一种网络化的防止电气误操作技术

刘洪兵，张 葵，侯 斌

1 智能变电站设备结构

随着科技的进步，变电站内的各类一、二次设备已经向着智能化、网络化的方向发展，目前智能变电站设备构架，基本延续了数字变电站三层两网的网络结构，三层是由站控层、间隔层、过程层设备组成，两网是指站控层网络MMS网络、及过程层goose/sv网络，整个系统实现了信息采集和处理、运行监视、控制操作、防误闭锁、远动、人机联系、系统自诊断与自恢复、顺序控制、智能告警、故障分析、无功电压优化控制等功能。其中站控层由监控主机、操作员站、工程师工作站、数据通信网关机、综合应用服务器等各种功能数据服务器等组成，提供站内运行的人机联系界面，实现管理控制间隔层、过程层设备等功能，形成全站监控、管理中心，并与远方监控、调度中心通信；间隔层由保护、测控、计量、录波、网络记录分析、相量测量等若干个二次子系统组成，在站控层及网络失效的情况上，仍能独立完成间隔层设备的就地监控功能；过程层由合并单元、智能终端等构成，完成与一次设备相关的功能，包括实时运行电气量的采集、设备运行状态的监测、控制命令的执行等。

2 电气设备电气闭锁分析

随着变电站智能设备的运用，特别顺序控制应用后提出了一键操作一个电气间隔进行停电、送电的要求，然而变电站内由隔离开关、断路器组成的一次间隔，由于隔离开关和断路器的特性是不一样的，断路器可以开断电流，其开断电流时有足够灭弧能力、隔离开关主要是提供明显的断开位置、以表示停电设备和带电设备有明显的分割点，所以隔离开关不能在大电流上进行分断、闭合操作，因此变电站中的一个电气间隔进行停送电操作时都要按照一定的操作顺序进行操作，例如线路送电操作，就应该先断开接地开关，在接地开关断开后再合闸母线侧隔离开关、再合线路侧隔离开关、最后合上断路器以完成一个线路间隔的送电操作，停电操作反之。

一键顺控是由后监控计算机向一个一次间隔设备，发送一个送电综合命令，整个间隔内的接地开关、隔离开关、断路器按照预先顺序进行分合闸自动操作，若隔离开关、接地开关、断路器位置传感器出现故障，传输出一个错误的位置信号，实际接地开关并未断开，此时监控计算机将错误感知接地开关已经断开，将会继续发出一个隔离开关的合闸命令，该命令发出后将造成带接地线合隔离开关的短路故障，这种情况是电力系统的恶性误操作的一类，因此有必要在隔离开关、接地开关的电机控制回路中增加一个操作闭锁条件，在隔离开关、接地开关的电气控制回路中增加一个逻辑闭锁电路，当操作逻辑满足停送电顺序时，解除隔离开关、接地开关的电气操作闭锁，隔离开关接地开关具备电气操作条件，当逻辑顺序不满足顺序操作的逻辑条件时闭锁隔离接地开关的电气操作电路的闭锁，让隔离、接地开关不能进行分合闸操作。

目前这种隔离、接地开关的电气防止误操作的传统技术是利用控制电缆从闭锁条件的隔离或接地开关的机构箱取隔离、接地开关的位置，通过回路的串并连接，实现逻辑判断，最后将串并联的辅助接点串联接入被闭锁隔离或接地开关的电气操作回路中，以实现操作逻辑的判断，逻辑满足时所有接点闭合，被操作的隔离开关无电气闭锁，具备电气操作条件，逻辑条件不满足时某一串联的接点打开后断开被操作的隔离或接地开关的电气操作回路，实现电气闭锁让其不能被电气操作，该技术的实现需要隔离开关电气回路使用控制电缆中接入多个电路，接线复杂施工难度大，而且单一个隔离开关受多个元件闭锁时其闭锁的辅助接点不能共享，只能一一对应的敷设大量控制电缆，通过电缆接线实现闭锁逻辑的判断，这显然效率低上且实现复杂，而且未实现数据共享。

随着智能站的建设，实现了变电站内设备组网的应用，针对隔离开关、接地开关电气防误操作这些一个功能需要采集多个元件状态的问题，提供了网络化的解决方案，因此我们的隔离开关、接地开关的电气防止误操作的功能也能借助于网络化的信息传输实现一个隔离开关或接地开关的位置状态提供给多个被闭锁设备进行逻辑判断，实现逻辑判断条件的共享。

