1.引言

智能化變電站是數(shù)字化變電站的升級和發(fā)展，是在數(shù)字化變電站的基礎上，結合智能電網的需求，對變電站自動化技術進行充實以實現(xiàn)變電站智能化功能。智能化變電站是智能電網運行與控制的關鍵，是智能電網中變換電壓、接受和分配電能、控制電力流向和調整電壓的重要電力設施，是智能電網“電力流、信息流、業(yè)務流” 三流匯集的焦點，是統(tǒng)一堅強智能電網的重要基礎和支撐，它基于IEC61850標準，在邏輯上分為站控層、間隔層和過程層，以一次設備智能化、二次設備網絡化、信息共享標準化為特點，綜合高級應用功能，逐漸在電力系統(tǒng)得到推廣和應用。

近幾年隨著智能變電站新技術的不斷應用和推廣，防誤閉鎖問題日益突出，如何解決智能化變電站有效防止誤操作事故的發(fā)生，目前國內還未形成統(tǒng)一、規(guī)范的意見及解決方案。本文就智能化變電站防誤閉鎖的全面性、強制性、信息共享等幾個關鍵問題及實現(xiàn)方案進行分析和探討。

2. 智能化變電站的功能特征

智能化變電站的設計和建設，必須在智能電網的背景下進行，要滿足智能電網建設和發(fā)展的要求，體現(xiàn)智能電網信息化、數(shù)字化、自動化、互動化的特征。智能化變電站應當具有以下功能特征:

(1)緊密聯(lián)結全網。

從智能化變電站在智能電網體系結構中的位置和作用看，智能化變電站的建設，要有利于加強全網范圍各個環(huán)節(jié)間聯(lián)系的緊密性，有利于體現(xiàn)智能電網的統(tǒng)一性，有利于互聯(lián)電網對運行事故進行預防和緊急控制，實現(xiàn)在不同層次上的統(tǒng)一協(xié)調控制，成為形成統(tǒng)一堅強智能電網的關節(jié)和紐帶。智能化變電站的“全網”意識更強，作為電網的一個重要環(huán)節(jié)和部分，其在電網整體中的功能和作用更加明顯和突出。

(2)支撐智能電網。

從智能化變電站的自動化、智能化技術上看，智能化變電站的設計和運行水平，應與智能電網保持一致，滿足智能電網安全、可靠、經濟、高效、清潔、環(huán)保、透明、開放等運行性能的要求。在硬件裝置上實現(xiàn)更高程度的集成和優(yōu)化，軟件功能實現(xiàn)更合理的區(qū)別和配合。應用FACTS技術，對系統(tǒng)電壓和無功功率，電流和潮流分布進行有效控制。

(3)高電壓等級的智能化變電站滿足特高壓輸電網架的要求。

隨著我國電網建設的迅速發(fā)展，特高壓輸電線路將是構成我國智能電網的骨干輸電網架，必須面對大容量、高電壓帶來的一系列技術問題。特高壓變電站應能可靠地應對和解決在設備絕緣、斷路開關等方面的問題，支持特高壓輸電網架的形成和有效發(fā)揮作用。

(4)中低壓智能化變電站允許分布式電源的接入。

在未來的智能電網中，一個重要的特征是大量的風能、太陽能等間歇性分布式電源的接入。智能化變電站是分布式電源并網的入口，從技術到管理，從硬件到軟件都必須充分考慮并滿足分布式電源并網的需求。大量分布式電源接入，形成微網與配電網并網運行模式。這使得配電網從單一的由大型注入點單向供電的模式，向大量使用受端分布式發(fā)電設備的多源多向模塊化模式轉變。與常規(guī)變電站相比，智能化變電站從繼電保護到運行管理都應做出調整和改變，以滿足更高水平的安全穩(wěn)定運行需要。

(5)遠程可視化。

智能化變電站的狀態(tài)監(jiān)測與操作運行均可利用多媒體技術實現(xiàn)遠程可視化與自動化，以實現(xiàn)變電站真正的無人值班，并提高變電站的安全運行水平。

