一種新型的變電站在線式五防系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

介紹了一種基于GOOSE技術(shù)的新型變電站在線式五防系統(tǒng)。分析了傳統(tǒng)微機(jī)五防所存在的缺點(diǎn)，介紹了GOOSE技術(shù)的基本情況，并對(duì)變電站在線式五防系統(tǒng)進(jìn)行了全面概述。詳細(xì)分析了該系統(tǒng)具體各模塊的實(shí)現(xiàn)方式，包括監(jiān)控后臺(tái)、測(cè)控屏柜、智能操作箱及鎖具的實(shí)現(xiàn)，針對(duì)該系統(tǒng)在運(yùn)行當(dāng)中可能出現(xiàn)的各種異常情況提出了處理建議。闡述該在線式五防系統(tǒng)如何設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，能方便地解決傳統(tǒng)微機(jī)五防的缺點(diǎn)，在今后變電站的五防系統(tǒng)建設(shè)中具有良好的應(yīng)用前景。

引言

近年來(lái)，計(jì)算機(jī)技術(shù)在電力系統(tǒng)的普及應(yīng)用，使電力系統(tǒng)自動(dòng)化技術(shù)水平有了極大地發(fā)展。目前在電力系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛的是監(jiān)控系統(tǒng)與五防系統(tǒng)分別獨(dú)立運(yùn)行模式的傳統(tǒng)微機(jī)防誤閉鎖系統(tǒng)。微機(jī)防誤閉鎖系統(tǒng)主要由三個(gè)部分組成，即防誤主機(jī)(或五防模擬屏)、電腦鑰匙及現(xiàn)場(chǎng)鎖具。其特點(diǎn)是防誤主機(jī)(或五防模擬屏)，將模擬預(yù)演后的正確操作步驟傳輸?shù)诫娔X鑰匙，其后的操作以電腦鑰匙為主，來(lái)完成閉鎖鎖具的解鎖工作。

但是微機(jī)防誤閉鎖系統(tǒng)也有難以克服的缺占：

1)微機(jī)防誤閉鎖系統(tǒng)基本上都是離線式系統(tǒng)，防誤主機(jī)不能實(shí)時(shí)獲得操作的執(zhí)行情況，只有在電腦鑰匙回傳后，才可以獲得相關(guān)的操作信息。閉鎖邏輯只能在事前判斷，不能反映現(xiàn)場(chǎng)變化的情況。

2)微機(jī)防誤閉鎖系統(tǒng)的鎖具及其附件類型繁多，裝設(shè)復(fù)雜，容易出現(xiàn)可靠性問(wèn)題，增加了維護(hù)和運(yùn)行的負(fù)擔(dān)。

3)五防主機(jī)與電腦鑰匙的通訊是影響系統(tǒng)可靠性的重要因素。

隨著IEC61850標(biāo)準(zhǔn)在變電站的逐步應(yīng)用和推廣，特別是GOOSE(面向?qū)ο蟮耐ㄓ米冸娬臼录?技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，使得在變電站方便實(shí)現(xiàn)在線式的五防功能成為可能。本文介紹了一種一體化的在線式五防閉鎖系統(tǒng)，能有效消除以上獨(dú)立微機(jī)防誤閉鎖系統(tǒng)的缺點(diǎn)，并提出了全站的詳細(xì)設(shè)計(jì)方案，預(yù)備在廣東茂名某數(shù)字化變電站試點(diǎn)運(yùn)行。

1.GOOSE技術(shù)

GOOSE(面向?qū)ο蟮耐ㄓ米冸娬臼录?技術(shù)是IEC61850標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用的主要部分l，以高速P2P通信為基礎(chǔ)，為整個(gè)變電站IEC61850邏輯節(jié)點(diǎn)間的通信提供了快速而高效可靠的方法。