3 智能终端工作原理

智能变电站中处于过程层设备的智能终端，该设备靠近一次设备安装，其结构由电源模块、开入模块、温湿度输入模块、开出模块、处理器、外部通信接口、对时模块组成，示意图如图1所示。

图1 智能终端结构示意图

智能终端工作原理为:电源模块没有在图1中绘制，其工作原理为直流220V输入，由模块处理后输出3V或5V电压的直流电为处理器、对时模块、外部通信接口提供工作电源，同时输出12V电压为开入模块、开出模块提供工作电源。

开入模块负责采集隔离开关、接地开关、断路器的位置接点以及隔离开关、接地开关、断路器机构箱内的各种开关量信号后传递给处理器进行信号处理。温度、湿度输入模块负责接收温度、湿度传感器传来的反映传感器安装处的温度、湿度的0mA至40mA的直流电流量，将直流电流量进行数字化后传递给处理器进行信号处理。

处理器负责将采集到的隔离开关、接地开关、断路器的位置、机构箱内其它开关量信号、温湿度信息按照统一的通信协议进行报文的编译，并将编译好的报文以广播形式通过通信接口模块发布到GOOSE网络，同时处理器还通过通信接口装置接收GOOSE网络中由其它装置发送的报文，并将接收到的报文编译后，输出到开出模块和断路器操作插件，通过控制开出模块的接点输出来实现隔离开关、接地开关的分、合闸行为，通过控制断路器操作插件上的接点输出实现断路器的分、合闸行为。

4 利用智能终端实现电气闭锁的方法

从智能终端的工作原理可以看出，智能终端已经将隔离开关、接地开关、断路器的位置接点已经按照统一的通信协议编译成标准的报文，并在GOOSE网络以广播形式发布，因此只要在GOOSE网络上增加一台智能防止误操作的智能设备接收这些隔离开关、接地开关、断路器位置信息，这台智能防止误操作智能设备接收到位置信息后，根据预先制定的闭锁逻辑进行逻辑判断后按照约定好的通信协议向GOOSE网络发送隔离开关、接地开关的解锁、闭锁报文，当指定的智能终端接收到解锁、闭锁报文后根据报文的指令控制其开出接点闭合、打开，并将这些接点串联接入隔离开关、接地开关的电动操作回路中最终实现隔离开关、接地开关的电气防止误操作闭锁和解锁功能，原理示意如图2所示。

图2 原理示意图

如图2所示，智能终端通过开关量采集模块采集隔离开关、接地开关、断路器位置的数字状态，并把采集到的信息传递给处理器进行信号编译，处理器将编译好的报文通过GOOSE网络发送给有逻辑判断能力的智能防电气误操作装置进行逻辑判断，处于间隔层设备的智能防电气误操作装置根据主接线形式制定判断逻辑，不同的主接线形式有着不同的闭锁逻辑，以双母主接线方式的线路间隔为例，判断逻辑如上:

（1）线路间隔靠Ⅰ段母线侧隔离开关闭锁、解锁逻辑判断需要采集Ⅰ段母线接地开关、断路器靠母线侧接地开关、断路器位置信息，当Ⅰ段母线侧隔离开关或断路器靠母线侧接地开关或断路器在合闸位置时判断为靠Ⅰ段母线侧隔离开关被闭锁，当Ⅰ段母线接地开关与断路器靠母线侧接地开关与断路器都在分闸位置时判断为Ⅰ段母线侧隔离开关解锁。

（2）线路间隔靠Ⅱ段母线侧隔离开关需要采集Ⅱ段母线接地开关、断路器靠母线侧接地开关、断路器位置信息，当Ⅱ段母线接地开关或断路器靠母线侧接地开关或断路器在合闸位置时判断为靠Ⅱ段母线侧隔离开关被闭锁，当Ⅱ段母线接地开关与断路器靠母线侧接地开关与断路器都在分闸位置时判断为Ⅱ段母线侧隔离开关解锁。

