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智能变电站安措初始状态和安全出口校验方法设计与实践

发表时间:2020/10/9 7:49:19  浏览次数:88  
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针对现场执行安措和安全出口过程中校核工作繁重且易出错的问题,福建省送变电工程有限公司的研究人员张一航、叶建祥、方健安、林传明、谢华芳,在2020年第6期《电气技术》杂志上撰文,通过研究 智能变电站网络运行方式和二次安全策略隔离机制,提出了对一种智能变电站现场安全措施初始状态和安全出口状态的校验方法。

该方法利用制造报文规范报文和采样值报文、面向通用对象的变电站事件报文获取二次设备的定值、压板状态以及通信链路信息,对二次设备安措初始状态和安全出口状态实现校核采用该方法并结合现场实际工作情况,辅以安措票自动生成和校核,开发了一套校验程序,经过实际校验工作验证,该程序能够提高安措校核过程的可靠性。

随着我国智能电网的飞速发展,越来越多的智能变电站开始并网运行。智能变电站的二次设备在经过长时间带负荷运行后,设备固有缺陷可能在某个阶段集中暴发,由于变电站人员配备长期不足,所以变电站检修工作矛盾越发凸显。

检修人员在现场执行安措和安全出口过程中人工校核工作繁重且易出错。首先,在保护设备定检之前,需要逐项核对定值、压板状态、光纤链路状态等信息;其次,在执行完安措后恢复初始状态时,还需要逐项核对定值、压板状态、光纤链路状态等信息并依次恢复初始状态。另外,不同的人员进行现场作业,可能导致二次回路存在不确定性,因此需要频繁校核二次回路及出口信息。

目前,国内针对安措本身校核的研究文献较多,但鲜有涉及安措初始状态校核和整组出口校核方面的内容。针对上述存在的不足和不完善之处,本文提出了一种基于网络信息交互的智能变电站安措初始状态和出口校验方法。

该方法通过研究常用二次安全策略隔离机制,利用制造报文规范(manufacturing message specification, MMS)网络采集二次设备的定值、压板状态、链路状态,同时配合现场过程层(generic object oriented substation event, GOOSE)、链路状态信息采样值(sampled value, SV)完成对装置和回路状态信息的自动判别和准确显示,结合安措票的自动生成和校核,最终实现二次设备安措初始状态和安全出口状态的精准校核。

1 二次安全策略隔离机制

在二次设备检修作业之前,需要通过安全措施隔离检修作业对正常运行设备进行采样、跳闸(包括远跳)、合闸、起失灵等信号的干扰,并确保执行安全措施本身不影响二次设备正常运行。图1为智能变电站二次设备信号链路的典型连接关系逻辑框图。图中清楚反映出保护与智能终端、保护与合并单元或保护与合智一体、保护与其他保护之间的信号链路逻辑关系。

针对这种典型信号链路的二次设备进行检修作业,常用的隔离机制包括软压板机制、检修机制、光纤机制、出口硬压板机制。下面将对这几种隔离机制的特征进行详细介绍。

图1 典型连接关系逻辑框图

1.1 软压板机制

保护中的软压板主要包括GOOSE接收和发送压板、SV接收压板、功能压板,其中GOOSE/SV压板和保护与其他设备的通信相关。具体作用说明如下:

  • 1)当退出保护GOOSE发送软压板时,保护不向其他IED设备发送GOOSE变位信息。
  • 2)当退出保护GOOSE接收软压板时,保护不处理其他IED设备发来的GOOSE变位信息。
  • 3)当退出保护SV接收软压板时,保护不接收合并单元或合智一体发送的采样值信息。

1.2 检修机制

智能变电站二次设备的检修机制有别于传统二次设备。首先,检修状态的间隔层装置将带检修标志的MMS报文上送站控层监控系统;其次,检修状态的过程层装置仅对品质为TEST的GOOSE、SV报文进行处理,对其他报文不进行任何逻辑处理。其中,当采用SV级联时,检修状态的间隔合并单元会接收母线合并单元的SV报文获取电压。

1.3 光纤机制

智能变电站过程层装置之间网络报文信息通过光纤传输,断开装置间的光纤链路,可以有效隔离检修装置与运行装置间信号的传输。

1.4 出口硬压板机制

智能变电站的出口硬压板处于智能终端和断路器之间的电气回路中,由智能终端控制,可作为明显的断开点。当智能终端出口硬压板退出回路时,出口硬压板两端的二次回路被可靠断开。

2 校验方法研究

现场设备定检有一套完整的操作流程:

