一种变电站二次防误系统研究及设计

云南电网有限责任公司西双版纳供电局 张保林 段雪允 张 志 李宴宇 陈冠群 赵 格

随着电力系统智能化水平的提高，变电站二次系统的安全性和可靠性越来越受到重视，而二次设备防误操作研究处于空白阶段，因此研究并设计一种有效的二次防误系统，对于提高变电站的安全可靠性具有重要意义。本文基于微机防误系统一次设备防误的基础，通过二次设备防误建模、二次防误规则专家知识库、二次防误算法引擎分析等技术，将二次设备纳入防误校验和防误操作管理，填补了目前变电运检中二次防误领域的空白，进一步提升了作业安全管控水平。

1 二次设备防误基本原理

1.1 二次设备防误实现思路

二次设备防误主要解决一次设备无保护操作至运行状态、二次设备操作影响运行中的设备两大关键问题。基于变电站微机防误系统一次设备模型基础扩展二次设备模型，构建二次装置与一次设备、二次设备与一次设备、二次设备与二次装置的关联关系，最终形成全站的二次设备关系网络，为二次设备防误功能的实现提供数据基础。

基于二次设备关系网络，建立一次与二次、二次与二次操作的约束关系。依据继电保护规程、调控中心、变电站等运行规程，对约束关系进行规则总结并预存变电站微机防误系统，形成二次设备防误规则库，基于拓扑分析技术实现一二次设备互校核及智能化在线巡视等功能[1]，填补二次设备防误校核功能的空白，完善变电站一二次设备安全管控技术措施。

1.2 二次设备状态要求

电力系统中一次和二次设备的操作和状态会相互影响。根据一次与二次、二次与二次操作的约束关系，一次和二次设备的操作及状态转换时对二次设备状态明确要求[2]。

一次设备操作对二次设备的状态要求如下：为防范运行的一次设备失去保护的风险，当一次设备操作至运行或热备用状态前，二次装置应为投入状态。如一次设备运行时，必须确保双套保护中的A套功能完整，方可退出B 套保护。

二次设备操作对二次设备的状态要求如下：二次设备的操作必须按一定的顺序，防范二次设备不当操作对正常运行设备造成的误动或拒动风险。如投入合并单元的检修压板前，母差保护的该间隔SV接收软压板必须退出，否则母差保护会被误闭锁。

二次设备操作对一次设备的状态要求如下：为防范无保护投入一次设备的风险，一次设备转运行或热备用时，必须保证有一套保护功能完整。

1.3 二次设备防误逻辑

二次设备防误基于一次与二次、二次与二次操作的约束关系，建立二次防误规则库，防误系统接收一次、二次设备操作请求，根据系统拓扑和设备运行状态信息，对二次防误规则库遍历规则进行计算，直到无新结果产生，最终汇总所有违反防误规则的结果输出给人机系统，如果无违反防误规则的结果，则返回人机系统操作允许。

以220kV 变电站双母线接线方式下的220kV 线路为例，说明一次与二次、二次与二次操作的约束关系，并制定一二次设备防误逻辑，见表1。

表1 一二次设备防误逻辑

2 总体架构

二次防误系统基于变电站微机防误系统，其架构如图1所示，通过解析电网模型XML 文件和遥信遥测量DT 文件获得电网设备、运行方式、拓扑连接关系，通过建立二次设备模型，采集二次设备状态，制定二次防误规则，采用拓扑分析技术实现一二次设备互校核及智能化在线巡视等功能，填补二次设备防误校核功能的空白。

3 关键技术

3.1 二次设备建模

二次设备建模基于变电站微机防误系统，扩展二次设备模型，二次设备模型如图2所示，通过定义二次设备基本属性及与一次设备的关联关系，进一步根据装置类型细分，增加保护装置功能分类、双重化配置信息、二次装置与一次设备、二次装置与二次设备、二次装置之间关联信息[3]。

