一种变压器有载分接开关档位控制器防误控制研究

黄博，徐学帅，李踔，尹丕祥，马留二，苏煜，熊晓川

（云南电网有限责任公司普洱供电局，云南 普洱 665000）

0 前言

大型电力变压器是电力系统中传输电能的重要设备，而有载调压开关是变压器实施不停电调节电压的关键设备，运行良好的有载调压开关可以避免不必要的倒闸操作和停送电，减少非计划性停电时间和风险。有载调压开关长期工作在强电场、高温高压环境下，不可避免地存在元件损耗、机械卡涩、绝缘老化等缺陷，从而造成拒动和误动情况[1-2]，严重时会引起保护动作、主变跳闸等电网事故。

传统的变压器有载分接开关控制部分主要由电动机构箱以及档位控制器构成，控制流程是由调度主站及后台监控根据设定电网电压控制逻辑进行自动调压，调压指令下发到档位控制器然后再到电动机构箱进行控制，如图1，其中档位控制器是控制命令的执行核心部件。

图1 变压器有载分接开关控制部件

目前传统的档位控制器及其档位调节方法在实际运行中存在一些问题和缺点：

1）调度主站及后台监控下发主变档位升、降、急停遥调命令，档位控制器是否收到遥调命令只能通过调压电动机构是否调档来确认，调档未成功不能确定是控制器与电动机构通讯还是控制器与远动、后台通讯问题；

2）调度主站及后台监控下发错误命令但档位控制器不能判别其合理性，可能造成电压偏高仍然升压或者相反情况；

3）调度主站AVC程序及后台监控重复下发指令，造成调压电动机构非正常调档。

随着数字化和智能化控制装置的采集计算能力及通信能力不断增强，本文提出了一种本质安全的变压器有载分接开关档位控制器防误控制设计方法，使得档位控制器可以对通信和命令报文进行核验和确认，同时根据采集到的目标电压值进行本地调档合理性校验，避免错误指令的执行，同时支持快速定位故障。

1 本质安全防误控制方法

在实际运行中，有多种原因能引起变压器有载分接开关档位调节误动作，既有可能是分接开关本体故障，也有可能是档位控制器故障或是上位机误发命令造成的。要实现本质安全的防误控制，必须在档位控制器中增加调节命令的就地条件校验，在控制命令执行前进行防误逻辑判断，从而保障调档动作的准确和合理，具体方法如下：

1）档位控制器增加母线电压及负荷电流监测，在调度主站AVC程序及后台监控下发升降档命令后可以进行逻辑防误操作判别；

2）档位控制器支持通信状态监测，从而增强档位控制器的逻辑判别功能；

3）档位控制器增加调档间隔设定和操作次数限定的防误功能；

考虑到档位控制器在变电站综合自动化系统中的功能定位，在传统档位控制器上增加防误控制功能有几个难点：

1）档位控制器要读取母线电压和负荷电流值，需要增加接线，现场改造工作量大；

2）档位控制器要通过通信方式获取母线电压和负荷电流值，需要从保护测控装置召唤或直接读取SV服务数据

3）档位控制器的防误功能需要通过MMS服务进行投入退出

根据这三点功能改进后的档位控制器如图2所示，装置的通信和计算能力得到了很大提升，支持IEC61850通信协议，支持接线方式或通信方式获取母线电压和负荷电流。

图2 变压器有载分接开关档位控制器

2 本质安全档位控制器实现

根据档位控制的防误控制方法，控制器的具体设计方案描述如下：

2.1 控制装置功能设计

1）调度主站AVC程序及后台监控通过网络与远控屏的有载分接开关档位控制器进行通信，投退防误功能和发送控制命令，具体通信协议采用IEC61850通信协议；

2）保护测控装置同时将变压器的电压，电流数据通过IEC61850通信协议传输给有载分接开关档位控制器；

3）档位控制器与分接开关电动机构箱进行通信和控制执行，档位控制器能判别机构箱通信状态；

4）档位控制器基于保护测控装置传输的电压电流状态以及电动机构箱的状态对调度主站和后台监控系统下发的控制命令进行逻辑防误判断，如果不满足调档条件，则进行闭锁和反馈；

