变电站智能压板管理系统的开发与应用

，，，,

(国网浙江省电力公司嘉兴供电公司，浙江 嘉兴 314000)

1 引言

电力系统中，保护压板(保护压板从功能上可划分为软压板和硬压板，两种压板均投入时相应保护才投入，其中任意一项退出，保护功能也会退出。本文中的压板主要指的是硬压板，软压板暂不考虑)作为保护装置联系外部接线的桥梁和纽带，当系统运行方式改变或设备检修时，通过投退保护装置外置压板来改变保护装置运行方式，代替直接操作保护装置，从而实现了继电保护装置运行可靠性。近年来，由于保护压板投退错误引起的电网事故越来越多，导致继电保护功能无法正常实现，严重影响电网安全稳定运行。

由于保护压板数量大、种类多，而对二次设备如保护压板的操作一般只能做到提示操作，以及一、二次设备相互逻辑方面关联较弱，若只依靠人工管理，不可避免地会发生人为误投误退的情况，而且往往是在事故后才能发现。本文从保护压板状态监视方面着手考虑，实现保护压板运行状态实时在线监测与告警，构建智能压板管理系统，从而提高继电保护防误管理的自动化程度，保证继电保护装置运行的正确性，并与原有一次系统防误管理措施融合，形成覆盖一次、二次设备的完整防误管控体系。

2 人为误投误退保护压板事故隐患分析

2.1 典型事故案例分析

据统计，虽然保护压板投退错误引起的继电保护不正确动作的事故概率有所降低，但是事故一旦发生所造成的负荷损失却更加严重。这其中，有多起运行人员误投退保护压板引起的电网事故，后果十分严重。

案例一[1]：

某供电公司的一个220kV变电站进行#2主变及主变三侧开关的停电预测，该变电站的#1主变带全站负荷，110kV专旁190线路是另外两座110kV变电站的进线电源。

某天交接班结束，该变电站的副值按典型操作票填写#2主变恢复送电的操作票。16:30，这位副值将填写完的操作票转交给另一值班员，让其加入早晨#2主变转检修退出的压板。该值班员对照早上已执行的#2主变转检修操作票，将#2主变保护跳中压测专旁190开关压板不经任何人同意擅自加入到新票的投入位置并转交给副值班员。副值班员粗审一遍就在开票系统开票，打印出操作票后交给值班负责人。该值班负责人没按要求进行核对性模拟预演，所以操作票中存在的错误一直未被发现。

17:50，预试工作结束后，根据值班调度员发出的正令：将#2主变由检修转运行；19:33 操作人在合上#2主变的220kV侧三相开关时，#2主变比率差动保护动作并出口，跳110kV专旁190开关和#2主变220kV开关，结果造成2座110kV变电站全站失压，究其原因发现是误投入#2主变保护出口跳专旁190开关压板。

案例二[2]：

某330kV变电站330kV的Ⅰ、Ⅱ母带电运行，330kV的断路器3370、3371、3372运行，330kV甲、乙线两条线路运行，如图1所示。甲线配置的保护有高频闭锁方向保护和高频闭锁距离保护。

图1 330kV一次接线图

06月03日13:05:43，甲线发生B相瞬时接地短路故障，663ms：高频闭锁距离保护装置启动，673ms：保护出口动作，B相故障点测距为62.25km；同时，493ms：高频闭锁方向保护装置启动，故障相B相故障点测距61.8km；3370、 3372断路器辅助保护均瞬时联跳本断路器故障相并瞬时联跳三相、三相重合闸启动、单相重合闸方式下三跳不重合。究其原因，发现是运行人员误投沟通三跳压板，最终造成了保护的误动作。

