（电力系统及其自动化专业论文）变电站自动化系统中防误闭锁的研究.pdf

a b s t r a ( 可 a b s t r a c t w j t ht h e d e v e l o p m e n to ft h ec o m p u t e rt e c h n o l o g ya n dn e t w o r kc o m m u n i c a t i o n st e c h n o l o g y , c o m p u t e r i z e dr e l a y p r o t e c t i o na n da u t o m a t i o ns y s t e mh a v ea p p l i e di ns u b s t a t i o n , w h i c hm a k e st h e m a n a g e m e n to fs u b s t a t i o nr e a l i z e dn o n - a t t e n d e d n o w , s y n t h e t i ca u t o m a t i o na n dn o n - a t t e n d e ds u b s t a t i o n h a v eb e c o m et h ed e v e l o p i n gt r e n do f t h ea t t e m p e r e do f e l e c t r i c a ln a t w o r ka n da u t o m a t i o no f w e ts y s t e m e l e c t r i cm i s o p e r a t i o ni sak i n do fh i g l lf r e q u e n t l ya c c i d e n tt h a tt h r e a t e nt h es a f e t yo p e r a t i o no fe l e c t r i c p o w e ts y s t e m r e l i a b l ea n ds a f eo p e r a t i o ni sm o s ti m p o r t a n tf o re l e c t r i cp o w e rs y s t e m i ti sv e r yd i 塌c u l tt o p r e v e n to p e r a t o rf i o mm a k i n gt h em i s o p e r a t i o n a c c o r d i n gm a n yy e a r so fo p e r a t i o ne x p e r i e n c e ，a c o n s u m m a t ea n t i m i s o p e r a t i o n s y s t e m i s v e r yi m p o r t a n tt e c h n i c a lm e a s u l ep r e v e n t i n ge l e c t r i c m i s o p e r a t i o n a c c o r d i n gt ot h es t r u t t u r eo ft h es u b s t a t i o ns y n t h e t i ca u t o m a t i o ns y s t e ma n dt h ec h a r a c t e r i s t i c so f c o n t r o la n do p e r a t i o na r ea n a l y z e d w h i c ha r er e a l i z e di nah i e r a r c h i c a la n dd i s t r i b u t e di n t e g r a t c ds u b s t a t i o n a u t o m a t i o ns y s t e m ，t h ep a p e rp u tf o r w a r dt h es c h e m ea b o u tb u i l d i n gt h e “c e n t r a l i z e dc o n t r o ls u b s t a t i o nl a y + s u b s t a t i o nl a y + b a yl a y ”p r e v e n t i n gm i s o p e r a t i o ns y s t e m i na l l u s i o nt op r o g r a mc o n t r o lm o d e t h ep a p e r p u tf o r w a r dam e c h a n i s mo fp r e v e n t i n gm i s o p e r a t i o nf o rp r o g r a mc o n t r 0 1 w h i c hi su n a t t a c h e dt oo r d i n a r y p r e v e n t i o n a n dt h ep r e v e n