基于隔离开关分合操作的变电站倒闸过程顺控方法

国网陕西省电力公司建设分公司 马军平 国网天津市电力公司 唐继朋

国网江苏省电力有限公司南通供电分公司 施 渊 国网江苏省电力有限公司沛县供电分公司 李 通

随着国家电力设备快速发展变化和工业自动化设备水平日益显著提高，电网设施的管理维护方法和操作运行控制模式，对系统的自动化调整变化越来越复杂频繁[1]。调度员对每天运行需要的指定参数模拟操作的数量每年也均在逐年增加，这自然也必然对现代化电网基础设施的正常运行状态和综合管理维护水平等，提出了新的技术要求。原有传统模拟调度操作管理手动操作或微机控制仿真管理模式，不能够真正满足模拟调度和操作运行管理等，从管理经验化到操作逻辑、智能化方面的综合改进要求[2]。基于符合上述电网正常运行安全要求，本文给出了开关运行过程顺序控制的最有效的解决方案。

1 隔离开关操作变电站开关过程的顺序控制

1.1 变电站传统开关结构的优化

变电站传统方式的开关操作过程较为复杂，步骤烦琐[3]。根据隔离器上的分区操作发出相应的操作预先准备指令，操作人员逐一填写准备操作，操作人员需和其监护人配合共同参与检查准备操作。操作人员审核检查正确无误后，由操作调度人发出模拟操作调度指令，操作员再进行操作模拟预演准备操作，模拟和预演的操作顺序正确一致后，再开始进行准备实际操作。

所有操作命令都必须事先由操作员主管演示，在由其他操作员重复操作，且每一个操作步骤都必须经过现场检查和验证，导致这一过程的操作效率较低[4]。同时，确认设备现场运行异常状态，存在因误动进入充电线间隔而造成设备触电伤人的安全风险，存在引发设备燃烧爆炸、火灾并危及现场设备操作及人员安全的风险。

在智能变电站隔离开关分合操作过程中，软压板是一种必要且复杂的保护装置，且各生产厂家对软压板规格的定义。如果仅通过人工完成识别，则误操作和漏操作的概率很高。如果只对系统进行了手动的辨别，则误操作的和失算操作的概率较高。对于软压板操作、信号复位这类简单的工作，也需要专人到现场就地操作。这样不仅效率低、成本高，也难以满足高效调度运行管理的要求[5]。

隔离开关位置双控结构如图1所示，其中包括顺序控制主机、测控装置、智能防错主机以及隔离开关。由顺序控制主机发起操作指令，生成操作，并通过站控层网络将操作指令发送给智能防错主机；收到操作指令后，智能防错主机中形成防错检查序列，用于对隔离开关位置后续变化的检查。

图1 隔离开关位置双控结构示意图

第一隔离开关的开闭操作远程信号，将隔离开关的开关位置，作为第一标准发送给测控装置，确认部件提供测控装置的开关位置的第二准则，测控装置将接收到的第一和第二标准发送给序列控制主机，然后序列控制主机和智能纠错主机进行错误预防验证。

在切换操作过程中，使用切换过程顺序控制程序直接填写操作中心的任务命令，并同时配合电动托盘控制操作单元接收命令。控制单元在接收检测到的相关报警指令信息后，自动检测切换到防错锁报警程序，然后可以根据中央隔离开关的自动开合动作情况，进行控制中央开关的电磁开离出或自动进入操作。在此基础上，通过对距离信号传感元件和限位开关功能的综合判断，开关电路将开始自动并停止保护工作。采用双“确认”开关功能，实现开关全摇动切换，满足了程序自动切换开关操作方式的相关技术要求。中央空气开关的操作调试完成后，智能终端利用开关过程顺序控制软件给出的操作指令，远程手动操作中央二次空气开关，在没有人员干预的情况下完成整个开关操作的编程操作步骤。程序操作电气装置与传统手动工具的比较见表1。

表1 程序操作电气装置与传统手动操作工具的比较

为进一步有效避免视频切换程序，对站内使用的原始视频监控和采集系统设备信号产生较大的谐波影响，可适当考虑在原始视频自动切换的操作控制过程视频信号中，考虑添加一个含有与视频切换的顺序，或与切换控制的动作等相关信息的视频采集控制设备组画面。开关控制切换过程顺序控制面板通常需要安装或者固定在变电站空屏的位置，包括远动开关控制装置、远动开关控制装置监控装置、公共开关测控装置、序列式开关控制装置监控切换主机、智能开关控制装置防切换出错切换主机等。交换过程系统中的序列控制主机、智能防偏错检测主机和序列控制测控装置都接入了控制层的MMS网络。

