电力系统拓扑五防的设计与实现

电力系统拓扑五防的设计与实现

0基于em的控制电路“五个防御”是防止电气系统操作错误的可靠保证。通常的“五防”是指防止电力系统倒闸操作中经常发生的五种误操作事故,即误分合开关、带负荷拉合隔离开关、带地刀合隔离开关、带电合地刀(挂接地线)以及误入带电间隔。目前微机五防装置在变电站中应用广泛,在电网的安全运行中发挥了重要的作用。随着计算机技术和通信技术的发展,电力系统调度自动化水平日益提高。作为能量管理系统(EMS)中数据采集和监视(SCADA)的基本功能之一,许多EMS系统都具备远程遥控功能。为了确保遥控操作的安全性和正确性,需要在进行遥控操作时进行“五防”校验。目前的变电站微机五防是通过维护人员直接定义设备间的操作闭锁关系来实现。同变电站的微机五防不同,EMS中不仅设备数量庞大,而且设备变动性也相对频繁,因此不可能采用人工定义的方式,需要采取新的“五防”判断方式。变电站微机五防的另一个缺点是只能实现本站设备之间的操作闭锁,无法实现和对端站设备间的操作闭锁,而这在线路检修时尤其重要。本文在EMS中引入了系统拓扑五防,将电网拓扑和“五防”规则结合起来实现设备间的操作闭锁。它不依赖于人工定义。具有良好的通用性和免维护性。同时可以实现全网设备间的操作闭锁。1该系统的五个防御工程理念1.1主要电气岛类型所谓系统拓扑五防,主要是根据电气岛状态电气设备间的拓扑关系来实现设备操作的五防闭锁。它提取了根据“五防”要求的设备之间操作闭锁的基本规则,通过拓扑搜索找出相互操作闭锁的设备,不依赖于人工定义,自动适应电气设备和电网拓扑结构的变化。电气岛:电网中连通的电气设备所组成的集合。接地岛:电气岛中如果有接地隔离开关处于合位或者电气岛中的某些设备设置了接地标示牌,则该电气岛定义为接地岛。活岛:如果电气岛中存在发电机或等值电源等设备,称该电气岛为活岛。逻辑母线:逻辑母线指通过零个或多个闭合开关和隔离开关相连的若干节点,最终表示了非开断设备之间的连接关系,在可以和物理母线明显区别的前提下,逻辑母线常简称为母线。连通支路:电气设备的一端节点和另一端节点有路径连通,这条路径称为连通支路。1.2系统崩溃的基本规则1.2.1防止误分合开关电力系统中的电气操作主要是开关、隔离开关和接地刀闸的操作,因此“五防”也是针对这几种设备操作而言。由于开关是具有灭弧能力的开断设备,因此“五防”中针对开关的主要是防止误分合开关,下面以图1为例总结出开关的拓扑五防规则。如果开关断开后,开关两端节点没有其他的连通支路,则提示用户,以免误分合开关。图1中,操作任务为2030代2243,如果旁路间隔没有投入,22434没有合上,则2243断开后,其两端节点将没有其他连通支路,将会导致线路失电,因此提示用户以免误分合2243。同样,当2243恢复运行时,如果2243间隔没有投运就断开2230开关,则2230两端节点将没有其他连通支路,此时也会导致线路失电,因此同样会提示用户以免误分合2230。1.2.2防止带地刀合隔离开关相对于开关的“五防”,隔离开关的“五防”比较复杂,有防止带地刀合隔离开关、防止带负荷拉合隔离开关两项。下面以图1和图2为例总结出隔离开关的拓扑五防规则:(1)如果隔离开关任一端节点属于接地岛,则不允许合操作。以免带接地合隔离开关。图1中,2243检修,2243C0和2243B0合上,2243两端节点都属于接地岛,同样,22431、22432、22433的一端节点也属于接地岛。当2243检修完毕,在2243C0和2243B0没有拉开的情况下将禁止合上22433、22431或22432,避免带接地合隔离开关。如果2243C0拉开,尽管22431、22432两端节点都不属于接地岛,但由于开关不是明显的断开点,因此需要假定开关合上,重新进行电网拓扑和电气岛分析,此时22431、22432两端节点仍属于接地岛,也禁止合上22431或22432。