G0oSE通訊的快速實(shí)時(shí)性一方面得益于其傳輸服務(wù)直接映射到底層數(shù)據(jù)鏈路層和物理層，而不經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層，加速簡(jiǎn)化了報(bào)文的封裝、解碼等過(guò)程;另一方面還采用了較先進(jìn)的交換式以太網(wǎng)技術(shù)，使用了正優(yōu)先級(jí)標(biāo)志虛擬，從而保證了報(bào)文傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性。其次，其消息報(bào)文中還包含了數(shù)據(jù)有效性檢查和消息的丟失、檢查、重發(fā)機(jī)制所需各種信息，以保證接收側(cè)能夠收到消息并驗(yàn)證執(zhí)行與其的操作。目前已經(jīng)有變電站實(shí)施了基于GOOSE的控制聯(lián)閉鎖的應(yīng)用。利用 GOOSE的這種實(shí)時(shí)性和可靠性，可以將狀態(tài)量(開(kāi)關(guān)、刀閘位置及操作開(kāi)放允許信號(hào))迅速可靠地在智能操作箱、測(cè)控單元、五防后臺(tái)之間進(jìn)行傳送。這也是變電站實(shí)現(xiàn)在線式五防的基礎(chǔ)。

2.在線式五防系統(tǒng)的概述

在線式五防系統(tǒng)是將后臺(tái)五防與測(cè)控裝置及智能操作箱通過(guò)GOOSE 信號(hào)緊密聯(lián)系在一起，來(lái)實(shí)現(xiàn)變電站的五防操作的系統(tǒng)。如圖1所示。后臺(tái)通過(guò)測(cè)控信號(hào)反饋實(shí)現(xiàn)全站的邏輯閉鎖以及順序票的執(zhí)行，測(cè)控裝置實(shí)現(xiàn)本間隔的五防邏輯閉鎖。在線式五防系統(tǒng)就是將兩者信號(hào)進(jìn)行交互，合并后可實(shí)現(xiàn)在線式的實(shí)時(shí)五防閉鎖：

1)在線式一體五防操作閉鎖系統(tǒng)，通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)獲取實(shí)時(shí)的操作狀態(tài)，對(duì)于非電動(dòng)開(kāi)關(guān)通過(guò)配置帶有返回觸點(diǎn)的鎖具減少電腦回傳的次數(shù)，每一步五防操作的順序執(zhí)行以及操作票的進(jìn)行，通過(guò)獲取操作狀態(tài)信息來(lái)進(jìn)行，從而實(shí)現(xiàn)在線式的實(shí)時(shí)的五防系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)操作票的順序閉鎖。

2)通過(guò)測(cè)控裝置之間的GOOSE 的閉鎖邏輯來(lái)實(shí)現(xiàn)間隔層的連鎖，并由測(cè)控裝置提供一副閉鎖觸點(diǎn)串入相應(yīng)開(kāi)關(guān)刀閘或鎖具的操作回路中，實(shí)現(xiàn)本間隔的相應(yīng)對(duì)象的測(cè)控五防聯(lián)鎖觸點(diǎn)。

3)調(diào)度遙控需要經(jīng)過(guò)三層五防校驗(yàn)：主要包括對(duì)調(diào)度遙控對(duì)象經(jīng)后臺(tái)五防校驗(yàn)，經(jīng)測(cè)控聯(lián)鎖校驗(yàn)、電氣閉鎖。

4)后臺(tái)的五防系統(tǒng)在經(jīng)過(guò)操作票預(yù)演后，形成五防操作票對(duì)應(yīng)的操作序列，在正常情況下，后臺(tái)系統(tǒng)在操作票序列激活后僅開(kāi)放該操作票中相應(yīng)操作的對(duì)象，同時(shí)閉鎖其他與此操作票有關(guān)以及能對(duì)該操作票產(chǎn)生影響的操作對(duì)象。在此基礎(chǔ)上后臺(tái)對(duì)每個(gè)操作對(duì)象產(chǎn)生兩個(gè)虛擬信號(hào)：1)此對(duì)象操作票序列允許信號(hào)。2)此對(duì)象當(dāng)前后臺(tái)五防邏輯是否滿足信號(hào)。這兩個(gè)信號(hào)通過(guò)GOOSE傳輸給測(cè)控裝置，測(cè)控裝置接收這兩個(gè)信號(hào)，并參與本地的連鎖運(yùn)算，最終通過(guò)運(yùn)算輸出本間隔的測(cè)控五防觸點(diǎn)給操作回路。