（3）断路器靠母线侧接地开关采集靠Ⅰ段母线侧隔离开关、靠Ⅱ段母线侧隔离开关、断路器位置信息，当靠Ⅰ段母线侧隔离开关或靠Ⅱ段母线侧隔离开关或断路器在合闸位置时判断为断路器靠母线侧接地开关被闭锁，当靠Ⅰ段母线侧隔离开关与靠Ⅱ段母线侧隔离开关与断路器都在分闸位置时判断为断路器靠母线侧接地开关解锁。

（4）靠线路侧断路器接地开关采集线路隔离开关、断路器位置信息，当线路隔离开关或断路器在合闸位置时判断为线路隔离开关被闭锁，当线路隔离开关与断路器都在分闸位置时判断为线路隔离开关解锁。

（5）线路隔离开关采集断路器、靠线路侧断路器接地开关、线路接地开关位置信息、线路电压，当断路器或靠线路侧断路器接地开关或线路接地开关在合闸位置时或线路有压时，判断为线路隔离开关被闭锁，当断路器与靠线路侧断路器接地开关与线路接地开关在都分闸位置以及线路无压时，判断为线路隔离开关解锁。

（6）线路接地开关采集线路隔离开关位置信息、线路电压，当线路隔离开关在合闸位置时或线路有压时，判断为线路接地开关被闭锁，当线路隔离开关在分闸位置时以及线路无压时判断为线路接地开关解锁。

（7）Ⅰ段母线接地开关采集连接于Ⅰ段母线上所有隔离开关位置信息，当任意一个连接于Ⅰ段母线隔离开关处于合闸位置时判断为Ⅰ段母线接地开关被闭锁，当所有连接于Ⅰ段母线隔离开关都处于分闸位置时判断为Ⅰ段母线接地开关解锁。

（8）Ⅱ段母线接地开关采集连接于Ⅱ段母线上所有隔离开关位置信息，当任意一个连接于Ⅱ段母线隔离开关处于合闸位置时判断为Ⅱ段母线接地开关被闭锁，当所有连接于Ⅱ段母线隔离开关都处于分闸位置时判断为Ⅱ段母线接地开关解锁。

智能防电气误操作装置依据GOOSE网络中传递来报文解析出需要的隔离开关、接地开关、断路器的位置信息进行逻辑判断，输出闭锁、解锁信息广播于GOOSE网络中。智能终端接收到闭锁、解锁信息后通过控制串接于隔离开关、接地的电气操作回路中的开关量输出触点，当逻辑判断为解锁时开出触点闭合，受控隔离、接地开关电操回路导通，此时解锁隔离、接地开关电气操作，隔离、接地开关可电操，当逻辑判断为闭锁时，串接于隔离、接地开关电操电路的开出触点打开断开电操电路，隔离、接地开关电操被闭锁不能被电操。

针对现今变电站内电操隔离、接地开关的电气防误操是由控制电缆接线实现闭锁的技术存在闭锁条件由控制电缆一一对应接线实现，会出现接线松动闭锁失效的情况、且闭锁逻辑需要依靠大量控制电缆接线实现、功能电路复杂的问题，该技术建立在智能变电站内GOOSE网路将各智能设备连接的基础上，在间隔层设备中增加一个智能防电气误操作设备，依据各已有的智能终端采集的隔离、接地开关、断路器位置状态，依据现场主接线制定各处隔离开关、接地开关的闭锁逻辑，并根据实时信息进行判断、输出判断结果，最终由智能终端的开出触点实现隔离开关、接地开关的防止电气误操作的功能，让智能变电站的防止电气误操作实现了网络数据共享化。

5 结束语

该技术运用了智能变电站现有技术及设备、现有GOOSE网络，实现了可以电动操作的隔离、接地开关位置状态的就地采集并转换成数字量后由逻辑判断程序进行隔离、接地开关防误操闭锁的逻辑判断。同时变电站内可电操的隔离开关接地开关电气闭锁逻辑由程序实现闭锁，避免了依赖二次接线实现隔离开关防止电气误操作的缺点，可根据主接线确定闭锁程序、闭锁逻辑修改扩展容易。运用智能变电站中的GOOSE网络实现了各个接地开关、隔离开关之间的闭锁信息传输，实现了闭锁信息共享网络化，减少了一一对应的闭锁逻辑的控制电缆接线量。