110 千伏变电站高压开关柜一键顺控协同防误联锁智能操作应用

刘一平

（新疆八一钢铁股份有限公司设备工程部，新疆乌鲁木齐 830022）

引言

随着我国智能电网技术的迅速发展，变电站建设规模越来越大，其运行安全与效率直接影响了整个电网的供电质量。高压开关柜作为变电站内关键设备之一，完善的调度与操作规范对维持变电站安全高效运行至关重要。由于高压开关柜倒闸操作工序繁琐，导致常规操作技术下的失误操作概率较大，不仅影响了高压开关柜自身的稳定性，甚至对整个变电站的安全运行产生威胁。因此，为满足变电站高压开关柜对操控效率与操控安全性的需求，本文研究了一种一键顺控协同防误联锁智能操作技术，为智能电网的发展提供有效的保障。

1 智能操作110千伏变电站高压开关柜

高压开关柜是我国110 kV 变电站内的关键设备之一，主要包含了断路器、互感器、隔离开关等结构。目前，我国大部分110 kV 变电站的高压开关柜综合控制技术均未达到智能化的控制要求，主要采用顺序控制技术，也就是按照事先设定好的程序进行有序操作，虽然可以在一定程度上实现高压开关柜的自动化操作，但难以保障操作效率与安全性，所以本文在传统高压开关柜智能操作架构的基础上，构建一个110 kV 变电站高压开关柜一键顺控协同防误联锁智能操作架构［1］，如图1所示：

图1 变电站高压开关柜一键顺控智能防误运行架构

如图所示，本文在原110 kV 变电站高压开关柜智能操作架构中，新增了专用顺控主机与智能防误主机，当操作者通过远程操控主机的方式来操作高压开关柜时，智能防误主机会进入双层防误校验状态，只有校验通过，才会生成操作票，此时一键顺控主机就会按操作票中预设指令执行相应操作。下面本文将针对一键顺控操作与防误联锁操作的实现进行详细介绍。

1.1 一键顺控操作

一键顺控是一种基于计算机的自动化操作技术，可以通过预设程序对高压开关柜进行智能化与自动化的操作［2］。为实现110 kV 变电站高压开关柜的一键顺控操作，本文引入了磁感应传感器，实现一键顺控具体流程如下：（1）确定需要监测的高压开关柜的状态，包括其开关位置、动作状态等；（2）选择合适的磁感应传感器，根据需要监测的状态选择合适的类型和规格；（3）在高压开关柜的适当位置安装磁感应传感器，确保能够正确感应到开关柜的动作和位置；（4）将磁感应传感器的输出信号连接到相应的监测系统或控制系统中，以便对开关柜的状态进行实时监测和控制。

在实际应用中，需要使用一定数量的磁感应传感器对多个高压开关柜的感知节点进行涵盖。那么磁感应传感器覆盖问题看作数学问题，可通过相应的计算公式解决。

设有x个高压开关柜，在区域内磁感应传感器节点有y个，那么高压开关柜中磁感应传感器节点之间的覆盖率可以表达为如公式（1）所示。

公式（1）中，ex,y∈{ }0,1 ，表示第x个被第y个传感器节点覆盖的概率。ex,y=0 代表被监测的高压开关柜不在被监测的区域，被监测的高压开关柜被监视的可能性为0；那么，ex,y=1 代表被监测的高压开关柜处于磁感应传感器的感应区域之内，感应到的几率是100%。

受到磁感应传感器的感知范围的限制，传感器节点只能对感知范围内的有限高压开关柜进行监测。磁感应传感器节点和高压开关柜间的监测关系如公式（2）所示。

公式（2）中，V表示磁感应传感器节点和高压开关柜之间的监测关系矩阵。Vx,y∈{ }0,1 ，当Vx,y=0 时，表示第x个高压开关柜虽然在第y个磁感应传感器节点的覆盖范围内，但却没有被监测。当Vx,y=1 则表示当前高压开关柜处于被监测位置。可通过上述公式解决磁感应传感器的节点全面覆盖问题。

实现磁感应传感器的节点全面覆盖后，根据110 kV变电站高压开关柜实际运行情况设置一个状态阈值，以断路器的开合状态为例，当Uη时，U为位置阈值，V为误差阈值，那么断路器处于关闭状态，反之断路器处于运行状态。在根据上述步骤所示的磁感应传感器识别出高压开关柜的状态后，即可根据开关柜的实际运行情况设置相应的调控指令［3］，并以一键顺控交互的方式，操作高压开关柜执行特定指令，从而实现了110 kV变电站高压开关柜一键顺控操作。

1.2 防误联锁操作

防误联锁就是通过一定手段对高压开关柜的操作进行限制，避免误操作的发生［4］。本文为确保110 kV 变电站高压开关柜的安全性智能操作，在一键顺控协同防误联锁智能操作架构中嵌入了“五防”联锁操作程序［5］。在执行“五防”联锁操作程序时，必须在每一项步骤完成后，及时确认高压开关柜的运行状态，只有处于正常运行状态才能执行下一步骤的操作程序。与此同时，如果在执行“五防”联锁操作程序时出现任何障碍，均需要停止操作程序并进行检查，只有检查无误后才能继续进行操作。

2 实际应用

本文研究的一键顺控协同防误联锁智能操作技术为110 kV 变电站高压开关柜的智能化、无人化、少人化提供有效的执行条件与可靠的运行保障，但是在该智能操作技术正式推广之前，还需对其进行运行测试，通过测试结果为技术的实际应用给予有效支撑。某新建的110 kV 变电站，主变压器容量为63 MVA。本文选取该变电站作为试点变电站，站内高压开关柜中各个装置均具备电动操作机构，本次实验在站内原有的高压开关柜操作平台中添加了设计的一键顺控协同防误联锁智能操作模块，执行变电站内高压开关柜的全部操作指令。根据试点变电站的现场考察结果，对主变压器进行相应操作，同时为验证本文设计的高压开关柜一键顺控协同防误联锁智能操作技术的检修效率，选择传统高压开关柜操作技术作为对照组，分别操作变压器进行检修作业，并在作业过程中记录不同操作技术下的检修时间，详细结果如表1所示。

表1 不同操作技术下的高压开关柜检修时间对比

从表1数据可以看出，无论是主变压器的哪种操作任务，与传统操作技术相比，本文设计的智能操作技术所需时间均较短，其中传统操作技术下主变压器各项任务中最大检修时间为25 min，本文设计智能操作技术下主变压器各项任务中最大检修时间为5min，较传统操作时间缩短20 min。这主要是因为本文设计的智能操作技术中应用了一键顺控操作技术，可以快速完成高压开关柜的运行转换，再加上设计技术中结合了五防联锁技术，可以确保主变压器操作的正确性，减少人为因素造成误操作的概率，从而提升操作效率。综上所述，本文设计的一键顺控协同防误联锁智能操作技术是有效且正确的，可以满足110 kV 变电站高压开关柜的实际操控需求，并具有广阔的应用前景。

3 结论

本文采用了理论与实验相结合的方式，对110 kV变电站高压开关柜一键顺控协同防误联锁智能操作技术进行研究，与传统式高压开关柜操作技术相比，本文研究的一键顺控协同防误联锁智能操作技术在安全性与可靠性等方面得到了本质化的提升，不仅可以促使高压开关柜的操作过程更加快速，而且可以有效防止误操作的发生。本次研究仅仅完成了一些基本的功能，在实际变电站日常运行过程中，还需综合考虑开关柜的故障检测、自动校核等功能，这是未来智能化开关发展的一个方向，为真正实现智能变电站的“一键式”操控作出贡献。