  • ①在执行安措之前,先从站控层和过程层网络获取并保存定检间隔的压板、定值信息,并生成模板;
  • ②根据定检环境(一次设备是否停电、是否支持插拔光纤、是否出口联动)以及二次安全策略隔离机制,生成相应安措票;
  • ③根据安措票校核安措执行过程,并在执行过程中校验整组安全出口;
  • ④在定检完成后,将实时压板、定值与保存的模板进行比对,校核与初始状态不一致项;
  • ⑤根据校核结果逐项恢复至初始状态,并执行下一步安措。

2.1 安措初始状态校核

安措初始状态校核的意义在于,提醒检修人员当前二次设备状态不符合执行安措的条件,以及提示安措执行结束后需要恢复的二次设备状态。安措初始状态校核能保证安全措施严格按照操作顺序执行,从而降低误操作的概率。

根据变电站配置文件(substation configuration diion, SCD),建立可视化的图形展示文件,将数据采集单元采集的信息与变电站图形文件进行关联,获取变电站安全措施初始状态,对安全措施票接收及解析单元获得的安全措施票进行初始状态校核。安措状态校核流程如图2所示。

图2 安措初态校核流程

保护和测控装置进行安措初始状态校核:首先通过站控层网络获取设备MMS模型,然后从模型中相关数据集获取装置压板状态和定值信息。合并单元和智能终端进行安措初始状态校核:首先通过过程层网络获取GOOSE报文,然后从报文相应控制块中取对应压板通道状态。

各设备类别对应的检测条目如下:

  • 1)保护装置:检修硬压板(dsRelayDin)、功能软压板、GOOSE发送软压板、GOOSE接收软压板、SV接收软压板(dsRelayEna)、定值(dsSetting)、通信状态(dsCommstate)。
  • 2)测控装置:检修硬压板(dsDin)、检同期软压板、检无压软压板、不检定软压板(dsRelayEna)、通信状态(dsCommstate)。
  • 3)合并单元:检修硬压板。
  • 4)智能终端:检修硬压板(只适用于停电检验)、就地/远方压板。

当进行安措初态校核时,首先将获取到的各个设备压板、定值通道信息保存作为模板;接着在现场检修任务完成后或新的检修任务开始前,通过同样的操作校核通信状态,获取设备实时的压板、定值状态;最后与模板进行比对校验,得到状态不一致信息,并逐项恢复,确保执行安措条件或安全运行环境正确。

2.2 安措票生成与校核

本文基于二次安全策略隔离机制,综合是否一次设备停电、是否支持插拔光纤、是否出口联动的条件,设计出了一套自动生成安措票规则。

以线路保护装置定检不带开关传动为例,安措票生成和校核逻辑如下所述。

1)线路保护与关联的其他保护之间

退出其他保护的GOOSE输入压板(例如母线保护的GOOSE输入压板)。若无软压板且支持拔光纤模式,则拔线路保护至其他保护光纤;若无软压板且不支持拔光纤模式,且关联的其他保护为纵联保护,则退本线路保护的纵联保护功能压板,关联的对侧纵联保护执行跳闸改信号操作,并退对侧纵联保护的功能软压板;若无软压板,且不支持拔光纤模式,且其他关联保护不是纵联保护,则关联保护陪停。

退出线路保护对其他保护的GOOSE输出压板。若其他保护为纵联保护,则退本线路保护的纵联保护功能压板,执行对侧纵联保护跳闸改信号,并退对侧纵联保护功能软压板。

对于关联保护的陪停措施,不仅需要退出待陪停保护对除本线路保护外的所有其他关联IED的GOOSE输出压板,还要退出与待陪停保护关联的其他保护的GOOSE输入压板。具体情况分类如下:

(1)与待陪停保护关联的IED为保护时。分别退出待陪停保护与此保护的GOOSE输入输出压板。若此保护无GOOSE输入压板,且待陪停保护无对应GOOSE输出压板时:支持拔光纤的情况下,则拔掉此虚连接光纤;不支持拔光纤的情况下,则提示告警“输入输出压板缺失”。

(2)与待陪停保护关联的IED为智能终端或合智一体时。若待陪停母线保护和本线路保护关联的是同一个智能终端,则处理方式与本线路保护一致。若待陪停母线保护和本线路保护关联的不是同一个智能终端:陪停母线保护有对此关联智能终端的GOOSE输出压板,则退出此压板;没有GOOSE输出压板且支持拔光纤的情况下,则拔掉此虚连接光纤,不支持拔光纤的情况下,则退出关联智能终端或合智一体的跳闸出口硬压板。

2)线路保护与关联的智能终端之间

退出本线路保护对智能终端的GOOSE输出软压板。若支持拔光纤,则拔掉保护至智能终端的GOOSE光纤;若不支持拔光纤,则退出智能终端的跳闸出口硬压板。

3)线路保护与关联的合并单元之间

无需处理。

4)线路保护与关联的合智一体之间

退出本线路保护对合智一体的GOOSE输出软压板。若支持拔光纤,则拔掉保护至合智一体的GOOSE光纤;若不支持拔光纤,则退出合智一体的跳闸出口硬压板。

2.3 安全出口校验

在停电检验过程中,因不同专业人员之间交叉作业会导致无法顺利进行整组试验或遥控出口,因此需要频繁校核二次回路及出口信息。为了防止这种现象,需要实时在线校验安全出口是否满足要求。具体校验内容如下。