通过上述两个典型运行人员误投退保护压板可以看出，操作中各个环节存在的错误项目一旦没被发现，将导致严重的电网事故。

2.2 人为误投误退保护压板隐患分析

结合近年来现场发生的误投误退保护压板造成重大电网事故可以看出，保护压板目前的管理主要存在以下几个方面问题：

缺乏对二次设备的强制闭锁，目前变电站防误系统主要针对一次设备，实现了对一次设备操作的闭锁逻辑校验及设备的强制闭锁，而对二次设备如保护压板的操作一般是人工提示确认操作，一、二次设备操作逻辑判断关联较弱。二次设备现阶段的防误操作做法是：在根据保护压板的布置情况制定压板常态投退表，并附加相关的操作说明作为提示。因缺乏强制闭锁措施，压板操作时基本依赖操作人员的运行经验和安全意识，主观因素占据主导，在保护压板投退的三个阶段[3]无法从本质上避免误投误退的现象发生。这三个操作阶段具有以下特点：(1)运行人员在投退前，按照规定需在“五防”系统中进行模拟预演，而且由于目前仍无法实现在“五防”系统中设置防误逻辑，因此无法校验压板操作是否正确；(2)压板投退时，根据现有操作票逐项操作，压板分布在各个保护屏柜中，且大多数位于屏柜下方，由于屏柜面板大小的限制，屏柜面板上保护压板密集排列而且由于标签太小不好辨认，有时甚至没有明显的逻辑图形提示，存在误投退的情况；(3)保护压板投退后，为保证准确性，需要监护人员按照操作票逐屏对压板状态进行认真核查，不仅耗时，而且对监护人员的专业技能提出了很高的要求，不然很难发现错漏的压板。因此，在上述三个投退过程中，防误识别能力薄弱，无法从根本上杜绝压板误投误退现象的发生。

除了缺乏对二次设备的强制闭锁，保护装置压板管理核对机制[4]需要进一步完善。目前，变电站保护压板管理环节较多，保护压板的投退由调度继电保护专工负责，保护压板接线、名称标定是由检修工区保护班负责，具体现场执行由操作队负责，而调度所继电保护专工不清楚现场保护压板实际接线位置，检修工区保护班不知压板是否需要投退，操作人员往往由于业务水平所限，加之联合性保护检查的周期较长，没有人对整个过程全盘掌握，只知其然不知其所以然，发生保护压板误投退的概率比较大。

虽然各地市供电公司采取了一系列的管理措施，但无法彻底解决二次防误的问题，人为误操作频繁发生，对操作人员的素质和管理要求较高；现有的各类保护压板管理系统都不能实现强制闭锁以及与防误系统的紧密结合，缺乏科学性和客观性。

3 构建智能压板管理系统消除人为隐患

3.1 智能压板管理系统技术框架的制定

为了消除人为误投退保护压板的重大安全隐患，在加强运维管理过程的规范以及完善开关柜出厂防误闭锁的基础上，国网浙江省电力公司经过仔细的调研和分析，决定以嘉兴供电公司为省内首个试点，将保护压板由原有的常规压板“升级”至“智能压板”，采用先进的网络通信技术、计算机技术、自动化技术与传感器技术，构建一个远程信息化的压板在线监视与防误管控系统，填补二次设备防误管控的空白，完善变电设备整体防误体系，进而从根本上保证开关柜防误操作的安全，提高运维的生产安全与工作效率。系统的技术框架如图2所示。

图2 智能压板管理系统技术框架

(1)压板状态识别：根据不同尺寸型号的保护压板，设计相匹配的状态传感器，保证传感器回路独立，并与压板回路采取非接触方式，易于检修维护。

(2)压板状态信息采集：设计压板状态采集器，需具备压板位置信号的上下行数据通信能力，兼容不同类型压板状态传感器的数据通信，保证位置信息数据传输的统一性和正确性。压板状态信息采集与传输过程尽可能减少对既有系统的影响，以不改动二次接线压板为基本原则，保证原有开关柜保护装置运行安全可靠。