(6)裝備與設施標準化設計，模塊化安裝。

智能化變電站的一二次設備進行高度的整合與集成，所有的裝備具有統(tǒng)一的接口。建造新的智能化變電站時，所有集成化裝備的一、二次功能，在出廠前完成模塊化調試，運抵安裝現(xiàn)場后只需進行聯(lián)網、接線，無需大規(guī)?，F(xiàn)場調試。一二次設備集成后標準化設計，模塊化安裝，對變電站的建造和設備的安裝環(huán)節(jié)而言是根本性的變革?？梢员ＷC設備的質量和可靠性，大量節(jié)省現(xiàn)場施工、調試工作量，使得任何一個同樣電壓等級的變電站的建造變成簡單的模塊化的設備的聯(lián)網、連接，因而可以實現(xiàn)變電站的“可復制性”，大大簡化變電站建造的過程，而提高了變電站的標準化程度和可靠性。出于以上需求的考慮，智能化變電站必須從硬件到軟件，從結構到功能上完成一個飛越。

3.智能化變電站防誤閉鎖應考慮的幾個關鍵問題

3.1防誤閉鎖的全面性

智能化變電站防誤閉鎖的關鍵點之一是要實現(xiàn)防誤閉鎖的全面性。如果閉鎖不全面，將不可避免地留下誤操作隱患。全面性主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

首先，防誤閉鎖需要覆蓋變電站運行、操作、檢修等各個環(huán)節(jié)，不會因為某個環(huán)節(jié)防誤功能的缺失而對整個防誤操作產生影響;

其次，防誤閉鎖需要覆蓋所有手動和電動設備，不能因為某種設備類型少或閉鎖困難就忽略對某些設備的閉鎖措施，包括斷路器、隔離開關等一次設備和可能產生誤操作的臨時接地線、網(柜)門等;另外，電氣設備操作不管是在遠方、站控層、間隔層還是在設備級層上進行操作控制，不管是對單獨設備進行操作還是程序化操作，都應具有防誤閉鎖措施。

3.2防誤閉鎖的強制性

什么是強制閉鎖，國家電網公司《防止電氣誤操作安全管理規(guī)定》中給出的明確定義是：在設備的電動操作控制回路中串聯(lián)以閉鎖回路控制的接點和鎖具，在設備的手動操控部件上加裝受閉鎖回路控制的鎖具。其要點有兩個方面，一是高壓設備的電控回路串接閉鎖接點，手動部件裝設鎖具，二是閉鎖接點或鎖具由閉鎖回路控制。因此，不論閉鎖需要的回路如何實現(xiàn)，其技術基礎是閉鎖接點與閉鎖鎖具。

在數(shù)字化變電站中，保護、測控裝置等二次設備不再出現(xiàn)常規(guī)功能裝置重復的I/O 現(xiàn)場接口和二次回路，它直接通過光纖通道和智能操作單元以及合并器相連，也就是說電動和手動操作的控制回路已經下放到了過程層的智能操作單元或者直接放到了智能一次設備內部。針對這種變化，如何在控制回路中串接閉鎖節(jié)點和在操控部件上加裝閉鎖鎖具以實現(xiàn)強制性閉鎖功能，將成為一個新問題。

雖然在智能化變電站中，強制閉鎖的實現(xiàn)遇到了新的問題，但這一要求是必須且不可回避的，完全依靠監(jiān)控系統(tǒng)的邏輯閉鎖軟件來實現(xiàn)全站的遠方、就地操作防誤閉鎖功能，存在操作隱患，不能完全解決因監(jiān)控主機、測控單元的軟、硬件發(fā)生故障或運行人員操作不當時造成的電氣設備誤動問題，雖然解決了閉鎖的邏輯問題，但是滿足不了強制性的要求。