1)综自人员校验(遥控、遥信、遥测),逻辑方程如下:

(1)后台:遥控安全出口=“测控、合并单元和智能终端三者检修状态一致”∩“智能终端遥控出口硬压板投入”∩“测控装置远方硬压板投入”∩“智能终端开关就地/远方把手切换至远方”∩“测控装置投入软压板(若有,则投入SV接收软压板∩检同期)”∩“光纤链路无异常”。

(2)远动:遥控安全出口=“测控、合并单元和智能终端三者检修状态一致”∩“智能终端遥控出口硬压板投入”∩“测控装置远方硬压板投入”∩“智能终端开关就地/远方把手切换至远方”∩“测控装置投入软压板(若有,则投入SV接收软压板∩(检同期∪检无压∪不检定))”∩“光纤链路无异常”。

2)保护人员校验,逻辑方程分以下具体几种情况:

  • (1)不带合并单元整组安全出口=“保护和智能终端检修状态一致”∩“保护装置GOOSE发送软压板”∩“智能终端出口硬压板”∩“光纤链路无异常”。
  • (2)带合并单元整组安全出口=“保护和智能终端检修状态一致”∩“保护装置GOOSE发送软压板”∩“保护装置SV接收软压板”∩“智能终端出口硬压板”∩“光纤链路无异常”。
  • (3)主变/线路保护起失灵出口=“主变/线路保护、母差及失灵保护检修一致性”∩“主变/线路保护起失灵发送软压板投入”∩“母差及失灵保护失灵接收软压板投入”∩“光纤链路无异常”。
  • (4)失灵保护联跳主变出口=“母差保护和主变保护检修一致性”∩“母差保护发送主变联跳软压板”∩“主变保护失灵联跳GOOSE接收软压板”∩“光纤链路无异常”。
  • (5)线路保护远方跳闸出口=“母差及失灵保护、线路保护检修一致性”∩“线路保护远方跳闸软压板投入”∩“光纤链路无异常”。

在校验安全出口条件时,通过MMS、SV、GOOSE报文获取保护、测控、合并单元、智能终端的软硬压板、开关把手、通信链路等状态信息。所有信号状态若满足上述出口规则,则表示开关可正常出口,当有条件不满足时,校核出的不满足项即可指示出口失败原因。

3 现场应用

根据上述研究成果,本文设计了一种基于网络的智能变电站安措初始状态和出口校验方法,结合安措票自动生成和校核开发了一套校验程序,并对该方法进行了现场应用。

在福建省某220kV变电站中,采用这套现场校验方法进行了现场校验。现场检修流程如图3所示。

图3 变电站现场检修流程

用一根网线将校验装置连接至全站站控层交换机,用于采集所有保护和测控的MMS信息;3根光缆分别连接至220kV过程层A网、220kV过程层B网、110kV过程层网,用于采集过程层所有的SV、GOOSE。现场接线方式示意如图4所示。

图4 现场接线方式示意图

在安措操作之前,先与预先保存的状态进行比对,初态校核(如图5所示),包括软硬压板、保护定值等,有效地检查出了不符合安措操作要求的状态。现场校核发现一条110kV线路定值没有恢复初态,通过校验结果及时发现了遗漏的地方,避免了对后续安措的执行造成影响。

图5 初态校核

在对一条220kV线路带开关整组进行实验之前,先进行了出口条件校验,包括装置检修状态、保护GOOSE出口压板、SV接收压板、智能终端出口硬压板等信息状态,发现GOOSE跳闸出口压板未投入,有效检测出是否满足出口条件,如图6所示。

图6 出口条件校核

以上现场实际校验过程,验证了该安措初始状态和安全出口校验方法的可行性,证实其具有良好的实际效果和推广意义。可将该校验方法广泛应用于智能变电站运维检修、现场消缺、送电调试、验收、继电保护调试全景信息平台运维检修和调试培训等多种场合。

4 结论

针对传统安措校验手段在智能变电站实施安措和安措恢复过程中存在的复杂性和不确定性,本文设计了一种智能变电站安措初始状态和安全出口校验方法,提出了基于站控层和过程层信息的校验流程,并开发了具有上述技术特点的现场校验程序,结合基于二次安全策略隔离机制的安措票自动生成和校验,提高了现场校验的效率和可靠性。

本文研究的智能变电站现场校验方法提升了现有安措校验技术水平,对加快现场实施定检、安措和安措恢复工作具有一定的促进作用。



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