(3)压板状态传输：上传至防误主机与监控主机的数据需按防误操作和监视要求进行通信配置，满足相应的网络隔离原则。

(4)建立压板管理系统：压板管理系统通过可视化的界面显示，对压板位置状态内容直观展示，使开关柜二次设备运维管理高效、准确、便捷。

(5)压板状态自动核对：根据一次系统的运行方式制定相应的压板典型运行图，自动核对该运行方式下的压板状态是否正确。

(6)压板异常告警提示：在压板异常变位时进行告警提示，从而有效减少因二次压板误操作引起的事故。

(7)数据共享：压板管理与防误平台信息具备远程化平台信息共享。

(8)建立压板防误系统：建立的压板防误系统操作流程与原有微机五防系统具备兼容性，五防信息接口具备通用性。

(9)完善压板操作防误流程：具备操作压板时，通过压板管理主机开操作票并将操作票传输给电脑钥匙，电脑钥匙通过装置钥匙接口传输操作票序列，点亮需要操作的压板。

(10)实现防误操作提示：实现按照指示灯操作正确的压板正确反馈防误信息，无操作票进行压板的投退或操作错误的压板发出告警。

(11)完善防误设备、技术、制度规范：制定压板防误闭锁逻辑规范，生成压板防误系统验收流程，为新设备投产前防误装置验收提供依据。

3.2 智能压板管理系统技术构架制定示例

本文以国网浙江省电力公司试点站——国网嘉兴供电公司汇龙变智能压板管理系统为例，建立了涵盖过程层、间隔层和站控层三层结构的智能压板管理系统构架，如图3所示。

过程层的组成结构包括压板状态采集器和压板状态传感器，压板状态传感器安装在压板本体上，它的工作原理为非接触磁感应原理，可以实现实时检测压板状态的功能。当压板投退时，压板的变位信息由压板状态采集器单元转换为开关量输出，并收集每一个保护屏柜的压板状态信息。

间隔层以压板控制器为主，压板状态采集器集中的压板状态信息通过RS-485上送给压板控制器，压板控制器通过以太网将一路状态信息上送到监控主机，另一路状态信息上送给压板防误操作系统，站控层可以实现压板的智能管理和压板防误操作功能。智能管理的功能模块可以对进行压板状态的实时监控；压板防误操作的功能模块可以进行操作开票、模拟预演，将指令下达给压板控制器，经压板状态采集器点亮相应压板状态传感器的指示灯，提示操作人员需要操作的压板，从而实现防止压板误投退的功能。

3.3 智能压板管理系统具体操作流程

需要开始操作前，先在防误主机上进行模拟预演，模拟预演包括常规一次设备操作内容和相应的二次压板的投退；模拟预演结束后，将操作票上传到电脑钥匙上；实际操作操作到二次压板时，在压板状态传感器中插入电脑钥匙，将相应需要进行操作的压板点亮，按照指示灯提示的压板进行操作，以下情况会引发警告：操作压板错误或无票进行操作。操作完毕后，回传电脑钥匙信息，改变系统中的原有设备状态，如果压板位置状态与状态传感器上传的压板状态不一致，将发出告警信号。

图3 智能压板管理系统技术构架

整个二次压板防误的具体实现环节可分为：

(1)压板状态设置：导入实时采集的压板状态信息，确保在保护压板操作拟票时，保护压板的位置状态与现场实际状态一致，避免防误系统故障后造成与压板监视系统压板状态不对应；

(2)操作拟票：按照设定好的压板状态，根据具体的操作任务，可通过以下方式进行开票：调用历史票、典型票以及逐项输入。按状态拟票时，开票过程应遵守五防逻辑。此时当鼠标指向某一设备，出现允许操作的提示，表明该设备符合操作条件；没有出现相关提示信息，则表明该设备的操作条件不满足。

(3)操作传票：操作票拟票结束审核确认票面无误后，通过配置好的传票通道，将操作票传输到电脑钥匙上。传票后系统图上所需要操作的设备状态即可变为不确定状态，到现场持电脑钥匙，通过装置钥匙接口传输操作票序列，需要操作的压板将被点亮，提示操作人员进行操作。

(4)操作回传：完成操作后，一般通过电脑钥匙回传，将已完成的设备操作信息回传防误系统结束操作票，将系统图上待操作的设备状态由不确定状态更新为定态。

这样一套压板防误流程有效解决了原先保护压板操作只有提示性防误操作的防误漏洞，既提高了继电保护运行管理的自动化程度，也可充分保证继电保护装置运行的正确性。将保护压板操作纳入微机五防管理，可控化地避免了因人为操作失误对电网运行带来的重大安全隐患，提高了电网运行可靠性。

4 结论

消除人工管理二次压板造成人为误投误退的情况发生，建立智能压板管理系统对于电网的正常运行来说意义重大。本文通过构建能够实时监视全站或多站压板状态的智能压板管理系统，实现了站内压板的综合防误管理。这大大提高了保护压板的系统化管理能力，有效节省了人力、物力、财力，而且降低了变电站的管理成本，避免了因人为操作失误对电网运行带来的重大安全隐患，不仅提高了电网运行的可靠性，而且具有明显的经济效益和社会效益。