就地操作時(shí)，需要經(jīng)過(guò)后臺(tái)操作票序列閉鎖，防止走錯(cuò)間隔，對(duì)不應(yīng)該控制而同時(shí)聯(lián)鎖開(kāi)放的間隔進(jìn)行控制。

3.在線式五防系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方式

3.1后臺(tái)的實(shí)現(xiàn)

后臺(tái)實(shí)行一體化五防即五防系統(tǒng)嵌入后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)當(dāng)中，實(shí)時(shí)從監(jiān)控系統(tǒng)獲取當(dāng)前全站的遙信狀態(tài)。正常情況下任何操作都需要操作票才能進(jìn)行。針對(duì)每一步的操作序列，通過(guò)GOosE將對(duì)應(yīng)操作序列信息點(diǎn)置位。只有當(dāng)相應(yīng)的操作正確動(dòng)作并有觸點(diǎn)返回后，才確認(rèn)該操作完成，將操作序列信息點(diǎn)復(fù)歸并進(jìn)入到下一步操作或操作結(jié)束。

后臺(tái)經(jīng)過(guò)五防開(kāi)票，通過(guò)G00SE將五防聯(lián)鎖的運(yùn)算結(jié)果即每個(gè)操作對(duì)象的操作條件是否滿足發(fā)送給對(duì)應(yīng)的包含該操作對(duì)象的測(cè)控單元。

后臺(tái)的遙控操作在操作之前，必須經(jīng)過(guò)自己的一體五防邏輯判斷是否允許當(dāng)前操作。遙控令到達(dá)測(cè)控裝置后，測(cè)控裝置僅校驗(yàn)測(cè)控裝置本身的間隔測(cè)控聯(lián)鎖虛觸點(diǎn)，而不再校驗(yàn)該操作序列是否允許。

后臺(tái)需具有臨時(shí)解鎖功能，解除后臺(tái)的開(kāi)票，允許后臺(tái)緊急單步操作。

3.2測(cè)控屏的實(shí)現(xiàn)

在測(cè)控屏柜設(shè)計(jì)兩個(gè)把手：一個(gè)為遠(yuǎn)方就地把手(QK)，“遠(yuǎn)方”模式對(duì)應(yīng)調(diào)度以及后臺(tái)的遙控，“就地”模式對(duì)應(yīng)就地操作;另一個(gè)為五防把手，1代表“在線五防”投入;0代表“在線五防”退出(間隔測(cè)控聯(lián)鎖依然運(yùn)行);增加一個(gè)開(kāi)關(guān)的操作把手(KK)，該把手在 QK打到就地時(shí)，可經(jīng)過(guò)KK把手對(duì)開(kāi)關(guān)進(jìn)行分合。測(cè)控屏上不需要增加解鎖鑰匙。解鎖操作全部在就地端子箱操作。

