一种多接地刀闸状态的输电线合闸站间闭塞系统

一种多接地刀闸状态的输电线合闸站间闭塞系统

0带地刀合闸的危害性误站操作事故是电气系统频繁发生的事故之一，它可能会造成重大事故，如设备损坏、大面积停工和人身伤害。电气误操作中对电力系统危害最大的是以下5种恶性误操作:带负荷分、合隔离开关;带电挂(合)接地线(接地开关);带接地线(开关)合断路器(隔离开关);误分、合断路器;误入带电间隔。采用防止电气误操作装置和相关技术措施实现防止以上5种恶性误操作,通常被简称为“五防”。而其中带地刀合闸的恶性误操作事故仍在不断发生,尤其是相邻变电站间带地刀合闸的恶性误操作事故已成为电力系统的痼疾,各电网公司系统内几乎每年都有发生。现有变电站微机五防装置仅利用变电站站内装置的信息,不能识别站外装置和输电线对端接地刀闸的状态,对变电站间的误操作事故不能起到有效防范。为防止此类事故的发生,国内曾提出采集所有刀闸接点信息送往调度中心,在调度中心进行“软闭锁”的技术措施,但这不能起到强制闭锁的作用,现场仍有发生带地刀合闸的可能。近年来,电网建设快速发展,安全生产压力加大,研究新的智能化技术保障手段十分必要。完整的防止误操作措施应能够弥补微机五防的缺陷,因此,研究实施新的防误措施,解决站间带地刀合闸的闭锁问题具有现实意义。1系统的目标和原则1.1控制电路监控系统基于目前电网安全运行要求和供电公司运行现状,输电线合闸操作站间闭锁系统的设计目标如下。1)能够弥补目前微机五防系统针对带地刀合闸误操作的缺陷。2)开发站间闭锁控制装置(下文简称闭锁装置),接收输电线路本端和对端的接地刀闸状态信息,输出闭锁或解锁信号。3)建立基于通用分组无线业务(GPRS)和RS-232的通信模式,实现装置与后台数据服务器的数据交换,保证数据的准确性和可靠性。4)开发输电线合闸操作站间闭锁系统软件,实现闭锁装置相关参数设定和实时监视所有相关接地刀闸状态。1.2在线对端接地刀闸目前变电站内的微机五防系统已经可以有效防范站内带电合地刀的误操作发生,但是对于跨站的带电合地刀误操作还无能为力。带地线、地刀合闸恶性事故仍时有发生,其原因在于,微机五防系统只能利用变电站本站内的设备状态信息进行操作过程监控,而不能接收相邻变电站的信息。因此,系统的核心是建立识别变电站间接地刀闸是否与电气设备断开的技术手段,并将相关信息远程传输到数据控制终端并转发到线路对端,从而达到不依赖人工干预即可实现该输电线两侧或多侧接地刀闸未拉开时对输电线合闸回路的智能化闭锁,从而避免出现带地刀合闸的恶性误操作事故。系统主要实现实时在线对输电线路两端或多端的接地刀闸的状态识别、位置信号采集、传输及处理、警示信号显示、解/闭锁信号输出控制以及后台软件管理等功能。线路接地刀闸编码管理和状态识别主要是对接地刀闸状态的实时监控。每个接地刀闸编号唯一,都有与之对应的相关接地刀闸,两者组成防误对,在解锁和闭锁、上传信息、远程控制等工作环节采用唯一编码识别接地刀闸组;接地刀闸和断路器闭锁控制回路状态等数据通过数据传输网络实时传递到后台管理系统;当断路器操作时,系统自动判别与该线路相关的对端接地刀闸状态,若对端刀闸已拉开,则开放合闸回路,若对端接地刀闸未拉开,则强制闭锁断路器操作回路。设置一专用服务器,用于对各功能组件进行在线管理。2数据传输系统输电线合闸操作站间闭锁系统由系统前端(现场端)、数据传输系统和系统主站(服务器端)构成。现场端由自主开发的闭锁装置及其相关软件组成,服务器由工业PC实现,安装在集控站或调度端。系统结构如图1所示。2.1站间锁控制装置设计闭锁装置是一个综合数据采集和传输及生成闭锁信号的智能单元。其主要功能是采集接地刀闸的位置信号、编码后发送给指定线路对端的智能单元,同时接收对端智能单元发来的对端接地刀闸的位置信息,进行综合处理后确定是否输出闭锁信号给本侧断路器合闸回路。闭锁装置同时具备3种通信接口:RS-232串行通信接口;GPRS网络接口;备用短信通信接口。