時間:2018-10-31 16:19:52來源:電氣技術(shù) 申文偉、逯遙
摘要
國網(wǎng)濟(jì)南供電公司、國網(wǎng)山東省電力公司檢修公司的研究人員申文偉、逯遙,在2018年第8期《電氣技術(shù)》雜志上撰文指出,智能變電站的防誤閉鎖系統(tǒng)與常規(guī)變電站基本架構(gòu)差異很大,目前電力運行部門關(guān)于智能變電站防誤閉鎖系統(tǒng)認(rèn)知、驗收、運行管理等方面的經(jīng)驗仍十分匱乏。
結(jié)合參與濟(jì)南地區(qū)首個全部投入三層閉鎖系統(tǒng)的智能變電站驗收實踐,本文對智能變電站防誤閉鎖系統(tǒng)的三層架構(gòu)進(jìn)行了深入分析,并重點闡述了間隔層防誤閉鎖的實現(xiàn)原理、特點及主要優(yōu)勢,提出了智能變電站防誤閉鎖系統(tǒng)驗收的“六步法”,最后總結(jié)了智能變電站防誤閉鎖系統(tǒng)的運維要點,希望為同行提供有益參考。
為了防止電氣誤操作事故發(fā)生,電氣設(shè)備應(yīng)安裝防止電氣誤操作閉鎖裝置(系統(tǒng)),簡稱“防誤裝置(系統(tǒng))”,且防誤裝置(系統(tǒng))應(yīng)與主體設(shè)備同時設(shè)計、同時施工、同時投運(“三同時”制度)[1]。防誤裝置(系統(tǒng))主要防止五類事故發(fā)生[2-3]:防止誤分、誤合斷路器,防止帶負(fù)荷拉、合隔離開關(guān),防止帶電掛(合)接地線(接地隔離開關(guān)),防止帶接地線(接地隔離開關(guān))合斷路器(隔離開關(guān)),防止誤入帶電間隔。因此,防誤閉鎖系統(tǒng)又稱“五防系統(tǒng)”。
目前,智能變電站已在電力系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用。與常規(guī)變電站相比,智能變電站的防誤系統(tǒng)區(qū)別較大。常規(guī)站的防誤系統(tǒng)分為獨立防誤系統(tǒng)、監(jiān)控一體化防誤系統(tǒng)兩類。
獨立防誤系統(tǒng)是指設(shè)置獨立的防誤主機(jī),防誤主機(jī)與監(jiān)控系統(tǒng)兩者之間通信,實現(xiàn)防誤主機(jī)設(shè)備狀態(tài)對位及遙控指令傳輸;監(jiān)控一體化防誤系統(tǒng)是指監(jiān)控系統(tǒng)嵌入防誤軟件,兩者共用設(shè)備數(shù)據(jù)庫,實現(xiàn)遙控操作防誤校驗。常規(guī)的防誤裝置包括電氣閉鎖、機(jī)械閉鎖、電磁鎖、機(jī)械編碼鎖、電氣編碼鎖等形式,實現(xiàn)具體設(shè)備閉鎖。
而智能變電站防誤系統(tǒng)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(jiān)控一體化防誤系統(tǒng),過程層防誤與常規(guī)變電站基本相同。間隔層防誤基于測控裝置實現(xiàn),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(guān)于智能變電站防誤系統(tǒng)的認(rèn)識、驗收、運維經(jīng)驗仍比較匱乏,多數(shù)運維單位采用傳統(tǒng)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(shè)備資源的浪費,也對智能變電站的安全運行構(gòu)成威脅[6]。
本文結(jié)合濟(jì)南地區(qū)首個三層防誤系統(tǒng)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(gòu)進(jìn)行深入剖析,并重點闡述了間隔層防誤的實現(xiàn)原理、技術(shù)特點及主要優(yōu)勢,提出了智能變電站防誤系統(tǒng)驗收的“六步法”,最后對智能變電站防誤系統(tǒng)的運維要點進(jìn)行總結(jié),希望為智能變電站防誤系統(tǒng)運維管理提供參考。
1 防誤閉鎖系統(tǒng)的三層架構(gòu)
智能變電站基本架構(gòu)分為站控層、間隔層和過程層三層。站控層設(shè)備包括自動化站級監(jiān)視控制系統(tǒng)、站域控制、通信系統(tǒng)、對時系統(tǒng)等,實現(xiàn)面向全站設(shè)備的監(jiān)視、控制、報警及信息交互功能;間隔層包括繼電保護(hù)裝置、故障錄波、測控裝置、計量裝置等;過程層包括一次設(shè)備、智能終端、合并單元等。按照防誤系統(tǒng)所在的設(shè)備層級劃分,智能變電站防誤系統(tǒng)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(wǎng)”框架結(jié)構(gòu),即站控層、間隔層和過程層,以及站控層網(wǎng)絡(luò)和過程層網(wǎng)絡(luò)。監(jiān)控機(jī)通過測控裝置下達(dá)遙控指令至一次設(shè)備的智能終端,實現(xiàn)遙控操作,該過程中需經(jīng)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(gòu)
1)站控層防誤,監(jiān)控一體化防誤系統(tǒng)采用監(jiān)控和防誤軟件一體化設(shè)計,監(jiān)控畫面與防誤畫面可切換,兩者之間自動實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。每個間隔均設(shè)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(xiàn)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(wǎng)絡(luò)共享)相關(guān)一次設(shè)備的位置狀態(tài)信息后,實時判斷操作指令是否符合防誤邏輯,并將判斷結(jié)果下發(fā)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(shè)備的傳統(tǒng)防誤裝置,包括電氣閉鎖回路、機(jī)械閉鎖、電磁鎖、機(jī)械編碼鎖、電氣編碼鎖等。根據(jù)一次電氣設(shè)備的類型,過程層采用的防誤型式有所區(qū)別。例如,GIS設(shè)備通常采用電氣閉鎖或電氣編碼鎖,開關(guān)柜設(shè)備一般則采用機(jī)械閉鎖、編碼鎖或電磁鎖。其中機(jī)械編碼鎖、電氣編碼鎖一般通過電腦鑰匙進(jìn)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(xiàn)原理及主要優(yōu)勢