正常情況下：“在線五防”投入，QK 把手處于“遠(yuǎn)方”：此時(shí)，測(cè)控裝置最終的測(cè)控五防閉鎖觸點(diǎn)通過(guò)間隔測(cè)控聯(lián)鎖的判斷后輸出。即遠(yuǎn)方遙控情況下，后臺(tái)與調(diào)度發(fā)送的遙控令只經(jīng)過(guò)間隔測(cè)控聯(lián)鎖連個(gè)虛觸點(diǎn)。后臺(tái)的順序操作僅由后臺(tái)一體五防邏輯來(lái)保證。當(dāng)“在線五防”投入，QK把手處于“就地”：此時(shí)，測(cè)控裝置閉鎖遠(yuǎn)方操作，僅可以在測(cè)控屏上進(jìn)行操作;此時(shí)測(cè)控裝置最終的測(cè)控五防聯(lián)鎖觸點(diǎn)通過(guò)：后臺(tái)五防邏輯、間隔測(cè)控聯(lián)鎖、后臺(tái)五防操作序列允許的“與”邏輯后輸出， 即就地操作必須經(jīng)過(guò)后臺(tái)的操作票序列允許，該操作主要目的是為了避免就地操作時(shí)走錯(cuò)間隔而產(chǎn)生誤操作。當(dāng)“在線五防”退出時(shí)，測(cè)控裝置的測(cè)控五防閉鎖觸點(diǎn)僅經(jīng)過(guò)測(cè)控裝置的問(wèn)隔聯(lián)鎖邏輯輸出。

3.3智能操作箱的實(shí)現(xiàn)

智能操作箱可以與測(cè)控單元進(jìn)行GOOSE信號(hào)的收發(fā)聯(lián)系。智能操作箱一方面采集本間隔的開(kāi)關(guān)、刀閘等位置信息上送給測(cè)控單元，另一方面接收測(cè)控單元發(fā)送的操作允許的GOOSE信息。測(cè)控單元對(duì)應(yīng)的智能操作箱針對(duì)每一個(gè)可操作對(duì)象應(yīng)提供分合各一副閉鎖觸點(diǎn)串入操作回路。當(dāng)操作箱收到測(cè)控裝置發(fā)送的所對(duì)應(yīng)對(duì)象的測(cè)控五防聯(lián)鎖觸點(diǎn)開(kāi)放GOOSE信號(hào)后，則該操作對(duì)象可以進(jìn)行操作。同時(shí)智能操作箱提供一副緊急解鎖的萬(wàn)能鑰匙， 以應(yīng)對(duì)當(dāng)GOOSE斷鏈無(wú)法獲取聯(lián)鎖結(jié)果而閉鎖聯(lián)鎖觸點(diǎn)時(shí)，運(yùn)行人員到就地緊急操作時(shí)能夠通過(guò)把手從外回路將聯(lián)鎖觸點(diǎn)隔開(kāi)，進(jìn)行就地緊急控制。同時(shí)在就地端子箱上應(yīng)具有“遠(yuǎn)方/就地”的QK把手，該把手打到就地后，僅允許在端子箱內(nèi)就地操作。同時(shí)該遠(yuǎn)方就地把手信號(hào)需要送到測(cè)控裝置中，從而保證端子箱內(nèi)就地操作時(shí)能通過(guò)操作票序列的校驗(yàn)。

3.4鎖具的實(shí)現(xiàn)

選用一種可以實(shí)時(shí)觸點(diǎn)返回的鎖具。在運(yùn)行人員現(xiàn)場(chǎng)操作完畢，且刀閘操作到位后，提供返回的觸點(diǎn)通過(guò)硬接線給智能操作箱或測(cè)控裝置，從而實(shí)現(xiàn)該操作的反饋。

圖1變電站在線式五防方案系統(tǒng)圖

4.在線五防的應(yīng)用

當(dāng)在后臺(tái)進(jìn)行遙控操作時(shí)，正常情況下，在線五防聯(lián)鎖把手處在“投入”模式，后臺(tái)每步操作都必須經(jīng)過(guò)后臺(tái)的五防邏輯判斷和操作票順序判斷;同時(shí)經(jīng)過(guò)測(cè)控裝置的聯(lián)鎖邏輯判斷，如果條件滿足，則相應(yīng)的操作回路中的測(cè)控五防聯(lián)鎖閉鎖觸點(diǎn)會(huì)相應(yīng)閉合，并最終通過(guò)操作箱實(shí)現(xiàn)分合閘命令。