防止带地刀合隔离开关是系统拓扑五防的最大特点之一。(2)如果隔离开关直接相连的任一开关在合位则不允许隔离开关操作;如果隔离开关没有直接相连的开关,则深度搜索其间接相连的开关,如果任一开关在合位也不允许操作隔离开关,以免带负荷拉合隔离开关。注意,搜索边界是开关,即搜索到隔离开关最近相连的开关即停止。图1中22431、22432和22433直接连接的开关是2243,如果2243开关在合位,则禁止分合操作。图2(a)中,1011直接连接的开关为101,只要101在分位即可进行操作。而对于1111、1214和1224,它们没有直接连接的开关,因此搜索其间接连接的开关为101、102以及对端厂站的开关。任一开关在合位,将禁止1111、1214和1224的分合操作。图2(b)中,变压器高压侧1034刀闸没有直接连接开关,因此搜索其间接连接的开关为503和对端厂站的开关。任一开关在合位,将禁止1034分合操作。1.2.3端节点为活岛通过系统拓扑分析,将电网分解为活岛和接地岛。如果接地刀闸的一端节点为活岛则禁止接地刀闸的合操作,以免带电合接地刀闸。以图1为例。如果2243间隔在投运状态,则2243C0和2243B0的节点属于活岛,此时禁止2243C0和2243B0合操作。2局部拓扑搜索系统拓扑五防的关键在于拓扑的实时性和正确性。根据拓扑的范围一般将其分为全局拓扑和局部拓扑。当系统拓扑五防进程启动时或1个系统中多个开断设备状态发生变化时采用全局拓扑。当网络中只有少数开断设备状态发生变化时可以采用局部拓扑。同全局拓扑相比,局部拓扑只分析状态变化的开断设备对拓扑结果的影响,因而可以大大提高拓扑的速度,降低系统的CPU占用率。局部拓扑的关键是分析开断设备两端节点电气岛号的变化。由于接地刀闸只有1个节点,因此接地刀闸操作时并不需要进行重新拓扑,只要根据接地刀闸状态重新设定接地岛即可。图3以隔离开关变位为例介绍局部拓扑搜索流程。开关变位的局部拓扑同隔离开关一样。3接地岛状态的调整在EMS中,调度人员经常在图形上设置接地标示牌,代替实际中的接地线,以做警示。接地线的作用和接地刀闸相同,因此在系统拓扑五防中要考虑接地标示牌的影响。本文将接地标示牌转换成虚拟接地隔离开关进行处理。如图4所示,当调度人员在开关上设置接地标示牌时,系统将增加一个虚拟接地刀闸。该接地刀闸的节点号等于开关的任一端节点号,然后修改该节点的电气岛状态为接地岛。当调度人员在画面上删除该接地标志牌时,系统将删掉该虚拟接地刀闸,并重新修改各电气岛的状态。在这个过程中,并不需要进行重新进行拓扑分析。在这里有点需要注意的是,隔离开关在电气设备中是明显的断开点,接地牌设置在隔离开关的各侧节点上对电气岛状态的影响是不同的。但是目前的EMS只支持在设备上挂牌,不支持在设备节点上挂牌,因此一般情况下不要在隔离开关上挂牌。解决办法是和隔离开关相连的设备上挂牌。4防校验和系统拓扑五防EMS是一个复杂而庞大的系统,实时信息的正确性和完整性至关重要。在进行拓扑五防校验时,系统默认是基于全网拓扑进行校验,这时设备的操作不仅和本站设备之间有操作闭锁关系,还和其他厂站的设备有操作闭锁关系。但在系统实时信息不完整时,可能会导致错误的校验结果。本文在系统拓扑五防的基础上提出了本站拓扑五防的概念,同系统拓扑五防基于全网拓扑进行五防校验不同,本站拓扑五防仅仅对本站设备进行拓扑分析,基于本站的电气岛状态和设备连接关系进行五防校验。本站拓扑五防采用的五防规则和系统拓扑五防相同,不同点在于拓扑分析的搜索边界。在电力系统中,站与站之间是通过线路进行连通的,因此本站拓扑五防的搜索边界是线路,即搜索到线路即停止,这样站和站设备之间将没有连通关系也没有操作闭锁关系。5确保了操作的安全性调度自动化水平的提高使得EMS中遥控功能得到了越来越广泛的应用。为了保证遥控操作的安全性,本文在EMS中引入了系统拓扑五防,对每一步的遥控操作进行五防校验,从而保证了