t i n gm i s o p e r a t i o ns y s t e ms h o u l dc o o d e r a t ew i t he l e c t r i cp r e v e n t i o n , c o r p o r a t e l y e n s u r et h es a f e t yo p e r a t i o no f e l e c t r i cp o w e rs y s t e m c e n t r a l i z e dc o n t r o ls u b s t a t i o n sa r ec h a r g e dw i t hm o r ee l e c 埘co p e r a t i o na l o n gw i t ht h ed e v e l o p m e n to f n o n - a t t e n d e ds u b s t a t i o n h o wt oe n s u r et h er e m o t ec o n t r o lo fc e n t r a l i z e dc o n t r o ls u b s t a t i o n sb e c o m e st h e k e yt ot h es a f e t yo p e r a t i o no fe l e c t r i cp o w e ts y s t e m t h ep a p e ra n a l y s et w os c h e m e sw h i c ha l eb a s e do n n a t i v es u b s t a t i o na n du n a i d e dc o m p u t e r , a n de x p o u n dt h ef l o w s e x c e l l e n c e sa n dd e f e c t s a c c o r d i n gt ot h e a m o u n to te q u i p m e n ti sg r e a t n e s s ，t h ee q u i p m e n t so i t e l lc h a f f g e ，c o m p i l i n gt h ep r e v e n t i n gm i s o p e r a t i o n r u l e sb yh a n d i w o r ki sh i g h l yt r o u b l e s o m e t h ep r e v e n t i n gm i s o p e r a t i o nr u l eb a s e do nt h ea n a l y s i so f n e t w o r kt o p o l o g yp o s s e s st h eh e s tf l e x i b i l i t ya n dv e r s a t i l i t y f r o mt h ef o r m a t i o no ft h en e t w o r kt o p o l o g y m o d e l ，d a t as t o r a g e ，t h en e wp r e v e n t i n gm i s o p e r a t i o nr u l e 。a n dl o c a lt o p o l o g y 。f o a ra s p e c t st od e s c r i b et h e p r o c e d u r e so ft h ep r e v e n t i n gm i s o p e r a t i o nb a s e do nt h ea n a l y s i so fn e t w o r kt o p o l o g y i tv a l i d a t e st h e a c c u r a c ya n dr e l i a h i l i t yo f t h ep r e v e n t i n gm i s o p e r a t i o nr u l eb a s e do nt h ea n a l y s i so f n e t w o r kt o p o l o g y t h ei m p l e m e n t a t i o no fp r e v e n t i n gm i s o p e r a t i o no np l a t f o r m so fr e l a ya n dc o n 订o lu n i t sb e t w e e nb a y s h a sb e c o m ea l li m p o r t a n tf u n c t i o no ft h es u b s t a t i o na u t o m a t i o ns y s t e m b a s e do nt h ep r a c t i c eb a c k g r o u n d 。 