當(dāng)遠(yuǎn)方調(diào)度進(jìn)行遙控聯(lián)鎖操作時(shí)，調(diào)度只經(jīng)過(guò)測(cè)控單元的間隔聯(lián)鎖、電氣閉鎖。

當(dāng)轉(zhuǎn)為就地操作時(shí)，測(cè)控屏以及智能匯控柜的就地操作都需要經(jīng)過(guò)操作票序列校驗(yàn)以及后臺(tái)五防以及間隔測(cè)控聯(lián)鎖校驗(yàn)。

對(duì)臨時(shí)接地樁以及非電動(dòng)刀閘的操作：當(dāng)操作票執(zhí)行至非電動(dòng)刀閘或臨時(shí)接地樁時(shí)，通過(guò)測(cè)控裝置相應(yīng)的測(cè)控五防聯(lián)鎖GOOSE觸點(diǎn)導(dǎo)通其操作回路，運(yùn)行人員進(jìn)行機(jī)構(gòu)操作后， 由五防鎖具確認(rèn)其機(jī)構(gòu)是否操作到位，并提供返回觸點(diǎn)通過(guò)硬接點(diǎn)方式回送給測(cè)控裝置，從而完成相應(yīng)操作票操作。

對(duì)非聯(lián)鎖對(duì)象的遙控以及開(kāi)關(guān)的緊急操作：對(duì)于非聯(lián)鎖對(duì)象(包括檔位、AVC等)以及調(diào)度對(duì)開(kāi)關(guān)的緊急操作，不經(jīng)過(guò)任何五防閉鎖操作，該操作可經(jīng)過(guò)正常的遙控完成所有操作。

5.實(shí)際操作異常問(wèn)題及解決措施

本在線式一體化五防系統(tǒng)也考慮了幾種異常情況下的操作解決措施。

1)當(dāng)后臺(tái)一體五防無(wú)法工作時(shí)：當(dāng)后臺(tái)一體五防遇到緊急情況無(wú)法執(zhí)行相應(yīng)的操作票順序并發(fā)出正確的五防解鎖信號(hào)時(shí)，測(cè)控裝置提供一個(gè)“在線五防”的退出把手，測(cè)控裝置的測(cè)控五防聯(lián)鎖閉鎖觸點(diǎn)不再經(jīng)過(guò)監(jiān)控五防，而是直接由本間隔的閉鎖邏輯完成邏輯運(yùn)算，并將測(cè)控五防聯(lián)鎖閉鎖觸點(diǎn)輸出給操作箱。

2)測(cè)控裝置無(wú)法工作或者遭遇GOOSE斷鏈時(shí)：當(dāng)測(cè)控裝置遇到緊急情況無(wú)法完成正確的聯(lián)鎖運(yùn)算或者GOOSE斷鏈無(wú)法將正確內(nèi)容發(fā)送給操作箱時(shí)，在本間隔就地的端子箱提供一副萬(wàn)能鑰匙，能夠完成該間隔的所有可控刀閘的解鎖，并就地操作。該間隔的防誤閉鎖功能完全由一次設(shè)備的電氣聯(lián)鎖完成。

6.結(jié)束語(yǔ)

近年來(lái)，隨著IEC61850標(biāo)準(zhǔn)在變電站研究應(yīng)用的逐步深入，對(duì)傳統(tǒng)變電站的運(yùn)行方式有了新的理念。本文介紹的基于GOOSE技術(shù)的在線式一體化五防系統(tǒng)能有效地解決傳統(tǒng)微機(jī)五防系統(tǒng)帶來(lái)的離線式操作狀態(tài)不實(shí)時(shí)、五防鎖具容易損壞等弊病，為變電站的五防操作提供了一種全過(guò)程可控的可靠操作模式，從而有效地避免變電站誤操作的發(fā)生。相信本在線式五防系統(tǒng)在不久的將來(lái)，會(huì)在變電站中得到廣泛的應(yīng)用，為保證電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行提供有效的手段。

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