一種新型的變電站在線(xiàn)式五防系統的實(shí)現

介紹了一種基于GOOSE技術(shù)的新型變電站在線(xiàn)式五防系統。分析了傳統微機五防所存在的缺點(diǎn)，介紹了GOOSE技術(shù)的基本情況，并對變電站在線(xiàn)式五防系統進(jìn)行了全面概述。詳細分析了該系統具體各模塊的實(shí)現方式，包括監控后臺、測控屏柜、智能操作箱及鎖具的實(shí)現，針對該系統在運行當中可能出現的各種異常情況提出了處理建議。闡述該在線(xiàn)式五防系統如何設計和實(shí)現，能方便地解決傳統微機五防的缺點(diǎn)，在今后變電站的五防系統建設中具有良好的應用前景。

引言

近年來(lái)，計算機技術(shù)在電力系統的普及應用，使電力系統自動(dòng)化技術(shù)水平有了極大地發(fā)展。目前在電力系統中應用最為廣泛的是監控系統與五防系統分別獨立運行模式的傳統微機防誤閉鎖系統。微機防誤閉鎖系統主要由三個(gè)部分組成，即防誤主機(或五防模擬屏)、電腦鑰匙及現場(chǎng)鎖具。其特點(diǎn)是防誤主機(或五防模擬屏)，將模擬預演后的正確操作步驟傳輸到電腦鑰匙，其后的操作以電腦鑰匙為主，來(lái)完成閉鎖鎖具的解鎖工作。

但是微機防誤閉鎖系統也有難以克服的缺占：

1)微機防誤閉鎖系統基本上都是離線(xiàn)式系統，防誤主機不能實(shí)時(shí)獲得操作的執行情況，只有在電腦鑰匙回傳后，才可以獲得相關(guān)的操作信息。閉鎖邏輯只能在事前判斷，不能反映現場(chǎng)變化的情況。

2)微機防誤閉鎖系統的鎖具及其附件類(lèi)型繁多，裝設復雜，容易出現可靠性問(wèn)題，增加了維護和運行的負擔。

3)五防主機與電腦鑰匙的通訊是影響系統可靠性的重要因素。

隨著(zhù)IEC61850標準在變電站的逐步應用和推廣，特別是GOOSE(面向對象的通用變電站事件)技術(shù)的實(shí)現，使得在變電站方便實(shí)現在線(xiàn)式的五防功能成為可能。本文介紹了一種一體化的在線(xiàn)式五防閉鎖系統，能有效消除以上獨立微機防誤閉鎖系統的缺點(diǎn)，并提出了全站的詳細設計方案，預備在廣東茂名某數字化變電站試點(diǎn)運行。

1.GOOSE技術(shù)

GOOSE(面向對象的通用變電站事件)技術(shù)是IEC61850標準應用的主要部分l，以高速P2P通信為基礎，為整個(gè)變電站IEC61850邏輯節點(diǎn)間的通信提供了快速而高效可靠的方法。

G0oSE通訊的快速實(shí)時(shí)性一方面得益于其傳輸服務(wù)直接映射到底層數據鏈路層和物理層，而不經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò )層和傳輸層，加速簡(jiǎn)化了報文的封裝、解碼等過(guò)程;另一方面還采用了較先進(jìn)的交換式以太網(wǎng)技術(shù)，使用了正優(yōu)先級標志虛擬，從而保證了報文傳輸的實(shí)時(shí)性。其次，其消息報文中還包含了數據有效性檢查和消息的丟失、檢查、重發(fā)機制所需各種信息，以保證接收側能夠收到消息并驗證執行與其的操作。目前已經(jīng)有變電站實(shí)施了基于GOOSE的控制聯(lián)閉鎖的應用。利用 GOOSE的這種實(shí)時(shí)性和可靠性，可以將狀態(tài)量(開(kāi)關(guān)、刀閘位置及操作開(kāi)放允許信號)迅速可靠地在智能操作箱、測控單元、五防后臺之間進(jìn)行傳送。這也是變電站實(shí)現在線(xiàn)式五防的基礎。