本文以某110kV變電站的間隔層防誤實現(xiàn)方法為例,對間隔層防誤原理進(jìn)行闡述。圖2為該110kV變電站的部分一次接線圖,該站110kV系統(tǒng)采用內(nèi)橋接線,下面針對110kVⅠ母線相關(guān)設(shè)備的聯(lián)鎖進(jìn)行分析。
圖2某110kV變電站電氣接線圖(部分)
110kVⅠ母PT母線側(cè)P11-D1接地隔離開關(guān)的橫向閉鎖邏輯較為復(fù)雜,需要跨越4個間隔,與110kVⅠ母PTP11間隔、110kV黨領(lǐng)線101間隔、1號主變110kV側(cè)進(jìn)線103間隔、110kVⅠ、Ⅱ內(nèi)橋104間隔均相關(guān)。若采用常規(guī)電氣閉鎖,其電氣閉鎖回路需要跨間隔串聯(lián)P11、101-1、103-1、104-1隔離開關(guān)的輔助接點,接線復(fù)雜,接點發(fā)生故障時排查十分困難。本文以110kVⅠ母PT母線側(cè)P11-D1接地隔離開關(guān)閉鎖為例,闡述如何通過間隔層防誤實現(xiàn)其有效閉鎖。
P11-D1接地隔離開關(guān)的允許邏輯如圖3所示,P11-D1接地隔離開關(guān)允許操作條件為:P11隔離開關(guān)分位、101-1隔離開關(guān)分位、103-1隔離開關(guān)分位、104-1隔離開關(guān)分位,即滿足與110kVⅠ母線相聯(lián)的所有隔離開關(guān)均在分位時,允許操作P11-D1接地隔離開關(guān);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(guān)操作。
工程調(diào)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(nèi),其測控裝置實時根據(jù)相關(guān)設(shè)備的遙信信息(P11、101-1、103-1、104-1
圖3P11-D1接地隔離開關(guān)的允許操作邏輯
圖4P11-D1接地隔離開關(guān)的閉鎖操作邏輯
隔離開關(guān)位置),實時判斷是否滿足P11-D1接地隔離開關(guān)的操作條件,如圖4所示。間隔層防誤通過串聯(lián)在設(shè)備操作回路中的硬閉鎖接點K1,實現(xiàn)電氣設(shè)備強(qiáng)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?jǐn)嚅_,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(cè)隔離開關(guān)位置遙信取反或輔助接點不到位造成的閉鎖風(fēng)險,測控裝置通過采集“雙位置遙信”信息判斷設(shè)備狀態(tài),即同時采集常開、常閉兩個輔助接點位置。當(dāng)常開點值=1&常閉點值=0,則判斷隔離開關(guān)在合位;當(dāng)常開點值=0&常閉點值=1,判斷隔離開關(guān)在分位;當(dāng)兩個位置值都為1,或者兩個值都為0,則判斷隔離開關(guān)位置無效,此時閉鎖設(shè)備操作回路,保證閉鎖有效。
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(guān)合閘過程為例,分析軟閉鎖和硬閉鎖的功能,如圖5所示。
圖6P11-D1接地隔離開關(guān)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(guān)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(zhí)行→硬件執(zhí)行對象正確→回答執(zhí)行成功→等待開關(guān)真正動作或失敗超時→收回即斷開硬閉鎖接點。
與傳統(tǒng)防誤相比,間隔層防誤具有以下優(yōu)勢:
1)全面覆蓋
全面覆蓋站內(nèi)所有的設(shè)備節(jié)點,變電站內(nèi)任一個開關(guān)、隔離開關(guān)等設(shè)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(wǎng)實現(xiàn)測控裝置遙信信息共享,節(jié)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(shè)備的遙信信號,根據(jù)防誤邏輯判斷自動閉鎖或開放設(shè)備的電氣操作回路,真正實現(xiàn)智能化閉鎖,杜絕傳統(tǒng)微機(jī)防誤“走空程”現(xiàn)象發(fā)生[8]。
3)強(qiáng)制閉鎖
電氣閉鎖采用多個閉鎖接點串聯(lián),輔助接點故障概率較大;間隔層防誤僅設(shè)置一個硬閉鎖接點,硬回路故障概率較低,雖然設(shè)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(fēng)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(dāng)測控裝置故障或僅測控裝置檢修壓板投入或相關(guān)設(shè)備通信中斷時,間隔層閉鎖接點保持常開狀態(tài),自動閉鎖設(shè)備操作回路[9-10]。注意:當(dāng)智能終端與測控裝置檢修狀態(tài)一致時(即同時投入),則閉鎖接點閉合從而開放設(shè)備操作回路。