ap r e v e n t i n gm i s o p e r a t i o nm e t h o di sd e s c r i b e dt h a tc o n s i s t si nw r i t i n gp r e v e n t i n gm i s o p e r a t i o nr u l e sb y s e r i p t i n gl a n g u a g ea tt h ew o r k s t a t i o n ，e q u i p p i n gr e l a ya n dc o n t r o lu n i t sw i t has c r i p t i n gv i r t u a lm a c h i n e ， a n dd o w n l o a d i n gp r e v e n t i n gr u l e sf i l et ou n i t s a t h i e v et h ec o m m u n i c a t i o na b o u tt h ep r e v e n t i n gc o r r e l a t i v e i n f o r m a t i o nb e t w e e nu n i t s 1 1 1 ep r e v e n t i n gs c r i p t i n gl a n g u a g e ( f p s c r i p t ) i sd e s i g n e d t h es c r i p t i n g l a n g u a g ec o m p i l e ra n dv i r t u a lm a c h i n ea r ed e s i g n e da n da c h i e v e d a c c o r d i n gt ot h i sm e t h o d t 1 1 ef u n c t i o n o fp r e v e n t i n gm i s o p e r a t i o no np l a t f o r m so fr e l a ya n dc o n t r o lu n i t sh a sb e e na c h i e v e d t h ec o m p i l i n ga n d s e c u r i t yt e s to f p r e v e n t i n gr u l e sa r er e a l i z e do nw o r k s t a t i o n i t sw e l lt om e e tt h er e q u i r e m e n t so f t h ep r o j e c t k e y w o r d s ：s u b s t a t i o ns y n t h e t i ca u t o m a t i o n ；p r e v e n t i n gm i s o p e r a t i o n ；p r e v e n t i n gm i s o p e r a t i o no n c e n t r a l i z e dc o n t r o ls u b s t a t i o n s ；p r e v e n t i n gm i s o p e r a t i o no nb u y sl a y ；s e r i l i t i n gl a n g u a g e l i 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过 的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我 一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：囱丝 日期：型 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印 件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质 论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括 刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 研究生签名：监导师签名：。麴盈日期：蚣1 第1 章绪论 1 1 五防的背景及重要性 第1 章绪论 发电厂、变电站电气设备运行操作中经常发生误分合断路器、带负荷分合隔离开关、带电挂( 合) 接地线( 接地刀闸) ，误入带电间隔，带地线( 接地刀闸) 合隔离开关等五种恶性事故，造成电气设备损 坏，人身伤亡事故发生，电力系统安全运行受到威胁。为此，电力部门在5 0 年代就颁布了电业安 全工作规程电气部分，针对上述五种恶性事故制定了严格的防止措施，即“五防”i l l 。 由于技术上的原冈和防止误操作设备可靠性不高，并未有效杜绝五种恶性误操作事故的发生， 因此，电力部门相继颁布了各种反事故措施和规定。六十年代到八十年代初。在电力设备责任事故 中，电气误操作事故所占比例最高可达7 0 左右。为减少电气误操作事故，采取了大量的组织措施， 如强化工作票制度和操作票制度的贯彻，加强运行人员的培训等。误操作事故虽然大幅下降，但降 至一定水平就难以再下降了。