2.在線(xiàn)式五防系統的概述

在線(xiàn)式五防系統是將后臺五防與測控裝置及智能操作箱通過(guò)GOOSE 信號緊密聯(lián)系在一起，來(lái)實(shí)現變電站的五防操作的系統。如圖1所示。后臺通過(guò)測控信號反饋實(shí)現全站的邏輯閉鎖以及順序票的執行，測控裝置實(shí)現本間隔的五防邏輯閉鎖。在線(xiàn)式五防系統就是將兩者信號進(jìn)行交互，合并后可實(shí)現在線(xiàn)式的實(shí)時(shí)五防閉鎖：

1)在線(xiàn)式一體五防操作閉鎖系統，通過(guò)監控系統獲取實(shí)時(shí)的操作狀態(tài)，對于非電動(dòng)開(kāi)關(guān)通過(guò)配置帶有返回觸點(diǎn)的鎖具減少電腦回傳的次數，每一步五防操作的順序執行以及操作票的進(jìn)行，通過(guò)獲取操作狀態(tài)信息來(lái)進(jìn)行，從而實(shí)現在線(xiàn)式的實(shí)時(shí)的五防系統，實(shí)現操作票的順序閉鎖。

2)通過(guò)測控裝置之間的GOOSE 的閉鎖邏輯來(lái)實(shí)現間隔層的連鎖，并由測控裝置提供一副閉鎖觸點(diǎn)串入相應開(kāi)關(guān)刀閘或鎖具的操作回路中，實(shí)現本間隔的相應對象的測控五防聯(lián)鎖觸點(diǎn)。

3)調度遙控需要經(jīng)過(guò)三層五防校驗：主要包括對調度遙控對象經(jīng)后臺五防校驗，經(jīng)測控聯(lián)鎖校驗、電氣閉鎖。

4)后臺的五防系統在經(jīng)過(guò)操作票預演后，形成五防操作票對應的操作序列，在正常情況下，后臺系統在操作票序列激活后僅開(kāi)放該操作票中相應操作的對象，同時(shí)閉鎖其他與此操作票有關(guān)以及能對該操作票產(chǎn)生影響的操作對象。在此基礎上后臺對每個(gè)操作對象產(chǎn)生兩個(gè)虛擬信號：1)此對象操作票序列允許信號。2)此對象當前后臺五防邏輯是否滿(mǎn)足信號。這兩個(gè)信號通過(guò)GOOSE傳輸給測控裝置，測控裝置接收這兩個(gè)信號，并參與本地的連鎖運算，最終通過(guò)運算輸出本間隔的測控五防觸點(diǎn)給操作回路。

就地操作時(shí)，需要經(jīng)過(guò)后臺操作票序列閉鎖，防止走錯間隔，對不應該控制而同時(shí)聯(lián)鎖開(kāi)放的間隔進(jìn)行控制。

3.在線(xiàn)式五防系統的實(shí)現方式

3.1后臺的實(shí)現

后臺實(shí)行一體化五防即五防系統嵌入后臺監控系統當中，實(shí)時(shí)從監控系統獲取當前全站的遙信狀態(tài)。正常情況下任何操作都需要操作票才能進(jìn)行。針對每一步的操作序列，通過(guò)GOosE將對應操作序列信息點(diǎn)置位。只有當相應的操作正確動(dòng)作并有觸點(diǎn)返回后，才確認該操作完成，將操作序列信息點(diǎn)復歸并進(jìn)入到下一步操作或操作結束。

后臺經(jīng)過(guò)五防開(kāi)票，通過(guò)G00SE將五防聯(lián)鎖的運算結果即每個(gè)操作對象的操作條件是否滿(mǎn)足發(fā)送給對應的包含該操作對象的測控單元。

后臺的遙控操作在操作之前，必須經(jīng)過(guò)自己的一體五防邏輯判斷是否允許當前操作。遙控令到達測控裝置后，測控裝置僅校驗測控裝置本身的間隔測控聯(lián)鎖虛觸點(diǎn)，而不再校驗該操作序列是否允許。