图2 二次设备模型

防误系统中建立二次装置表与二次设备表。二次装置表中包含电压等级、二次装置对应的一次设备、二次装置功能类型、二次装置双重化属性等重要的数据结构属性，二次设备表中包含软硬压板、空开、把手、二次信号等二次设备的属性配置，用于建立各二次设备与一次设备、二次设备与二次装置之间的对应关系。通过二次装置表和二次设备表，各二次装置与一次设备的关联关系、二次设备与一次设备的关联关系、二次设备与二次装置的关联关系已经建立起来，构成了全站的二次设备关系网络，二次设备关系网络如图3所示，结合各二次设备的数据结构和图模，形成了后续二次防误功能实现的基础[4]。

图3 二次设备关系网络

二次设备建模以二次防误点表进行体现，二次防误点表汇总全站与全防误功能相关的二次设备，将二次防误点表导入至变电站微机防误系统，并根据二次智能成图规则自动生成二次设备图模和数据模型，变电站类型不同，智能变电站与常规变电站二次设备建模信息有所差异，变电站二次设备模型如图3所示。

3.2 二次设备状态采集

变电站综合自动化系统中已采集软压板、操作把手和异常信号三类二次设备实时状态，防误系统与变电站综合自动化系统经通信实现信息共享，获取该三类二次设备实时状态[5]，针对变电站内未采集的硬压板、空开设备，加装传感器等辅助设备进行状态采集，传感器与硬压板和空开设备一对一配置，获取硬压板和空开的物理投退状态，并将状态实时上送至防误系统。二次设备状态的采集方案见表2。

表2 二次设备状态采集方案

3.3 二次设备防误校核

二次防误功能算法引擎是二次防误规则验证的核心算法对象，其主要功能是验证二次防误规则。防误系统接收一次和二次设备操作请求，并根据系统拓扑和设备运行状态信息进行计算，使用知识推理机从二次防误规则库中遍历规则进行计算，直到所有可能的结果都被考虑并且无新结果产生为止，一旦计算完成，该引擎会将所有违反防误规则的结果进行汇总，并输出给人机系统。如果没有任何违反防误规则的结果，则会返回给人机系统操作允许的信号，二次防误算法流程如图4所示。

图4 二次防误算法流程

二次防误规则可表述为“在某某情况下，某些二次装置要投入或退出”或者“在某某情况下，某些二次设备要投入或退出”，基于此要求，二次防误规则如下：

规则1：IF 合刀闸AND 刀闸、主开关是线路开关；THEN 线路转热备。规则2：IF 线路转热备AND 线路有单套保护AND～线路保护在投入；THEN 禁止：设备无保护投运。规则3：IF 线路转热备AND 线路有双套保护AND～有一套保护系统在投入；THEN 禁止：设备无保护投运。规则4：IF功能压板投入AND 出口压板投入；THEN 保护在投入。

4 工程应用

二次设备防误应用于某500kV 变电站，通过磁感应技术采集空开状态、压板状态、地线实时挂拆状态以及高压带电指，实现压板状态采集、一键智能巡检、一二次设备联合防误校核、防止压板误操作、接地线挂拆状态采集等功能。如5个辖站3000多块压板的巡检一键完成仅需5min，建立二次设备防误规则库，实现二次设备模拟预演，通过一二次互相约束的防误逻辑校核，利用压板采集装置钥匙接口，实现压板就地操作时声光指引和误操作预警，杜绝漏投或误投所致误操作。

5 结语

二次防误依据继电保护规程和变电站运行规程，遵循二次设备操作原则，通过二次防误点表信息建立二次设备数据模型，分析一次设备与二次设备、二次设备与二次设备之间内在运行约束机制，建立二次防误通用规则库，支持变电站操作实现二次设备开票时一二次联合防误，杜绝二次设备错投、错退、漏投、漏退等误操作事件，有效避免因为二次设备状态或操作异常引起继电保护拒动误动的严重电网事故，提升电网安全运行水平，为二次设备安全操作提供有效的技术保障。