电气设备操作拓扑“五防”的实现

王 鸣，顾天雄

（宁波电业局，浙江 宁波 315000）

为了有效防止电气设备5种误操作的发生（以下简称五防），变电站的防误已经由最初的机械闭锁、电磁闭锁发展到现在的电气闭锁、微机五防、测控五防等多种类型，其中以电气闭锁和微机五防相结合的运用最多，即变电站内单一间隔实现电气闭锁，间隔与间隔之间则采取微机五防的方式。但随着变电站数量的不断增加，现有的五防系统的弊端也逐渐显露出来，主要表现在以下方面：

（1）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，变电站的主接线的变化、闭锁逻辑的调整都需要运行人员进行人工干预，维护工作量大，而且核对困难。

（2）无论现有哪种防误装置，均不能判断断路器拉、合对变电站乃至系统带来的影响，所以也就无法实现防止误拉、合断路器的功能。

（3）变电站微机五防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。

（4）变电站微机五防一般只配置1套系统，在微机系统故障而解除闭锁时，五防功能完全失去。

（5）微机五防系统还存在“走空程”（操作过程中漏项）导致误操作的问题。

随着电网的发展，“集中监控，分散操作”运行模式的确立和调控一体化系统的推广，运行体制也随之改变，在监控中心的数据采集与监视控制系统（SCADA）中不仅设备数量庞大，而且设备变动也相对频繁，如果仍采用常规人工定义操作逻辑的防误方式，系统维护工作量将更加巨大，为此需要在监控SCADA系统上采取新的五防判断方式。

1 拓扑五防的设计思想和实现的功能

为了解决常规变电站五防系统存在的弊端，结合监控SCADA的应用，逐步提出了拓扑五防的理念。所谓拓扑五防，主要是根据电网内电气设备间的拓扑关系来自动实现设备操作的五防闭锁。即根据设备之间五防操作闭锁基本规则的要求，通过拓扑搜索，自动找出相互操作闭锁的设备状态，进行自动比较、判别，它不依赖于人工定义，自动适应电气设备和电网拓扑结构的变化。

电网拓扑分析中经常用到的基本概念有：

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。

电气活岛：如果电气岛中有发电机或等值电源等设备，则称为电气活岛。

电气死岛：如果电气岛中没有发电机或等值电源等设备，则称为电气死岛。

逻辑母线：是指通过1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。

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。

2 系统拓扑五防的功能及其实现方式

监控SCADA能实现遥控操作的设备主要有开关、闸刀和部分接地闸刀，以图1为例，归纳几种常规的典型拓扑五防实现方式。

图1中，电气活岛甲和电气活岛乙通过开关501形成1个电气活岛，电气活岛甲和电气活岛乙可以是变电站内的不同母线，也可以是两个不同的变电站。

2.1 开关的拓扑五防实现方式

图1 开关、刀闸的连接

开关的五防原则主要是防止走错间隔误分、误合开关，其拓扑五防规则有：

（1）开关断开操作：如果开关断开后，开关任一端节点的电气岛由活岛变为死岛，则提示用户断开开关可能导致设备失电。如果开关断开后，导致电气岛解列，则提示用户断开开关可能导致系统解列。

如图1所示，假定开关501是电气活岛乙的唯一进线开关，开关501正常运行时，活岛甲通过501开关使电气岛乙成为活岛。如果执行开关501断开操作，电气活岛乙因失去电源而将变成死岛时，则提示用户断开501开关将造成电气活岛乙（所接母线或者变电站）失电，从而实现防止误分501开关。

（2）开关合闸操作：开关合闸操作有3个独立判断条件：开关任一侧闸刀合上，且两侧连线均无接地时方可合闸；开关一侧有电压，另一侧有接地时禁止合闸；开关两侧刀闸均在分位，不论是否有接地，均可合闸。

如图1所示，假定闸刀甲已合闸，闸刀乙断开，501开关乙侧接地闸刀合闸位置，此时，不管闸刀乙是否带电，开关501将不能合闸操作。

2.2 闸刀的拓扑五防实现方式

闸刀的五防原则主要有防止带接地合闸刀和防止带负荷拉合闸刀，其拓扑五防规则有：

（1）如果闸刀任一端节点属于接地岛，则不允许合闸操作，以免带接地合隔离开关。

（2）如果闸刀一端连母线、线路、变压器、负荷，另一端连开关且开关在合位，或者两端都连开关或其他闸刀且它们都在合位，则禁止该闸刀分合闸操作。

（3）如果是等电位操作，必须母线处于同一个电气岛才可以进行隔离开关的分合操作。

如图1所示，正常情况下开关501间隔没有运行，处分闸位置，此时闸刀丙由于两侧接点的电气岛号不相同，将不能合闸操作；如果501开关投入运行，闸刀丙两侧接点的电气岛号被判断一致，闸刀丙就可以合闸操作。