从8 0 年代初期开始，逐步开展了加装防误闭锁装置。 近年来，随着变电站综合自动化系统的不断发展，利用先进的计算机技术、电子技术、通信技 术和信号处理技术，实现对全变电站的输、配电设备的自动监视、测量、控制和继电保护，以及与 调度通信等综合性的自动化功能。随着越来越多的新技术在电力系统中的应用以及这些技术的可靠 性显著提高，变电站综合自动化的水平也越米越高，设备的可靠性越来越高，由设备故障原因引起 的电力系统事故越来越少，而由人为操作原因引发的事故比例j j l 0 逐渐提高，从而给防误操作系统提 出了更高的要求。 可靠、完善的变电站防误操作系统对提高电力系统的供电质量，保证运行的经济性和安全性有 重要的作用。安全可靠是电力系统运行的基础，变电站是电能输送、分配的枢纽，变电站一旦出现 电气误操作，将导致设备损坏、系统故障、停电或人员伤亡。在我国。随着电力系统的不断发展系 统结构越来越复杂，每次事故所造成的损失将是以前的数倍。变电站的电气误操作事故是一种危害 性极人的频发事故，长期以米严重威胁着电力系统的安全运行。 随着无人值守变电站的推广应1 j ，电力系统调度自动化信息收集与执行系统要求在线监控变电 站的断路器、隔离开关、接地刀闸，以使现代化电力系统具备完善的安全功能和控制手段。根据电 力系统的运行与发展需求，建立完善的变电站防误操作体系是刻不容缓的任务，而且这项工作具有 重大的经济价值和社会效益。 1 2 防误闭锁的发展 防止误操作是一个复杂的综合性问题，因为各种电气操作都需要人作用于设备而发生，不仅与 设备的运行状态有关，而且与操作者的技术水平、心理素质、情绪状况和现场环境熟悉程度有关。所 以尽管一直强调电力系统安全操作规程，人为误操作事故仍然不能避免和杜绝。制定防止误操作的 措施是人们长期经验的积累和总结，它包括管理措施和技术措施。操作票制度、工作票制度、岗位 责任制度等属于管理措施。在管理措施方面的研究是基于人工智能应用，如操作票专家系统。技术 措施是指应用机械结构或电气原理对设备的操作机构进行强制闭锁，即变电站防误闭锁装置 随着我国电力事业的迅速发展，各地变电站普遍采用高新技术，如微机保护与控制系统取代了 常规变电站的电磁式继电保护、测量控制系统，实现了变电站的遥信、遥测、遥控和遥调，大大提 高了电网的供电质量和供电可靠性。在上述技术措施实现的同时，也对变电站中防误闭锁装置的使 用产生了重大影响，并提出了新的防误要求。在各地变电站中广泛采用的防误闭锁装置有：机械类 闭锁、电气类闭锁，也有近年开发的微机防误闭锁。这些防误闭锁装置的功能各有各的特点，在变 电站运行中发挥作用【2 ”。 1 机械类闭锁装置： 其核心用机械方式实现断路器、隔离开关、接地刀闸、网门之间的相互闭锁。目前使用较多的 是机械连杆传动闭锁、红绿翻牌和机械程序锁。 a 1 机械连杆传动闭锁 莉用连杆传动直接在刀闸操作机构上安装机械闭锁装置。例如断路器在合位，此时不允塑拉孑 隔离弄关的。如果去拉隔离开关，由于断路器和隔离开关操作机构之间的连杆作用，使得隔离开关 东南大学硕士学位论文 拉不开，这样就实现了断路器和隔离开关之间的硬闭锁。 这种闭锁方法利用机械原理直接在断路器、隔离开关等设备的操作机构上安装闭锁装置，是可 靠的。但它受到距离和空间的限制，只适_ h 于单一间隔。然而电力系统的运行状态是一个整体概念， 不同的运行方式r 卜，各间隔之间存在不同的联锁关系。仅使用机械连锁传动闭锁装置不能满足用户 要求。因此，作为一个厂站的防误闭锁系统还需要其它类型的闭锁装置。 ”红绿翻牌 红绿翻牌主要用于断路器操作的闭锁，是一种正反面分别为红绿两色的标牌，其红色表示断路 器处在“合”状态，绿色表示断路器处在“分”状态。 翻牌上有定位孔，通过不同的定位孔位置标记不同的断路器。每个断路器有两个红绿牌，这两 个牌的定位孔位置一样，但颜色相反，一个放在断路器控制屏的操作柄上，另一个挂在模拟屏上。要 求模拟屏上断路器状态和实际的断路器控制屏上的状态表示一致。对断路器操作时，应先在模拟盘 上进行模拟操作，然后将模拟盘上的红绿翻牌取下，替换控制屏上的红绿翻牌并进行实际操作，再 将替换f 的红绿翻牌于睾在模拟盘上。 红绿翻牌相当于断路器操作机构闭锁的钥匙，只有在操作手柄上装上红绿翻牌，才能转动手柄 进行操作。由于断路器和红绿翻牌的一一对应，可防止误合、分断路器。虽然它要求运行人员先模 拟操作再实际操作，但不能强制闭锁，运行人员可以直接从模拟屏上取下红绿翻牌操作。另外，断 路器操作屏上的闭锁比较简单，用其它工具代替红绿翻牌一样可以转动操作手柄，因此红绿翻牌不 能实现完全的硬闭锁。 c ) 机械程序锁 机械程序锁是目前使用最多的一种机械程序式闭锁装置，因此生产厂家也很多。各种型号的产 品均有自己的特点，但它们实现闭锁的思路是类似的：根据不同的接线方式和配电装置的布置形式 选择各种功能的锁具组合后，进行程序编制，以满足防误操作的要求。锁具一般有两种：弹子锁和 无弹子锁。通常弹子锁一把钥匙只能开一把锁，而无弹子锁可以做到一把钥匙开一个单元的锁。 机械程序式闭锁对于简单接线方式的、在单个间隔内实现没有问题，但间隔之间的闭锁就无法 实现，无法做到用机械方式实现闭锁逻辑，还会出现卡涩等常见机械故障，且闭锁装置的硬件均安 装在机构的内部，出现故障很难发现故障点，解决的办法往往是破坏机构设备，寻找故障点。 