后臺需具有臨時(shí)解鎖功能，解除后臺的開(kāi)票，允許后臺緊急單步操作。

3.2測控屏的實(shí)現

在測控屏柜設計兩個(gè)把手：一個(gè)為遠方就地把手(QK)，“遠方”模式對應調度以及后臺的遙控，“就地”模式對應就地操作;另一個(gè)為五防把手，1代表“在線(xiàn)五防”投入;0代表“在線(xiàn)五防”退出(間隔測控聯(lián)鎖依然運行);增加一個(gè)開(kāi)關(guān)的操作把手(KK)，該把手在 QK打到就地時(shí)，可經(jīng)過(guò)KK把手對開(kāi)關(guān)進(jìn)行分合。測控屏上不需要增加解鎖鑰匙。解鎖操作全部在就地端子箱操作。

正常情況下：“在線(xiàn)五防”投入，QK 把手處于“遠方”：此時(shí)，測控裝置最終的測控五防閉鎖觸點(diǎn)通過(guò)間隔測控聯(lián)鎖的判斷后輸出。即遠方遙控情況下，后臺與調度發(fā)送的遙控令只經(jīng)過(guò)間隔測控聯(lián)鎖連個(gè)虛觸點(diǎn)。后臺的順序操作僅由后臺一體五防邏輯來(lái)保證。當“在線(xiàn)五防”投入，QK把手處于“就地”：此時(shí)，測控裝置閉鎖遠方操作，僅可以在測控屏上進(jìn)行操作;此時(shí)測控裝置最終的測控五防聯(lián)鎖觸點(diǎn)通過(guò)：后臺五防邏輯、間隔測控聯(lián)鎖、后臺五防操作序列允許的“與”邏輯后輸出， 即就地操作必須經(jīng)過(guò)后臺的操作票序列允許，該操作主要目的是為了避免就地操作時(shí)走錯間隔而產(chǎn)生誤操作。當“在線(xiàn)五防”退出時(shí)，測控裝置的測控五防閉鎖觸點(diǎn)僅經(jīng)過(guò)測控裝置的問(wèn)隔聯(lián)鎖邏輯輸出。

3.3智能操作箱的實(shí)現

智能操作箱可以與測控單元進(jìn)行GOOSE信號的收發(fā)聯(lián)系。智能操作箱一方面采集本間隔的開(kāi)關(guān)、刀閘等位置信息上送給測控單元，另一方面接收測控單元發(fā)送的操作允許的GOOSE信息。測控單元對應的智能操作箱針對每一個(gè)可操作對象應提供分合各一副閉鎖觸點(diǎn)串入操作回路。當操作箱收到測控裝置發(fā)送的所對應對象的測控五防聯(lián)鎖觸點(diǎn)開(kāi)放GOOSE信號后，則該操作對象可以進(jìn)行操作。同時(shí)智能操作箱提供一副緊急解鎖的萬(wàn)能鑰匙， 以應對當GOOSE斷鏈無(wú)法獲取聯(lián)鎖結果而閉鎖聯(lián)鎖觸點(diǎn)時(shí)，運行人員到就地緊急操作時(shí)能夠通過(guò)把手從外回路將聯(lián)鎖觸點(diǎn)隔開(kāi)，進(jìn)行就地緊急控制。同時(shí)在就地端子箱上應具有“遠方/就地”的QK把手，該把手打到就地后，僅允許在端子箱內就地操作。同時(shí)該遠方就地把手信號需要送到測控裝置中，從而保證端子箱內就地操作時(shí)能通過(guò)操作票序列的校驗。

3.4鎖具的實(shí)現

選用一種可以實(shí)時(shí)觸點(diǎn)返回的鎖具。在運行人員現場(chǎng)操作完畢，且刀閘操作到位后，提供返回的觸點(diǎn)通過(guò)硬接線(xiàn)給智能操作箱或測控裝置，從而實(shí)現該操作的反饋。