4)拓展性較強(qiáng)
間隔層防誤通過采集或網(wǎng)絡(luò)共享方式獲取設(shè)備實時位置,拓展性較強(qiáng)。當(dāng)設(shè)備變動或改擴(kuò)建時,無需更改設(shè)備電氣操作硬回路,能夠節(jié)省大量敷設(shè)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(tǒng)電氣防誤是兩種不同的閉鎖形式。根據(jù)現(xiàn)有規(guī)定,兩者并非相互取代,而是相互補(bǔ)充。DL/T1404—2015規(guī)范也推薦兩種閉鎖同時采用,以增加防誤系統(tǒng)的可靠性。
3 驗收方法
智能變電站防誤系統(tǒng)的三層閉鎖關(guān)系包含兩方面:①三者之間為邏輯“與”的關(guān)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(shè)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(tǒng),其他兩層防誤系統(tǒng)不受影響。為了確保各層防誤的正確性,應(yīng)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(tǒng)、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(tǒng)聯(lián)合調(diào)試6個環(huán)節(jié)。
1)審核防誤邏輯表
首先審核防誤邏輯正確性,防誤邏輯應(yīng)符合相關(guān)規(guī)定、規(guī)程要求,滿足各種運行方式及設(shè)備運行狀態(tài)下的安全要求。應(yīng)注意:站控層、間隔層、過程層三層邏輯應(yīng)一致,不得發(fā)生沖突。
2)編制防誤驗收表
防誤驗收表應(yīng)包含所有設(shè)備的閉鎖信息,驗收時應(yīng)根據(jù)表格逐項進(jìn)行,每驗完一項,在對應(yīng)位置打“√”確認(rèn),禁止漏項、跳項。
3)獨立驗收各層防誤系統(tǒng)
驗收某層防誤系統(tǒng)時,應(yīng)退出其他兩層防誤系統(tǒng),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(yīng)就地和遙控操作分別進(jìn)行,確保防誤系統(tǒng)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(yīng)對閉鎖條件和允許條件進(jìn)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(tǒng)聯(lián)合調(diào)試
待站控層、間隔層、過程層防誤三者獨立驗收完畢后,應(yīng)對三者進(jìn)行聯(lián)合調(diào)試。即全部投入三層防誤后,按照防誤驗收表,分別進(jìn)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(tǒng)應(yīng)經(jīng)驗收合格后,方可投入使用。應(yīng)妥善保存設(shè)計圖紙、驗收記錄、防誤邏輯、設(shè)備備件清單等資料,以方便后期維護(hù)。
2)應(yīng)做好各層防誤邏輯數(shù)據(jù)備份,當(dāng)信息變更時應(yīng)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(shè)備變更或測控裝置升級時,應(yīng)及時更新防誤邏輯,經(jīng)設(shè)備運維管理單位審核無誤,并經(jīng)過全面防誤傳動試驗正確后,方可投入。
4)各層防誤系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置獨立可靠的防誤投退控制措施,運維人員應(yīng)明確各層防誤系統(tǒng)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(yīng)嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)定統(tǒng)一管理。解鎖或停用防誤閉鎖裝置時應(yīng)嚴(yán)格遵循相關(guān)規(guī)定[13]。任何人不得隨意退出防誤閉鎖裝置。
5)每年應(yīng)定期對變電運維人員進(jìn)行培訓(xùn)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(jié)構(gòu)和操作程序,會熟練操作、會處缺和會維護(hù))[3,14]。新上崗的運行人員必須經(jīng)防誤裝置的培訓(xùn)并考試合格。
結(jié)論
本文針對智能變電站防誤系統(tǒng)的架構(gòu)、間隔層防誤系統(tǒng)的實現(xiàn)原理及主要優(yōu)勢進(jìn)行了分析,并對智能變電站三層防誤系統(tǒng)的驗收及運維方法進(jìn)行了總結(jié),得出以下結(jié)論:
1)智能變電站的防誤系統(tǒng)分為站控層、間隔層和過程層防誤三層架構(gòu)。
2)間隔層防誤的防誤閉鎖基于測控裝置和IEC61850網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn),具有全面閉鎖、實時閉鎖、強(qiáng)制性閉鎖、便于擴(kuò)展等優(yōu)勢。
3)總結(jié)了智能變電站防誤系統(tǒng)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(tǒng)的運維應(yīng)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(xùn)等工作。
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