2 电气类闭锁装置 电气类防误闭锁装置主要有：电气回路闭锁、电磁回路闭锁、电气报警、高压带电显示装置。 电气报警和高压带电显示装置主要对防止误入带电间隔和带电挂接地线起到提示报警的作用， 主要用于同定高压开关柜、手车式开关柜中 a 1 电气回路 j j 锁 电气回路闭锁方式是直接在开关、刀闸的控制机构中引入辅助电气节点，构成电气回路。根据 各辅助节点的状态判断是否可以进行操作。当电气条件满足时，操作机构的电源接通t 进行操作； 否则，操作机构不能动作。 b 1 电磁回路闭锁 电磁回路闭锁的原理同上，但它使用了电磁锁。电气条件满足时，锁电源接通，可打开锁进行 操作；否则，电磁锁不能打开。 电气类防误闭锁装置比较完善，可将闭锁建立在整个厂站运行状态的基础上，适合于不同间隔 的闭锁，主要使用于电压等级较高、接线较复杂的变电站。但它需要敷设大量的电缆，不仅投资大， 而且设计、施工都相当困难，特别是某些辅助节点的引入很难实现。常见的直流接地现象破坏了接 点的正常采集，闭锁逻辑失效。复杂结线变电站闭锁逻辑复杂，靠电气阵列的逻辑关系实现非常困 难。设备安装初期性能还较好，但维护工作量大，故障点多，工程扩建和改造困难。 3 微机型闭锁装置 微机犁闭锁装置通过软件将现场大量的二次闭锁回路变为计算机中的五防闭锁规则库，实现了 防误闭锁的数字化，并可以实现以往电气、电磁闭锁不能实现或者很难实现的防误功能，是电气设 备防误闭锁技术的最新技术和e 跃。微机型闭锁装置采用计算机编码技术，将闭锁的硬件与逻辑运 算分开，闭锁的逻辑运算由计算机的逻辑运算米实现，任何复杂的接线方式与系统的扩建均可简单 实现。微机型闭锁装置可应用于电力、石化、冶炼等电力设备的安全装置中，适用于3 5 k v 5 0 0 k v 等各种电压等级的变电站、发电厂的开关、刀闸等一次设备的防误闭锁 以上各种防误闭锁装置在不同的场合得到了广泛的使用，对发电厂t 变电站以及集控掌粤! 三 防”，对电力系统的安全运行都起到了十分重要的作用。但目前实际使用的防误闭锁装置仍存在以下 的问顾： f i 百前实际应用中最为先进的电脑钥匙配合编码锁组成的防误闭锁装置来说，仍然需要操作人 2 第1 章绪论 员手持电脑钥匙进入现场操作，这与电力系统自动化的要求是不相符的。同时，由于这种装置 不在线，属于离线操作，不能实时接收命令和传送信息，当调度突然出现新的命令时，无法及 时更改操作，容易造成操作失误。 2 目前，一次设备正在不断向智能化方向发展断路器，隔离开关，接地刀闸等开关设备都可以 实现电动操作。从变电站综合自动化的要求和今后的发展趋势来看，在有条件的变电站要实现 真正的无人值守，通过遥控实现对一次设备的操作。目前国内大多数变电站都是监控系统与微 机五防f j j 锁装置分别装设，没有实现装置间的资源共享，而更多的站则是在采用微机监控以后 仍然处在无闭锁运行状态。从电力系统要求的远方操作也就是“四遥”来讲，目前的大部分防 误系统都达不到这种要求，既无法做剑远方遥调与遥控，更无法实现远方遥测与遥信。 3 从集控站模式来看，随着国内电力系统的快速发展，地区级电力运行部门所管理的变电站日益 增多，并且多数变电逐步实现了无人值班。需要在电网调度层和无人值班变电站之间建立集控 站，以保证电网及无人值班变电站安全可靠的运行。实现集控操作后。对操作的可靠性要求更 高，例如，操作命令发送前，需要进行严格的五防校验，可能是五防软件，也可能是独立的硬 件五防闭锁系统，负责把好防误闭锁关。砸对集控站模式下。管理的设备数量巨大，而且设备 变动也相对频繁，采用人工定义五防规则的方式维护量较大，如何更好的实现集控站遥控操作 的防误操作已经成为一个重要课题。 4 目前，普遍应用于变电站中针对电气操作的防误手段主要是通过机械锁，电气锁，电脑钥匙和 五防主机完成的，没有在间隔层测控装置中配置任何五防功能。随着无人值守变电站的迅速发 展，在远方调度中心或是变电站集控中心承担着更多的电气操作，如果远方操作员站没有完备 的防误闭锁功能，将很容易引起误操作。此外，站控层的防误功能的实现，依靠站控层实时数 据库，在实时数据库中变电站开关和刀闸的位置信息经历了多个通信环节的影响，很难保持较 高的实时性和可靠性。因此。在变电站间隔层实现独立的防误闭锁环节已经成为变电站自动化 系统发展的必然趋势。 1 3 本文的主要工作和内容安排 本课题的研究主要立足于在变电站自动化系统中实现防误闭锁的层次化，体系化。针对变电站 自动化系统的结构以及操作方式的特点，建立多层次完善的防误体系，使之成为变电站综合自动化 的一部分。全文的主要章节安排如下： 第一章主要概述了电力系统“五防”的背景和重要性，介绍了传统的几种防误闭锁装置及其优 缺点。 第二章分析了变电站自动化系统的结构和控制方式，针对结构及控制方式的特点，提出构建“集 控站层+ 站控层+ 间隔层”完善的自动化系统防误体系。在间隔层，对于程序化操作方式，采用与常 规操作方式防误相对独立的防误机制。并指出完善的自动化系统防误体系不应取代传统电气闭锁， 而是与电气闭锁配合，共同保证变电站电气操作的安全执行。 第三章阐述三种实现对集控站遥控操作命令进行五防判断的方案。对各个方案的实现流程以及 优缺点进行分析。特别详细阐述了基于网络拓扑分析的五防判断方式。