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智能化变电站防误闭锁技术探讨(1)

1.引言

智能化变电站是数字化变电站的升级和发展,是在数字化变电站的基础上,结合智能电网的需求,对变电站自动化技术进行充实以实现变电站智能化功能。智能化变电站是智能电网运行与控制的关键,是智能电网中变换电压、接受和分配电能、控制电力流向和调整电压的重要电力设施,是智能电网“电力流、信息流、业务流” 三流汇集的焦点,是统一坚强智能电网的重要基础和支撑,它基于IEC61850标准,在逻辑上分为站控层、间隔层和过程层,以一次设备智能化、二次设备网络化、信息共享标准化为特点,综合高级应用功能,逐渐在电力系统得到推广和应用。

近几年随着智能变电站新技术的不断应用和推广,防误闭锁问题日益突出,如何解决智能化变电站有效防止误操作事故的发生,目前国内还未形成统一、规范的意见及解决方案。本文就智能化变电站防误闭锁的全面性、强制性、信息共享等几个关键问题及实现方案进行分析和探讨。

2. 智能化变电站的功能特征

智能化变电站的设计和建设,必须在智能电网的背景下进行,要满足智能电网建设和发展的要求,体现智能电网信息化、数字化、自动化、互动化的特征。智能化变电站应当具有以下功能特征:

(1)紧密联结全网。

从智能化变电站在智能电网体系结构中的位置和作用看,智能化变电站的建设,要有利于加强全网范围各个环节间联系的紧密性,有利于体现智能电网的统一性,有利于互联电网对运行事故进行预防和紧急控制,实现在不同层次上的统一协调控制,成为形成统一坚强智能电网的关节和纽带。智能化变电站的“全网”意识更强,作为电网的一个重要环节和部分,其在电网整体中的功能和作用更加明显和突出。

(2)支撑智能电网。

从智能化变电站的自动化、智能化技术上看,智能化变电站的设计和运行水平,应与智能电网保持一致,满足智能电网安全、可靠、经济、高效、清洁、环保、透明、开放等运行性能的要求。在硬件装置上实现更高程度的集成和优化,软件功能实现更合理的区别和配合。应用FACTS技术,对系统电压和无功功率,电流和潮流分布进行有效控制。

(3)高电压等级的智能化变电站满足特高压输电网架的要求。

随着我国电网建设的迅速发展,特高压输电线路将是构成我国智能电网的骨干输电网架,必须面对大容量、高电压带来的一系列技术问题。特高压变电站应能可靠地应对和解决在设备绝缘、断路开关等方面的问题,支持特高压输电网架的形成和有效发挥作用。

(4)中低压智能化变电站允许分布式电源的接入。

在未来的智能电网中,一个重要的特征是大量的风能、太阳能等间歇性分布式电源的接入。智能化变电站是分布式电源并网的入口,从技术到管理,从硬件到软件都必须充分考虑并满足分布式电源并网的需求。大量分布式电源接入,形成微网与配电网并网运行模式。这使得配电网从单一的由大型注入点单向供电的模式,向大量使用受端分布式发电设备的多源多向模块化模式转变。与常规变电站相比,智能化变电站从继电保护到运行管理都应做出调整和改变,以满足更高水平的安全稳定运行需要。

(5)远程可视化。

智能化变电站的状态监测与操作运行均可利用多媒体技术实现远程可视化与自动化,以实现变电站真正的无人值班,并提高变电站的安全运行水平。

(6)装备与设施标准化设计,模块化安装。

智能化变电站的一二次设备进行高度的整合与集成,所有的装备具有统一的接口。建造新的智能化变电站时,所有集成化装备的一、二次功能,在出厂前完成模块化调试,运抵安装现场后只需进行联网、接线,无需大规模现场调试。一二次设备集成后标准化设计,模块化安装,对变电站的建造和设备的安装环节而言是根本性的变革。可以保证设备的质量和可靠性,大量节省现场施工、调试工作量,使得任何一个同样电压等级的变电站的建造变成简单的模块化的设备的联网、连接,因而可以实现变电站的“可复制性”,大大简化变电站建造的过程,而提高了变电站的标准化程度和可靠性。出于以上需求的考虑,智能化变电站必须从硬件到软件,从结构到功能上完成一个飞越。

3.智能化变电站防误闭锁应考虑的几个关键问题

3.1防误闭锁的全面性

智能化变电站防误闭锁的关键点之一是要实现防误闭锁的全面性。如果闭锁不全面,将不可避免地留下误操作隐患。全面性主要体现在以下几个方面:

首先,防误闭锁需要覆盖变电站运行、操作、检修等各个环节,不会因为某个环节防误功能的缺失而对整个防误操作产生影响;

其次,防误闭锁需要覆盖所有手动和电动设备,不能因为某种设备类型少或闭锁困难就忽略对某些设备的闭锁措施,包括断路器、隔离开关等一次设备和可能产生误操作的临时接地线、网(柜)门等;另外,电气设备操作不管是在远方、站控层、间隔层还是在设备级层上进行操作控制,不管是对单独设备进行操作还是程序化操作,都应具有防误闭锁措施。

3.2防误闭锁的强制性

什么是强制闭锁,国家电网公司《防止电气误操作安全管理规定》中给出的明确定义是:在设备的电动操作控制回路中串联以闭锁回路控制的接点和锁具,在设备的手动操控部件上加装受闭锁回路控制的锁具。其要点有两个方面,一是高压设备的电控回路串接闭锁接点,手动部件装设锁具,二是闭锁接点或锁具由闭锁回路控制。因此,不论闭锁需要的回路如何实现,其技术基础是闭锁接点与闭锁锁具。

在数字化变电站中,保护、测控装置等二次设备不再出现常规功能装置重复的I/O 现场接口和二次回路,它直接通过光纤通道和智能操作单元以及合并器相连,也就是说电动和手动操作的控制回路已经下放到了过程层的智能操作单元或者直接放到了智能一次设备内部。针对这种变化,如何在控制回路中串接闭锁节点和在操控部件上加装闭锁锁具以实现强制性闭锁功能,将成为一个新问题。

虽然在智能化变电站中,强制闭锁的实现遇到了新的问题,但这一要求是必须且不可回避的,完全依靠监控系统的逻辑闭锁软件来实现全站的远方、就地操作防误闭锁功能,存在操作隐患,不能完全解决因监控主机、测控单元的软、硬件发生故障或运行人员操作不当时造成的电气设备误动问题,虽然解决了闭锁的逻辑问题,但是满足不了强制性的要求。

3.3防误闭锁系统的独立性和与其它系统的信息共享问题

要保证数字化变电站中防误闭锁的全面性和强制性,就要使防误闭锁系统本身具有一定的独立性,在自动化系统瘫痪,系统不能进行遥控操作时,不能影响就地手动操作防误闭锁功能的应用。防误闭锁系统本身的独立性和数字化变电站中强调的设备信息共享原则是不矛盾的,由于数字化变电站各设备及系统之间数据交互采用统一的IEC61850标准,强调互联与互操作性,所以防误闭锁装置和自动化装置之间数据交互不像传统变电站那样,缺乏统一通讯标准,互联困难的问题已经不复存在,在数字化变电站中是完全可以做到保持防误闭锁装置独立性基础上的信息统一和共享的。

4.智能化变电站防误闭锁

智能化变电站防误闭锁系统完成变电站内各种操作的防误闭锁,实现智能变电站防误闭锁的强制性和全面性要求,并实现与监控系统站内模型信息共享,监控系统与防误闭锁系统信息交互免配置。系统架构如下图:

来源:电力自动化产品信息
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