圖1變電站在線(xiàn)式五防方案系統圖

4.在線(xiàn)五防的應用

當在后臺進(jìn)行遙控操作時(shí)，正常情況下，在線(xiàn)五防聯(lián)鎖把手處在“投入”模式，后臺每步操作都必須經(jīng)過(guò)后臺的五防邏輯判斷和操作票順序判斷;同時(shí)經(jīng)過(guò)測控裝置的聯(lián)鎖邏輯判斷，如果條件滿(mǎn)足，則相應的操作回路中的測控五防聯(lián)鎖閉鎖觸點(diǎn)會(huì )相應閉合，并最終通過(guò)操作箱實(shí)現分合閘命令。

當遠方調度進(jìn)行遙控聯(lián)鎖操作時(shí)，調度只經(jīng)過(guò)測控單元的間隔聯(lián)鎖、電氣閉鎖。

當轉為就地操作時(shí)，測控屏以及智能匯控柜的就地操作都需要經(jīng)過(guò)操作票序列校驗以及后臺五防以及間隔測控聯(lián)鎖校驗。

對臨時(shí)接地樁以及非電動(dòng)刀閘的操作：當操作票執行至非電動(dòng)刀閘或臨時(shí)接地樁時(shí)，通過(guò)測控裝置相應的測控五防聯(lián)鎖GOOSE觸點(diǎn)導通其操作回路，運行人員進(jìn)行機構操作后， 由五防鎖具確認其機構是否操作到位，并提供返回觸點(diǎn)通過(guò)硬接點(diǎn)方式回送給測控裝置，從而完成相應操作票操作。

對非聯(lián)鎖對象的遙控以及開(kāi)關(guān)的緊急操作：對于非聯(lián)鎖對象(包括檔位、AVC等)以及調度對開(kāi)關(guān)的緊急操作，不經(jīng)過(guò)任何五防閉鎖操作，該操作可經(jīng)過(guò)正常的遙控完成所有操作。

5.實(shí)際操作異常問(wèn)題及解決措施

本在線(xiàn)式一體化五防系統也考慮了幾種異常情況下的操作解決措施。

1)當后臺一體五防無(wú)法工作時(shí)：當后臺一體五防遇到緊急情況無(wú)法執行相應的操作票順序并發(fā)出正確的五防解鎖信號時(shí)，測控裝置提供一個(gè)“在線(xiàn)五防”的退出把手，測控裝置的測控五防聯(lián)鎖閉鎖觸點(diǎn)不再經(jīng)過(guò)監控五防，而是直接由本間隔的閉鎖邏輯完成邏輯運算，并將測控五防聯(lián)鎖閉鎖觸點(diǎn)輸出給操作箱。

2)測控裝置無(wú)法工作或者遭遇GOOSE斷鏈時(shí)：當測控裝置遇到緊急情況無(wú)法完成正確的聯(lián)鎖運算或者GOOSE斷鏈無(wú)法將正確內容發(fā)送給操作箱時(shí)，在本間隔就地的端子箱提供一副萬(wàn)能鑰匙，能夠完成該間隔的所有可控刀閘的解鎖，并就地操作。該間隔的防誤閉鎖功能完全由一次設備的電氣聯(lián)鎖完成。

6.結束語(yǔ)

近年來(lái)，隨著(zhù)IEC61850標準在變電站研究應用的逐步深入，對傳統變電站的運行方式有了新的理念。本文介紹的基于GOOSE技術(shù)的在線(xiàn)式一體化五防系統能有效地解決傳統微機五防系統帶來(lái)的離線(xiàn)式操作狀態(tài)不實(shí)時(shí)、五防鎖具容易損壞等弊病，為變電站的五防操作提供了一種全過(guò)程可控的可靠操作模式，從而有效地避免變電站誤操作的發(fā)生。相信本在線(xiàn)式五防系統在不久的將來(lái)，會(huì )在變電站中得到廣泛的應用，為保證電網(wǎng)的安全可靠運行提供有效的手段。

更多好文：21ic智能電網(wǎng)