从网络拓扑模型的形成，数 据的存储，基于网络拓扑分析的五防基本规则，局部拓扑四个方面描述了基于网络拓扑分析五防程 序的实现流程。 第四章从实现间隔层保护测控装置防误功能的总体方案设计入手，分析项目实施过程中需要解 决的关键问题，根据f - i 题采_ i j 对应的解决方法。系统阐述了一种在后台通过五防配置软件用脚本语 言编写五防规则，在间隔层保护测控装置中安装虚拟机，下载五防规则文件到装置，从而实现间隔 层保护测控装置防误操作的方法。详细描述了脚本语言f s c r i p t ，脚本编译器和f s c r i p t 虚拟机的设计 方法，在后台实现五防规则的编译和安全测试。完整的描述了间隔层防误闭锁的实现过程。 第五章总结本文的主要工作以及成果。 3 东南大学硕士学位论文 第2 章变电站自动化系统的防误体系 随着微电子技术，计算机技术和通信技术的发展。变电站综合自动化技术也得到迅速发展。近 几年来变电站综合自动化已成为热| j 话题，引起了电力工业各部门的注意和重视，并成为我国电力 工业推行技术进步的重点之一1 4 j 。随着无人值守变电站模式的发展，变电站的数量急剧增长，五防 功能因为关系到变电站运行过程中一次设备和检修人员的安全，已作为变电站综合自动化系统的重 要功能不断得到发展，如何建立完善的多层次变电站自动化系统防误体系与变电站自动化系统的结 构和自动化系统的控制方式密切相关。 2 1 变电站自动化系统结构模式 2 1 1 集中式变电站自动化系统模式 集中式结构的综合自动化系统，指采用不同档次的计算机，扩展其外围接口电路，集中采集变 电站的模拟量，开关量和数字量等信息，集中进行计算与处理，分别完成微机监控。微机保护和一 些自动控制等功能p j 。集中式结构也并非指由一台计算机完成保护，监控等全部功能。多数集中式 结构的微机保护，微机监控和与调度等通信的功能也是由不同的微型计算机完成的。例如，监控机 要负担数据采集，数据处理，开关操作，人机联系等多项任务；担任微机保护的计算机，可能一台 微机要负责几回低压线路的保护等。这种结构形式主要出现在变电站综合自动化系统问世的初期， 如图2 - 1 所示。 主 变 压 罂 t a t v 打印机l | c r t 显示器j 键盘，鼠标 当地监控计算机k 叫m o d e m 微机保护装置 输 电 线 路 t a t v 输入接口 电 容 器 组 t a t v 扶 设 备 状 态 量 输出 接口 保 护 动 作 信 号 输 出 调度控制l 中心 模 拟 量 输 入 输入接口 开 关 状 态 量 输 入 脉 冲 量 输 入 图2 - 1 集中式变电站综合自动化系统结构图 这种结构形式是按变电站的规模配置相应容量的集中式微机保护装景和监控主机及数据采集系 统，它们安装在变电站主控室内。集中式结构组态不灵活，对不同主接线或规模不同的变电站，软、 硬件都必须另行设计，工作量大，因此影响了批量生产，不利于推广 2 1 2 分层分布式变电站自动化系统模式 随微机技术和通信技术的发展，特别是2 0 世纪8 0 年代后期单片机的性能价格比越来越苎：绰 变电站综合自动化系统的研究和开发注入新的活力，使研制者有条件将微机保护单元和数据采集单 籼加工监控动作信号输出 第2 章变电站自动化系统的防误体系 元按一次回路进行设计。所谓分布式结构，是在结构上采用主从c p u 协同工作方式，各功能模块( 通 常是各个从c p u ) 之间采用网络技术或串行方式实现数据通信。多c p u 系统提高了处理并行多发事 件的能力，解决了集中式结构中独立c p u 计算的瓶颈问题。所谓分层式结构，是从逻辑上将变电站 自动化系统分为2 层，即变电站层，间隔层，也可以分为三层，即变电站层、通信层和间隔层吼 图2 2 为分层分布式系统集中组屏的变电站综合自动化系统 层 图2 - 2 分层分布式系统集中组屏的变电站综合自动化系统结构 由于分层分布式结构配置，在功能上采用可以下放的尽量下放的原则，凡是可以在本间隔就地 完成的功能，绝不依赖通信网。这样系统结构与集中式比较，明显优点是：可靠性高，任一部分有 故障时，只影响局部：可扩展性和灵活性高：站内= 次电缆大大简化，节约投资也简化维护量。具 有和调度( 控制) 中心通信功能，可将综合自动化系统采集的信息直接传送给调度中心不需要设 置独立的r t u 装置为调度中心单独采集信息，同时也可接受调度中心下达的控制操作命令。 2 1 3 分散分布式与集中式相结合的综合自动化系统模式 分散分布式与集中式相结合的综合自动化系统是目前国内外最为流行，受到广大用户欢迎的一 种综合自动化系统【6 l 。它是采用“面向对象”即面向电气间隔( 如一条出线，一台变压器，一组电 容器等) 的方法进行设计的。对于中低压部分( i1 0 k v 以下) ，这些间隔单元可以把数据采集，监控 单元和保护单元做在一起，构成保护测控综合单元，直接安装在开关柜等一次设备的面板之上；对 于高压和超高压的电气间隔，把保护与测控分开配置，使二者具有物理的独立性，并且安装在相应 电压等级的一次设备附近的小室内，这样可避免高压和超高压保护受到干扰，影响其可靠性。图2 - 3 是一种典型的分散分布式与集中式相结合的综合自动化系统。 