接地闸刀的五防原则是防止带电合接地闸刀，其拓扑五防规则有：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。

2.3 拓扑五防系统人工置牌和人工置位

有些变电站由于遥信接点不足，其接地闸刀的信号并不能实时上传，而部分设备检修安全是挂接地线的形式，此时就可以通过人工置位或者人工挂牌的方式来实现拓扑网络和现场实际状态的一致，无论是接地闸刀人工置合还是接地线人工挂牌，该点所连接的电气设备均被判断为接地岛，从而实现防止带接地线合闸的功能。

在拓扑网络的边界点，如某跨省线路的另一侧并不在本网络拓扑图中，此时可以设置为活岛标志或根据线路的电压测量值大于一定的定值则自动判为活岛,不允许合接地闸刀。

2.4 拓扑五防在实际中的应用

以某典型事故案例说明拓扑五防在工作中的应用。在图2中，系统甲和系统乙分别属于2个独立的220 kV变电站，线路2PXX处于线路检修状态。线路工作结束后，进行送电操作，调度下令系统甲侧2PXX线由线路检修改为冷备用，接着下令系统乙侧2PXX线由线路检修改为冷备用。当系统甲侧2PXX线由线路检修改为冷备用操作完毕后，由于调度疏忽，在没有再次核对系统乙侧操作是否已经完成的情况下，调度即令系统甲侧2PXX线由冷备用改为运行，在系统甲侧进行2PXX线空充线路操作时，造成了系统甲侧2PXX开关带接地合闸的误操作事故。如果采用拓扑五防进行校验，就可以避免此事故。现以拓扑五防校验来分析说明：

（1）线路2PXX工作结束，系统甲侧2PXX线改为冷备用后，由于系统乙侧2PXX线路接地闸刀尚处合闸位置，2PXX线路还是属于接地岛。

图2 系统操作示意图

（2）调度下令系统甲侧2PXX线由冷备用改为运行，由于2PXX线路尚处于接地岛，系统甲侧2PXX线路闸刀因合于接地岛而不能通过防误校验。

上述情况，尤其是送电线路对侧处在接地岛上而本侧进行送电操作，现有防误装置均无法实现防误功能，通过拓扑五防的校验，可以有效防止同类事故的发生。

3 拓扑五防的应用及其前景

综上分析，拓扑五防具备开关、闸刀和接地闸刀操作的基本五防功能，它的核心理念是在监控SCADA系统中的所有设备均可以通过节点实现相互关联，并自行通过拓扑进行分析判断实现开关、闸刀和地刀的防误操作，无须单独进行逻辑设置和人工维护，相对其他五防系统，拓扑五防有着常规五防系统无法比拟的优势，特别是在非常规接线的送电操作和防止对侧来电功能上，甚至还可以在整个监控中心所辖的设备上轻松实现电网的防误校验。

但对单一变电站由于状态有较多的未知量，在现场检修人员和运行人员就地操作中并不能很好地实现其防误功能。基于现有变电站五防系统和拓扑五防各有其优缺点，现阶段可以在倒闸操作中将拓扑五防和现场变电站防误系统相结合，形成1套具备电网五防校验功能的组合系统。操作前，首先在监控中心终端对需要操作的设备实施拓扑五防校验，校验通过后再实施倒闸操作；监控中心也可以根据各级调度的操作任务，在监控系统中开展模拟操作和系统的防误校验，以此验证调度操作任务的正确性；应用成熟后，可以逐步在监控SCADA实施遥控操作，为全面推行程序化操作奠定基础。

目前无人值班变电所实行 “集中监控，分散操作”的方式已经确立，随着变电设备的自动化程度不断提高，监控中心将实现开关、闸刀、接地闸刀甚至二次系统的遥控操作。因此，要实现电网区域防误，采用拓扑五防是必然的趋势。在今后的工作中，结合现场五防装置，完善管理机制，拓扑五防在电网的防误应用方面能够发挥更大的作用。

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