3.3防誤閉鎖系統(tǒng)的獨立性和與其它系統(tǒng)的信息共享問題

要保證數(shù)字化變電站中防誤閉鎖的全面性和強制性，就要使防誤閉鎖系統(tǒng)本身具有一定的獨立性，在自動化系統(tǒng)癱瘓，系統(tǒng)不能進行遙控操作時，不能影響就地手動操作防誤閉鎖功能的應用。防誤閉鎖系統(tǒng)本身的獨立性和數(shù)字化變電站中強調的設備信息共享原則是不矛盾的，由于數(shù)字化變電站各設備及系統(tǒng)之間數(shù)據交互采用統(tǒng)一的IEC61850標準，強調互聯(lián)與互操作性，所以防誤閉鎖裝置和自動化裝置之間數(shù)據交互不像傳統(tǒng)變電站那樣，缺乏統(tǒng)一通訊標準，互聯(lián)困難的問題已經不復存在，在數(shù)字化變電站中是完全可以做到保持防誤閉鎖裝置獨立性基礎上的信息統(tǒng)一和共享的。

4.智能化變電站防誤閉鎖

智能化變電站防誤閉鎖系統(tǒng)完成變電站內各種操作的防誤閉鎖，實現(xiàn)智能變電站防誤閉鎖的強制性和全面性要求，并實現(xiàn)與監(jiān)控系統(tǒng)站內模型信息共享，監(jiān)控系統(tǒng)與防誤閉鎖系統(tǒng)信息交互免配置。系統(tǒng)架構如下圖：

系統(tǒng)根據IEC61850標準三層架構體系構建，由站控層防誤主機，間隔層智能防誤裝置，過程層智能閉鎖單元、機械和電氣鎖具及閉鎖附件，以及電腦鑰匙等組成。防誤主機、智能防誤裝置、層智能閉鎖單元之間采用的均為IEC61850規(guī)范，主要功能特點如下：

4.1系統(tǒng)信息共享

由于智能化變電站各設備及系統(tǒng)之間數(shù)據交互采用統(tǒng)一的IEC61850標準，為防誤閉鎖裝置和自動化裝置互聯(lián)與互操作性提供了技術依據，兩者之間的數(shù)據交互困難的問題已經不復存在，可以在誤閉鎖裝置獨立的基礎上實現(xiàn)信息統(tǒng)一和共享。實現(xiàn)方式：間隔層61850智能防誤裝置從監(jiān)控系統(tǒng)獲得全站SCD文件，通過MMS服務直接從測控裝置或監(jiān)控主機獲取五防邏輯需要的實遙性、遙測數(shù)據;間隔層智能防誤閉鎖裝置通過MMS服務為監(jiān)控系統(tǒng)提供網門、地線等手動設備的虛遙性。

4.2防誤閉鎖全面性

系統(tǒng)根據IEC61850標準三層架構體系構建，將基于IEC61850標準的智能變電站防誤閉鎖系統(tǒng)劃分為三層，即站控層防誤主機，實現(xiàn)站控層防誤;間隔層智能防誤裝置以IEC61850標準設計，能夠對五防主機和監(jiān)控系統(tǒng)提供設備操作的所有五防功能，包括順控功能，實現(xiàn)間隔層防誤。過程層基于GOOSE通信的智能閉鎖單元、過程層傳統(tǒng)鎖具實現(xiàn)過程層防誤。并預留集控防誤和防誤延伸產品接口。

4.3防誤閉鎖強制性

為防止過程層網絡GOOSE報文錯誤或監(jiān)控系統(tǒng)未經防誤系統(tǒng)解鎖直接操作智能電動開關設備而可能導致的誤操作，在過程層上設置支持GOOSE服務的智能閉鎖單元，實現(xiàn)防誤閉鎖的強制性要求，智能閉鎖單元通過將常開接點串接于一次設備遙控跳合閘回路實現(xiàn)強制閉鎖，智能閉鎖單元只有在接收到智能防誤裝置的允許解鎖GOOSE消息，才驅動常開接點閉合，解鎖相關設備。智能閉鎖單元也支持就地操作時使用電能鑰匙對其進行解閉鎖操作。