东南大学硕士学位论文 厂而l 工j + 度+ i 嚣l厂而一i 工程师站j + “+ l 菇釜l t 层l 纠罄川| i 磊li 志ii h 自n 工作站ll 工作站jj jlilill ll hu 间隔层 t 厂 络网络兀 点如il di 高博if ；i 旨旨 一1 二 釜竺_ f 一 il 1 1 0 2 2 0 k vt f 一一 图2 - 3 分散分布式与集中式相结合的综合自动化系统 2 1 4 集控站自动化系统模式 电力部于1 9 9 6 年颁布关于建立集控站的文件，建议在电网调度的层次之下建立多个集控站， 以保证电网及无人值班变电站的有效运行1 7 1 。从目前的趋势看，无人值班变电站的迅猛发展将会使 集控站成为电网运行管理系统一个非常重要的组成部分，目前集控站分为分级管理模式和集中管理 模式两种。 分级管理模式如图2 - 4 所示。在上行信息中，变电站向集控站传送全部监控信息，集控站则向调 度端系统转发其所需信息。在下行信息中，调度员向集控站发电话命令，而由集控站对变电站进行遥 控和遥调操作。调度主站端作为整个系统核心，与主要一次变电站和集控站直接通信。集控站作为 若干二次变电站信息汇集点与二次变电站直接通信。这样，系统中各个部分的功能和职责非常明确， 集控站处理区域电网运行参数和相关变电站全部信息，能够监视绝大部分有人值班所能反映的信息。 集控站所辖变电站的通道改道至各集控站所在地，调度中心和集控站之间的数据共享通过与信 息转发类似的方式实现。在此模式中，集控站作为独立系统具有数据采集、实时数据库、历史数据 库和操作工作站，其特点是：各级自动化系统的局域网上信息流量适中，信息类型比较规范，系统各 个部分的功能和职责非常明确，系统可靠性高。 集中控制模式是在调度自动化系统的局域网上加装集控站工作站。如图2 - 5 所示，变电塑粤士 雾籍嚣黪勰案羹予盏黯冕馨旒麓宴锉星群嚣箍髅漕髅萘纛嚣 嚣翥譬嘉薯嚣奚奋惫鬻霰釜寝臀冀毽舞蠢簇罱霁墨戮篓箨? 。霎菱曩筹磊麓? 迄 釜鬻嚣塑f 了裂望蠢鲁翕花豢囊含拿篓呈翥嚣孟箍粱罢囊譬器嘉震芋譬誊筝桑藿譬蓄豸茏粱菱鸶函爱种情况，集控站自动化系统由于配置精简而使本方案造价稍低，但由于集弪跖目明侣系玑与啊腹 第2 章变电站自动化系统的防误体系 自动化系统通过网络连接，共用历史服务器和实时库服务器，而集控站需要的变电站本体信息非常 庞大，导致网络非常拥挤，并且由于信息类型的多样性，使系统处理更加复杂，系统的可靠性降低， 不能有效地保证集控站自动化系统和调度自动化系统稳定运行。其特点是自动化系统的局域网上信 息流量较大，信息类型比较繁杂，系统中各个部分的功能和职责不够明确。系统可靠性有所下降。 图2 - 5 集中管理模式 2 2 变电站自动化系统的控制方式 2 2 1 变电站自动化系统的常规控制方式 手动完成变电站电气倒闸等操作是通过控制屏k k 把手控制，变电站自动化系统的控制操作方 式是多级多点控制。变电站自动化系统的常规控制操作方式分为远方遥控，站控，就地操作( 后备 操作) 3 种方式。 1 ) 远方遥控操作：由调度人员在调度端或集控站发出控制命令。 2 )站控操作：运行人员在变电站层监控主机发出操作命令，通过交互式对话过程，选择操作对象、 操作性质，完成对某一操作过程的全部要求。 3 )后备操作：作为后备控制方式，当监控系统故障或网络故障时，可以在间隔层的测控单元的小 开关手动控制或通过测控单元装置上的键盘进行就地控制。 上述3 种操作方式通过软件或使能开关可相互切换，当切换到后备操作方式时，站控命令以及 遥控命令不被执行；当切换到站控操作方式时，后备操作不产生任何作用，计算机对一台设备同一 时刻只能执行一条控制命令，当同时收到一条以上命令时，应该拒绝执行，并给出报错信息。每个 被控对象只允许一种方式进行控制。 2 2 2 变电站自动化系统的程序化操作控制方式 近几年，随着电力行业在设备及生产技术上的不断发展，变电站自动化系统己达到较高的水平， 很多变电站已经具备无人值班的条件【s 9 1 。但对于电气操作来说，仍需要派操作人员到现场进行操作。 没有完全发挥出无人值守变电站的优势。并且，操作人员在手工操作的过程中，可能发生误操作， 造成重人事故。随着无人值守站模式的发展，变电站数量急剧增长，操作人员需要熟悉众多的变电 站结构。程序化操作在发电厂热工控制系统中已得到了广泛应用，并取得了很好的效果”“j 。变电 站间隔层测控装置已具有较丰富的软硬件资源，为变电站间隔层设备与站控层设备配合实现程序化 操作提供了保证。 根据目前变电站自动化系统结构及技术水平。程序化操作实现的模式主要有两种”q ：一种是以 远方主站或变电站本地监控主机为操作主体，根据变电站的典型电气操作编制相对应的顺控操作票 库，当需要完成某一电气操作时，运行人员在主机上发出操作命令，计算机根据预定的顺控操作序 列，向相关的保护测控设备发送控f 6 4 命令，单步执行。并逐步检查执行结果，确定下一步的动作； 第二种是以每一间隔的测控装置为操作主体，在装置中储存与本间隔相关的程序化操作桨，由远方 主站，本地监控主机向测控装置发送遥控操作命令启动测控装置执行捍序化操作。 表2 1 为两种操作模式在可靠性等方面的对比。变电站中的电气操作可分为两种：一是间隔内 的电气操作，如线路的状态转换，变电站中绝大多数操作属于间隔内操作：二是跨间隔的电气操作， 其操作过程涉及多个间隔的操作。