规功能装置重复的I/O 现场接口和二次回路，它直接通过光纤通道和智能操作单元以及合并器相连，也就是说电动和手动操作的控制回路已经下放到了过程层的智能操作单元或者直接放到了智能一次设备内部。针对这种变化，如何在控制回路中串接闭锁节点和在操控部件上加装闭锁锁具以实现强制性闭锁功能，将成为一个新问题。
虽然在智能化变电站中，强制闭锁的实现遇到了新的问题，但这一要求是必须且不可回避的，完全依靠监控系统的逻辑闭锁软件来实现全站的远方、就地操作防误闭锁功能，存在操作隐患，不能完全解决因监控主机、测控单元的软、硬件发生故障或运行人员操作不当时造成的电气设备误动问题，虽然解决了闭锁的逻辑问题，但是满足不了强制性的要求。
3.3防误闭锁系统的独立性和与其它系统的信息共享问题
要保证数字化变电站中防误闭锁的全面性和强制性，就要使防误闭锁系统本身具有一定的独立性，在自动化系统瘫痪，系统不能进行遥控操作时，不能影响就地手动操作防误闭锁功能的应用。防误闭锁系统本身的独立性和数字化变电站中强调的设备信息共享原则是不矛盾的，由于数字化变电站各设备及系统之间数据交互采用统一的IEC61850标准，强调互联与互操作性，所以防误闭锁装置和自动化装置之间数据交互不像传统变电站那样，缺乏统一通讯标准，互联困难的问题已经不复存在，在数字化变电站中是完全可以做到保持防误闭锁装置独立性基础上的信息统一和共享的。
4.智能化变电站防误闭锁
智能化变电站防误闭锁系统完成变电站内各种操作的防误闭锁，实现智能变电站防误闭锁的强制性和全面性要求，并实现与监控系统站内模型信息共享，监控系统与防误闭锁系统信息交互免配置。系统架构如下图：
系统根据IEC61850标准三层架构体系构建，由站控层防误主机，间隔层智能防误装置，过程层智能闭锁单元、机械和电气锁具及闭锁附件，以及电脑钥匙等组成。防误主机、智能防误装置、层智能闭锁单元之间采用的均为IEC61850规范，主要功能特点如下：
4.1系统信息共享
由于智能化变电站各设备及系统之间数据交互采用统一的IEC61850标准，为防误闭锁装置和自动化装置互联与互操作性提供了技术依据，两者之间的数据交互困难的问题已经不复存在，可以在误闭锁装置独立的基础上实现信息统一和共享。实现方式：间隔层61850智能防误装置从监控系统获得全站SCD文件，通过MMS服务直接从测控装置或监控主机获取五防逻辑需要的实遥性、遥测数据;间隔层智能防误闭锁装置通过MMS服务为监控系统提供网门、地线等手动设备的虚遥性。[#page#]
4.2防误闭锁全面性
系统根据IEC61850标准三层架构体系构建，将基于IEC61850标准的智能变电站防误闭锁系统划分为三层，即站控层防误主机，实现站控层防误;间隔层智能防误装置以IEC61850标准设计，能够对五防主机和监控系统提供设备操作的所有五防功能，包括顺控功能，实现间隔层防误。过程层基于GOOSE通信的智能闭锁单元、过程层传统锁具实现过程层防误。并预留集控防误和防误延伸产品接口。
4.3防误闭锁强制性
为防止过程层网络GOOSE报文错误或监控系统未经防误系统解锁直接操作智能电动开关设备而可能导致的误操作，在过程层上设置支持GOOSE服务的智能闭锁单元，实现防误闭锁的强制性要求，智能闭锁单元通过将常开接点串接于一次设备遥控跳合闸回路实现强制闭锁，智能闭锁单元只有在接收到智能防误装置的允许解锁GOOSE消息，才驱动常开接点闭合，解锁相关设备。智能闭锁单元也支持就地操作时使用电能钥匙对其进行解闭锁操作。
另外对电动设备的操作机构、汇控柜以及临时接地线、网（柜）门等不能进行电动操作的设备，加装机械和电气锁具，通过电脑钥匙对其进行解闭锁操作。
4.4顺控操作
顺控操作由间隔层61850智能防误闭锁装置和监控系统配合完成，智能防误闭锁装置具有良好的互操作性和开放性，本身融合了从权限管理、唯一操作权限管理、模拟预演、实时逻辑判定、闭锁元件五个方面完整地实现了对设备操作的防误功能。
5.受控站的功能
接受到操作任务后，首先在受控站的监控主机上调用指令票，指令票经系统分析后，发送给受控站的智能防误装置进行逻辑验证。验证结果返回到监控主机进行人工确认，确认通过后，由监控主机自动实现控制操作。过程：监控主机把要操作的设备向智能防误闭锁装置发送解锁请求，智能防误闭锁装置接收到解锁请求后，进行实时防误逻辑验证，通过后，对智能闭锁单元下达解锁操作命令，智能闭锁单元解锁成功后，智能防误装置向监控主机发送允许操作指令，监控主机接收到指令后向间隔层的测控装置下达遥控执行命令。遥控操作完成后，智能防误闭锁装置主动对智能闭锁单元下达闭锁操作命令，恢复闭锁。如此自动顺序进行，直到操作结束。如果操作过程出现事故或异常，系统自动停止，由运行人员干预处理。
6.监控中心的功能
接受到操作任务后，首先在调度中心的监控主机上调用指令票，此指令票发送到受控站的远动装置，由受控站的远动装置进行操作步骤分解。然后发送给受控站的智能防误闭锁装置进行逻辑验证，验证通过后受控站的远动装置把操作步骤上送到调度中心监控主机进行人工确认。确认通过后，由受控站的远动装置自动实现控制操作。过程同受控站，两者不同在于监控系统的执行对象发生了变化，由受控站的监控主机变成了远动装置。
7.方案的优越性
防误系统独立运行，对其他设备的运行无影响，在其它电气设备或系统故障时，仍可完成防误闭锁功能。
间隔层智能防误装置不但可以实现间隔层的防误，把测控装置之间的相互通信实现的闭锁，转化为由智能防误装置来实现，减轻了系统的复杂程度和不同厂家测控互连的难度，以及逻辑变化后或增加间隔层后维护的难度，还可以实现顺控的防误闭锁功能。
不仅可以实现其他防误周边产品（高压带电显示闭锁装置、接地管理装置、智能钥匙管理机等）无缝融入到全站的防误系统中，而且还可以方便的接入集控防误系统，有效地降低了系统造价，避免重复投资，提高投入产出比。
8.总结
上述方案从防误操作的强制性与全面性原则出发，防误系统在各层保持独立性的基础上，实现了不同层次的全面闭锁，包含站控层、监控中心/集控中心的顺控操作防误。智能闭锁单元和常规锁具的使用实现了过程层操作防误的强制闭锁功能。此方案在部分智能变电站得到实施验证，得到用户的高度好评，是目前全面而完善的智能化变电站防误闭锁系统解决方案。
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