对于任意一条双端输电线路,需设置2个闭锁装置,分别安装于输电线路两端;对于T接或多端输电线路,则在输电线路的每一端装设1套闭锁装置,仍通过数据传输系统进行相互数据交换。站间闭锁控制装置结构如图2所示。闭锁装置具有以下功能。1)通过接地刀闸上的辅助触点采集本侧接地刀闸状态信号,并把数据送到后台数据服务器或线路其他侧的伙伴闭锁装置。2)接收到输电线路对端的接地刀闸状态信息后,根据对端接地刀闸状态信息再结合本端继电器位置信息输出闭锁或解锁信号到微机五防系统。3)对通信网络进行实时检测,当发现网络异常,无法连接服务器时,使用短信方式将异常信息发送到管理中心。4)提供了多种通信接口,可根据实际系统情况灵活选择。为提高可靠性,可同时选用有线和无线2种传输方式。2.2支护方案一:采用离线方式输电线路检修时,为保障安全必须将线路两侧的接地刀闸合上;而在检修结束重新恢复送电之前则必须将接地刀闸拉开。接地刀闸在由接地转换为拉开时,是一种计划复电,不是紧急状态下的快速复电,因此一定的信号传输延时是容许的。闭锁装置3种通信接口中,有线方式速度最快、可靠性最高;GPRS方式具有一定的通信延时(秒级),能满足实时性要求;短信方式则具有一定的不确定性,延时有时可能达到数分钟,因此仅作为备用。采用有线方式时,需要线路两端都有与集控中心或调度端相连的通道,现场需要铺设通信电缆,而采用GPRS方式时,则无需任何电缆,也不占用有线通道资源,现场安装方便快捷,适合在已运行变电站内使用。本文工程试验中优先研究采用GPRS方式实现闭锁装置的信号传输。数据传输系统由GPRS无线网络、数据服务器、客户端计算机组成。系统组网方案如图3所示。当出现无线网络故障时,数据传输系统还采用了闭锁装置间利用短信通信方式直接进行数据交换的临时备用通信,保证了数据传输的可靠性。本系统在数据传输及处理上,确立了可靠的多端数据传输协议、数字滤波抗干扰算法、接地刀闸状态信号和断路器闭锁信号输入/输出回路的自检及异常识别算法,包括:①通信协议按问答方式编写,连续3次结果相同予以确认;②开关量状态信号定时发/收与开关量变位信号实时发/收相结合;③开关量信息2min发送不成功重启GPRS;④3次发送不成功则报警;⑤开关量变位信息发出后5min没有收到回应重新再发,并通过短信方式直接发送给对端装置;⑥回复信息与发出开关量不一致时重新发送当前开关状态。2.3线路监控管理服务系统服务器端主要由数据服务器和客户端计算机组成。服务器与全部闭锁装置及客户端计算机相连,具有以下功能。1)创建系统所需的数据库,在运行过程中对数据库进行管理维护。2)接收线路各侧闭锁装置的接地刀闸状态信息,并将信息转发到各自对应的站间闭锁装置。3)存储各闭锁装置的当前和历史信息。4)检测数据传输通道异常,提示管理人员进行维修。系统服务器管理所有站间闭锁控制装置的地址、信号传送目的端等信息。通常,系统服务器的边界按电网公司的管理边界划分。当某条输电线路跨越2个管理区时,这2个区域的服务器需要进行信息交换来传递线路的接地刀闸信息。客户端计算机则提供人机接口用于显示和参数设置、报警输出、打印报表等。2.4合闸控制回路闭锁装置接收到的输电线路对端接地刀闸状态信息为闭合时,在本端闭锁装置上给出闭锁灯光信号的同时,利用继电器接点输出闭锁信号,该闭锁接点直接由微机五防系统采集用于断路器合闸控制回路的合闸条件判断,起到防止误操作的作用。闭锁装置与微机五防系统的逻辑关系如图4所示。3控制系统软件设计基于GPRS数据库服务器平台开发了站间闭锁系统软件,实现了对站间闭锁装置的管理。系统软件主要包括控制端软件和闭锁装置端软件2个部分。软件结构和闭锁装置工作流程分别如图5和图6所示。4系统整体安装为了验证本文所述功能,选择在云南电网公司某供电局所辖范围内的马海Ⅰ回和马海Ⅱ回2条110kV输电线路上装设了站间闭锁装置。服务器装设在供电局运行检修部门。系统安装示意图如图7所示。装置运行1年多的实践表明,装置设计合理、运行可靠,