程序化设备内各种电气装置运行，将彻底取代传统机械的运行切换方式，不再仅仅需要电气操作人员和现场维护人员同时在现场设备进行切换或操作，降低了系统运行速度和系统维护成本。程序化系统中，电气智能化稳定运行保护控制系统，则完全合理设计，避免漏掉各种由于现场人员因素失误，所引起造成事故的各类人为误动操作，较大地减少了电气设备运维人员设备维护工作量，提高维护了整个智能电网设备稳定连续运行期间人员的安全系数。

为避免对站内原始监控设备的影响，可在切换过程中添加与顺序控制相关的设备组画面。序列控制设备在切换过程中的拓扑结构如图2所示。

图2 切换过程中序列控制管理拓扑图

开关过程顺序控制面板安装在变电站空屏位置，包括远动a装置、远动B装置、公共测控装置、序列控制监控主机、智能防错主机。根据图2中的拓扑结构，在交换过程中放置在序列控制面板上的网络电缆，分别与站控制层的网络a、网络B的交换机相关联，并同时与调度数据网连接。交换过程中的序列控制主机、智能防错主机和序列控制测控装置接入I区站控制层的MMS网络。

程序化设备的电气装置将取代传统的运行方式，不再需要操作和维护人员在现场进行切换操作，降低了运行和维护成本。程序化电气运行避免了人为因素造成的误操作，大大减少了运维人员的工作量，提高了电网运行的安全系数。

1.2 变电站顺序控制运行管理流程

变电站顺控操作程序与站内一次设备（如断路器、隔离开关、接地刀等）的自动执行、二次设备软压板的远程开关相关。测量和控制装置确保了对主要设备位置的准确获取。在无人值守环境下，无需进行人工干预操作的序列控制操作方案实现成功率性、决策正确性等，往往还取决于一次级设备稳定性和一次二级操作设备运行的可靠性。

变电站顺序开关控制系统运行过程的主要一次动作设备，如断路器、隔离式开关、离地刀等，应采用电动操作机制，并能满足远程和本地运行模式的切换。当其处于远程操作模式时，本地操作应被锁定，反之亦然。所有高压设备应根据电力设备工况维护的要求，进行传动机构、同时开合、辅助触点等试验检查，确保长期良好性能。对于二次设备，英语支持IEC61850通信协议标准的智能元件、保护功能和出口设备应为软压板，支持远程修改整定值和稳定网络的保护装置应由顺控设备提供支持。根据高压隔离器各部分的实际材料性能，在有限元模拟模型中设置各部件的材料性能。在工程数据管理系统中可以设置各种材料参数，在工程数据中设置材料参数，可以直接将钢、铜合金和铝合金添加到材料库中，如新型陶瓷材料，设置材料的相对密度、泊松比、杨氏模量比等相关性能，材料性能见表2。

表2 隔离连接器的材料特性

由于隔离器开闭操作测控装置，或保护测控集成装置是驱动顺序控制命令的最终执行者，因此应从安全保护和工作环境等方面给予充分的保证，以确保正常运行。需要指出的是，由于本阶段部分智能变电站试运行中，电子变压器缺乏运行稳定性，其数据精度也可能影响序列控制操作设备的状态检测，在实际工作中应进行严格的巡逻防范。

1.3 变电站开关运行过程中顺序控制的实现

对于电站设备中的间隔设备来说，应根据设备状态定义工具定义的状态建模。通过定义和对各类不同参数的各种海湾设备状态参数间的自动转换，可以保证简单可靠、灵活快速地去自动实现针对各个不同的类型海湾设备，需要进行处理的各种相关业务操作。在对不同间隔的设备状态信号的自动序列转换控制过程和控制文件中，可以实现通过在自动序列的转换和控制过程文件中使用的定义工具，来实现相关参数的提示、遥控开关的操作、固定值区码的查看和设置，以及控制软压板上的开关。

所有上述这些操作控制过程文件，都会直接在操作过程文件中定义，并加载到序列控制执行装置中，便于后台监控设备可靠的实现序列控制过程定义操作，并完全自动实现操作中定义的序列控制任务。海湾设备中的相应设备通过操作文件，实现了对海湾设备的顺序控制功能。这不仅满足了新一代综合自动化专业的配置要求，而且也实现了来自新一代数字变电站不同厂家的设备互连的效果。根据电站间隔列表，显示和查看序列控制过程所定义的操作，并可以自行定义和实现间隔的操作任务。

在间隔操作定义过程中，可以对序列控制过程中的操作任务进行定义、编辑、修改和删除。在切换过程中，顺序控制设备平台的建设完成后，需要对顺序控制操作设备进行实际测试，以验证其功能是否满足要求。切换过程中的顺序控制操作过程如图3所示。