5）如档位控制器判断满足调档条件，则执行相应的调档命令并在执行完成后回复调度主站和监控后台系统遥控成功。

2.2 控制装置软硬件架构

为了实现防误控制功能，装置的通信和计算能力需要提高以支持更多IEC61850通信服务，因此对装置的软硬件架构做了升级：

1）硬件上升级了装置的主控板，采用了通信处理能力更强的PowerPc芯片，从而保障CPU可以同时进行IEC61850数据服务和IEC61850客户端访问，具体IEC61850建模如图3。

图3 软件功能完善

2）软件上在原有的交流采样模块上增加了IEC61850客户端功能，支持从保护装置读取交流采样数据，具体软件功能模块如图4：

图4 档位控制器软件功能模块

2.3 防误控制逻辑设计

结合现场变压器的分接开关特殊控制逻辑[3]，增加防误功能的控制器控制逻辑如图5所示：

图5 档位控制器防误控制逻辑

1）档位控制器控制防误操作，对调度及后台下发的调节档位控制命令的合理性、正确性进行判断，闭锁异常操作命令，具体方法：

a．档位控制器增加控制防误功能压板，支持通过压板投入、退出档位控制器控制防误功能。控制防误功能压板支持虚拟遥信量，调度及后台可以通过相应的虚拟遥控量进行远程投切防误功能；

b．控制防误功能压板投入后，档位控制器对负载电流，电压进行自动监测和闭锁逻辑判别，如果当前控制命令满足闭锁条件时，应按照遥控对象进行闭锁，向调度主站和监控后台返回“防误逻辑判断不通过，主变升档或降档遥控失败”软遥信告警；

c．如果档位控制器判断当前控制命令不满足闭锁条件时，执行相应的调档命令并在执行完成后返回遥控成功。

2）档位控制器控制防误策略：母线电压越限闭锁（母线电压可通过遥测转发给档位控制器的形式参与逻辑判别）。

a．当相应母线电压的越限状态已经为越上限时，闭锁升档的遥控操作；

b．当相应母线电压的越限状态已经为越下限时，闭锁降档的遥控操作；

c．当变压器负载电流越限状态已经为越上限时，闭锁升降档遥控操作；

d．电压越限闭锁定值应与对应上级调度定值单或变电站运规的母线电压控制上下限相配合，支持分时段配置；其闭锁定值上限应大于控制上限0～1 kV，其闭锁定值下限应小于控制下限0～1 kV；

e．对于处于检修状态的母线，该母线电压不应触发母线电压越限闭锁。

3）连续操作闭锁。

a．档位控制器应能闭锁短时间连续多次接收到的主变升降档的遥控指令（如：1分钟内不允许连续执行调度或后台的调档命令）；

b．档位控制器中配置的连续遥控闭锁时间应小于所接入调度系统连续两次计算周期的时间间隔；

c．当有人工操作连续主变升降档位的需求时，应预先退出防误闭锁压板再执行操作。

4）其他闭锁。

a．主变测控或挡位控制器装置失电或通信中断时，应闭锁；

b．当对应主变测控装置闭锁或报警时，应闭锁；

c．当对应主变保护装置保护动作跳闸时，应闭锁。

3 控制器防误功能测试

在完成改进的新型分接开关档位控制器研发后，我们根据设计完善的原理图（如图6）搭建了测试平台对装置防误功能进行了系统测试（如图7）。

图6 档位控制器原理图

图7 档位控制器测试平台

测试结果表明装置能够按照防误控制逻辑进行准确的闭锁和功能投退，验证了方案的可行性，可以进一步在现场进行挂网。

4 结束语

本文实现的变压器有载分接开关档位控制器能够本地校验远方控制命令，通过就地进一步的调压逻辑判别有效保障电动机构不误调档，实现了控制器本质安全，通过就地防误，提高分接开关使用寿命和运行安全；通过通信状态的实时更新判别，可以快速定位控制异常，缩短检修及故障排除时间，有效节约人力资源和故障排查时间，迅速恢复电网正常稳定运行；

档位控制器的就地防误功能符合电网公司本质安全建设工作要求，提高了站端设备对来源于主站指令的安全鉴别能力，防误控制型档位控制器的实现具有广阔的应用前景。