模式2 中，测控装置作为操作主体，可很好的完成间隔内操作， 但只依靠测控装置完成跨间隔的程序化操作十分困难 7 东南大学硕士学位论文 表2 - l 两种操作模式的对比 模式1模式2 操作主体远方主站本地监控土机间隔层测控装置 操作响应的时效性主机逐步发送控制命令到测控，时效性装置内按预定操作票完成操 不高且增加了主机的负担作，时效性较高 操作的可靠性 一次开关设各位置信息需经多级信息一次开关设备位置判定在装 传输，可靠性降低置内实现，可靠性高 软硬件要求主机软硬件资源丰富，可较容易实现要求测控装置有较强的可编 程能力 对远动规约的要求需要向远方主站上传实时操作报告等 远方主站通过常规远动规约 相关信息。需要对协议进行修改的控制命令就可以启动测控 装置完成程序化操作 对于跨间隔的程序化操作，模式2 中可设置程序化操作服务器。将跨间隔组合操作票储存在程 序化操作服务器中，与测控装置协作共同完成跨间隔的程序化操作。程序化操作服务器只是逻辑上 的概念，可以设置独立存在的服务器，也可将它的功能由远动机或监控主机来实现。 程序化操作的命令可以由变电站运行人员在监控后台发出，也可以由远方主站运行人员发出 图2 6 程序化操作执行流程图 如图2 - 6 所示，远方主站的运行人员将程序化操作命令发送到远动机，如果是间隔内操作，远 动机直接将程序化操作命令下发到测控装置内由测控装置按照存储的操作票完成操作；如果是跨 间隔的操作，远动机就将程序化操作命令转发到程序化操作服务器，由服务器根据操作票将操作步 骤分解，将操作命令发送给相关测控设备，并由服务器确保相关操作按顺序执行。 变电站运行人员选择间隔内程序化操作时，由监控后台直接将操作命令发送到相关测控装置执 行。当选择跨间隔程序化操作时，监控后台将操作命令发送到程序化操作服务器，由服务器根据操 作票将操作步骤分解，将操作命令发送给相关测控设备，并由服务器确保相关操作按顺序执行。 对于跨间隔程序化操作，会涉及到对保护装置的操作，如2 2 0 k v 变电站当线路运行方式或母线 运行方式发生变化时，需要对一些保护的定值和功能投退进行操作，保护应具备接受远方定值切换 功能，并提供软压板实现远方投退功能。 2 3 变电站综合自动化系统中的分层防误闭锁体系 对于分层分布式自动化系统，变电站自动化系统可实现多级多地点控制，其操作闭锁方式也应 为分层分级式闭锁，与操作方式相适应。变电站自动化系统防误闭锁的实现就是基于不同的层面进 行的，不同的层面因其自身的特性和完成的功能不同，因此，在不同的层面实现防误闭锁有不同的 方法和策略。 8 第2 章变电站自动化系统的防误体系 2 3 1 站控层防误闭锁 基于五防机的防误闭锁系统在变电站自动化系统中位于站控层。早期单一功能的微机五防系统 基于变电站有人值班，系统比较简单，仅仅对手动操作实现了防误闭锁。例如要对某一断路器进行 分合闸操作，在相应的操作开关k k 处加装一只电气编码锁，即在如图2 7 所示的分合闸同路中串 入编码锁接点，只有在操作状态下才由五防系统经过一定的操作规则来解锁，其它时间处于闭锁状 态；对于隔离开关、地刀和网门等使用机械编码锁实现。微机五防系统根据运行部门提供的操控原 则或典型操作票进行相应的模拟预演和实际操作。 旺o - ? 嘲 o + 至分闸回路 图2 7 分合闸回路 早期的五防系统由于处于起步阶段，设计比较简单，闭锁逻辑大致与电气联锁相当，基本上停 留在“钥匙+ 锁”的原始模式，不能形成整体解决方案f 1 3 1 。部分产品还存在一些设计缺陷，其普遍 表现为： 1 ) 监视设备的状态量取自模拟屏，客观上模拟屏显示的设备状态真实性不够，即所谓“虚遥信”， 而非实时信息；另外，防误闭锁装置运行正常与否不可监控，比如某个电编码锁可能冈日晒雨 淋损坏，某个隔离开关辅助接点已处于不正常状态：防误闭锁装置及其配套元件的损坏或不正 常给正常电气操作带来了不必要的障碍，造成操作时间延长。 2 ) 系统存在“走空程”问题。现场用电脑钥匙解锁过程中经常会发生锁没有打开，而电脑钥匙的 程序却已经走到了下一步的情况。此时只能靠强制解锁；这样实质上“五防”已经形同虚设， 根本起不到其应有的作用。 3 )五防功能以操作逻辑为核心，对于无票操作和误碰( 主要是检修人员) 则有可能防不住。 随着变电站自动化系统的推f “应用，无人值珊或少人值守的变电站大量出现。由于微机五防技 术的逐步成熟，利用当地监控和微机五防两套系统通讯的方法，可以解决在实施变电站自动化系统 过程中出现的问题并可以对监控后台发出的遥控命令进行防误闭锁。 当地所有的控制操作的命令都从后台系统发出，站控层独立五防机在控制操作的开始进行闭锁 逻辑规则的判断，保证控制操作命令的正确性。站控层独立五防机是根据“五防”的原则设计，实 时与监控系统通讯，监测现场设备的状态，根据设备状态和电力系统对倒闸操作的防误闭锁要求， 按照其防误闭锁规则进行判断，由操作票专家系统生成倒闸操作票，然后将操作票传送到电脑钥匙； 操作员将传输有止确操作票的电脑钥匙拿到现场对断路器、隔离开关、接地刀闸等进行倒闸操作。 对于遥控操作，五防机除按州锁逻辑实行软闭锁外，还增加了综合防误闭锁环节确保遥控操作 的正确的实旎。遥控操作前先在微机五防系统进行模拟预演操作，模拟