图3 切换过程顺序控制操作流程图

切换过程中的顺序控制操作主要包括用户权限验证、检查当前设备状态、选择设备目标状态、生成顺序控制操作、模拟演练、执行正式指令和正确的操作反馈等。

双辅助触点位置验证的方法，能使控制设备上对实际设备位置信号状态的自动判断能力更加灵活可靠，有效及时避免了一些由于被控设备位置的实际位置信息，与双辅助控制触点的不匹配状态而容易造成错误的失误操作。顺序控制设备位置的应急纠正措施主要是指，设备在实际执行动作过程中，需要改变正确的控制操作方式。与断路器顺序控制执行操作任务相关项目的断路器，如在断路器顺序自动控制程序执行后，未再达到执行该相关项目时自动跳闸，应进行自动条件适应程序选择暂停该操作项目或直接跳过此操作，并可以直接选择进入到下一步检查断路器位置，功能可靠性还包括自动顺序控制操作异常、暂停报警或完全停止自动操作时提醒手动干预。

目前，变电站开关过程顺序控制技术仍处于探索阶段，其改造实施、设备使用和日常运维管理在国网和省级公司层面缺乏相关规定。根据110kV云中变电站“开关工序顺序控制”改造，供电公司形成了5类，专项验收操作卡和开关工序顺控制操作，总结编制了国家电网供电公司变电站开关工序顺序控制设备的使用管理措施，以及国家电网供电公司变电站开关工序顺序控制设备的运维管理措施，包括改造建设、切换过程顺序控制设备的使用条件和工艺，以及设备运行要求，明确各部件日常运行维护的要点和设备维护的边界。

在断路器隔离操作与辅助开关开合操作状态信号的双重位置确认，与动作防误逻辑系统仿真研究实践中，断路器机构信号和断路器辅助开关触点信息的双重位置确认信号，与闭合动作状态信息中的双重位置确认信息，应是一个包括断路器在各种不同类型工作电源环境下运行，或使用中不同状态电路原理信息在内的断路器主辅关的双重确认位置标准。采用断路器机构参数及辅助主开关触点信息的双位置信息准则，可考虑作为确定断路器位置标准时的前两个较主要参考的位置准则，辅助主开关准则时应考虑到采用于该断路器设备所在保护电路系统中的短路电压测量数据，以及短路保护电流的遥测值信息。

如果基于现场遥测所得的现场信息，已完全无法单独进行实时采集，则可以直接认为由现场实时数字信号显示信号和现场设备信息反馈信息提供出来的，如现场设备通电位置数据和设备现场自动断电信息数据等数据。

轴闭合开双辅助开关准则信号，还可选择采用轴与轴闭合开的双隔离辅助开关触点信号和不同步，或一致开时触点的开合，或操作的位置信号及指示位置信号。其最上端还可选择配置或安装有至少一套基于深度学习算法设计的图像特征识别终端，以及一套视频图像采集分析处理智能终端，以实现切换过程中的序列控制双确认辅助准则。

隔离开关的开闭和操作，以及采用二次保护装置保护的软压板的双重确认。以软压板信息输入作为主要工作准则，以硬压板功能输入信息输入作为主要辅助操作准则。以输入距离保护软压板信息输入为输入主要操作准则，以输入距离保护输入信息输出作为输入辅助工作准则。

2 试验结果的分析

通过利用MATLAB/Simulink的仿真模拟软件，处理所采集记录到的变电站电流波形数据，并可以采用快速傅里叶变换算法，采用该变换方法直接计算短路故障产生后变电站第一周期电流波的电压幅值。当发生短路故障时波形保持固定不变之时，通过直接改变切换电源波形的初始时间阶段，分析说明了以上两种变换算法及其在切换电源的不同时间，初始时间阶段波形的切换过程计算中发生的时间顺序与控制时间管理误差。故障信号发生后的第一个时钟周期，即从0.06～0.08s的大约20ms的时间范围，记录不同环境下变电站开关梳相应效果的比较和检查结果，并随电源初始阶段的变化，5ms数据窗口中快速傅里叶变换与该方法的计算误差比较见表3。

表3 算法误差比较

3 结论

序列控制操作是国外比较成熟的技术，目前已广泛应用于国内换流站，运行多年未出现操作错误。由于国家电网公司设备开始开展开关过程顺序控制的试点应用，经过试点项目试验，在变电站实施开关过程顺序控制具有技术和经济优势，降低了专业人员的工作强度和压力。由于其智能操作，基本不存在误操作、误操作等现象。在未来的变电站运行中，该技术具有较大的发展潜力，其全面的应用可以加快电力生产的智能化和前沿发展。