另外對電動設備的操作機構、匯控柜以及臨時接地線、網(柜)門等不能進行電動操作的設備，加裝機械和電氣鎖具，通過電腦鑰匙對其進行解閉鎖操作。

4.4順控操作

順控操作由間隔層61850智能防誤閉鎖裝置和監(jiān)控系統(tǒng)配合完成，智能防誤閉鎖裝置具有良好的互操作性和開放性，本身融合了從權限管理、唯一操作權限管理、模擬預演、實時邏輯判定、閉鎖元件五個方面完整地實現(xiàn)了對設備操作的防誤功能。

5.受控站的功能

接受到操作任務后，首先在受控站的監(jiān)控主機上調用指令票，指令票經系統(tǒng)分析后，發(fā)送給受控站的智能防誤裝置進行邏輯驗證。驗證結果返回到監(jiān)控主機進行人工確認，確認通過后，由監(jiān)控主機自動實現(xiàn)控制操作。過程：監(jiān)控主機把要操作的設備向智能防誤閉鎖裝置發(fā)送解鎖請求，智能防誤閉鎖裝置接收到解鎖請求后，進行實時防誤邏輯驗證，通過后，對智能閉鎖單元下達解鎖操作命令，智能閉鎖單元解鎖成功后，智能防誤裝置向監(jiān)控主機發(fā)送允許操作指令，監(jiān)控主機接收到指令后向間隔層的測控裝置下達遙控執(zhí)行命令。遙控操作完成后，智能防誤閉鎖裝置主動對智能閉鎖單元下達閉鎖操作命令，恢復閉鎖。如此自動順序進行，直到操作結束。如果操作過程出現(xiàn)事故或異常，系統(tǒng)自動停止，由運行人員干預處理。

6.監(jiān)控中心的功能

接受到操作任務后，首先在調度中心的監(jiān)控主機上調用指令票，此指令票發(fā)送到受控站的遠動裝置，由受控站的遠動裝置進行操作步驟分解。然后發(fā)送給受控站的智能防誤閉鎖裝置進行邏輯驗證，驗證通過后受控站的遠動裝置把操作步驟上送到調度中心監(jiān)控主機進行人工確認。確認通過后，由受控站的遠動裝置自動實現(xiàn)控制操作。過程同受控站，兩者不同在于監(jiān)控系統(tǒng)的執(zhí)行對象發(fā)生了變化，由受控站的監(jiān)控主機變成了遠動裝置。

7.方案的優(yōu)越性

防誤系統(tǒng)獨立運行，對其他設備的運行無影響，在其它電氣設備或系統(tǒng)故障時，仍可完成防誤閉鎖功能。

間隔層智能防誤裝置不但可以實現(xiàn)間隔層的防誤，把測控裝置之間的相互通信實現(xiàn)的閉鎖，轉化為由智能防誤裝置來實現(xiàn)，減輕了系統(tǒng)的復雜程度和不同廠家測控互連的難度，以及邏輯變化后或增加間隔層后維護的難度，還可以實現(xiàn)順控的防誤閉鎖功能。

不僅可以實現(xiàn)其他防誤周邊產品(高壓帶電顯示閉鎖裝置、接地管理裝置、智能鑰匙管理機等)無縫融入到全站的防誤系統(tǒng)中，而且還可以方便的接入集控防誤系統(tǒng)，有效地降低了系統(tǒng)造價，避免重復投資，提高投入產出比。

8.總結

上述方案從防誤操作的強制性與全面性原則出發(fā)，防誤系統(tǒng)在各層保持獨立性的基礎上，實現(xiàn)了不同層次的全面閉鎖，包含站控層、監(jiān)控中心/集控中心的順控操作防誤。智能閉鎖單元和常規(guī)鎖具的使用實現(xiàn)了過程層操作防誤的強制閉鎖功能。此方案在部分智能變電站得到實施驗證，得到用戶的高度好評，是目前全面而完善的智能化變電站防誤閉鎖系統(tǒng)解決方案。

參 考 文 獻

[1]國家電網公司《防止電氣誤操作安全管理規(guī)定》。

[2] 國家電網公司企業(yè)標準《智能變電站技術導則》。

[3]《國家電網公司2011年新建變電站設計補充規(guī)定》。