電氣設備操作拓撲“五防”的實現

王 鳴，顧天雄

（寧波電業局，浙江 寧波 315000）

為了有效防止電氣設備5種誤操作的發生（以下簡稱五防），變電站的防誤已經由最初的機械閉鎖、電磁閉鎖發展到現在的電氣閉鎖、微機五防、測控五防等多種類型，其中以電氣閉鎖和微機五防相結合的運用最多，即變電站內單一間隔實現電氣閉鎖，間隔與間隔之間則采取微機五防的方式。但隨著變電站數量的不斷增加，現有的五防系統的弊端也逐漸顯露出來，主要表現在以下方面：

（1）變電站微機五防是通過維護人員直接定義設備間的操作閉鎖關系來實現，變電站的主接線的變化、閉鎖邏輯的調整都需要運行人員進行人工干預，維護工作量大，而且核對困難。

（2）無論現有哪種防誤裝置，均不能判斷斷路器拉、合對變電站乃至系統帶來的影響，所以也就無法實現防止誤拉、合斷路器的功能。

（3）變電站微機五防只能實現本站設備之間的操作閉鎖，無法實現和對端站設備間的操作閉鎖。

（4）變電站微機五防一般只配置1套系統，在微機系統故障而解除閉鎖時，五防功能完全失去。

（5）微機五防系統還存在“走空程”（操作過程中漏項）導致誤操作的問題。

隨著電網的發展，“集中監控，分散操作”運行模式的確立和調控一體化系統的推廣，運行體制也隨之改變，在監控中心的數據采集與監視控制系統（SCADA）中不僅設備數量龐大，而且設備變動也相對頻繁，如果仍采用常規人工定義操作邏輯的防誤方式，系統維護工作量將更加巨大，為此需要在監控SCADA系統上采取新的五防判斷方式。

1 拓撲五防的設計思想和實現的功能

為了解決常規變電站五防系統存在的弊端，結合監控SCADA的應用，逐步提出了拓撲五防的理念。所謂拓撲五防，主要是根據電網內電氣設備間的拓撲關系來自動實現設備操作的五防閉鎖。即根據設備之間五防操作閉鎖基本規則的要求，通過拓撲搜索，自動找出相互操作閉鎖的設備狀態，進行自動比較、判別，它不依賴于人工定義，自動適應電氣設備和電網拓撲結構的變化。

電網拓撲分析中經常用到的基本概念有：

電氣島：電網中連通的電氣設備所組成的集合。

接地島：電氣島中如果有接地隔離開關處于合位或者電氣島中的某些設備設置了接地標示牌，則該電氣島定義為接地島。

電氣活島：如果電氣島中有發電機或等值電源等設備，則稱為電氣活島。

電氣死島：如果電氣島中沒有發電機或等值電源等設備，則稱為電氣死島。

邏輯母線：是指通過1個或多個閉合開關和隔離開關相連的若干節點，最終表示了非開斷設備之間的連接關系。

連通支路：電氣設備的一端節點和另一端節點有路徑連通，這條路徑稱為連通支路。

2 系統拓撲五防的功能及其實現方式

監控SCADA能實現遙控操作的設備主要有開關、閘刀和部分接地閘刀，以圖1為例，歸納幾種常規的典型拓撲五防實現方式。

圖1中，電氣活島甲和電氣活島乙通過開關501形成1個電氣活島，電氣活島甲和電氣活島乙可以是變電站內的不同母線，也可以是兩個不同的變電站。

2.1 開關的拓撲五防實現方式

圖1 開關、刀閘的連接

開關的五防原則主要是防止走錯間隔誤分、誤合開關，其拓撲五防規則有：

（1）開關斷開操作：如果開關斷開后，開關任一端節點的電氣島由活島變為死島，則提示用戶斷開開關可能導致設備失電。如果開關斷開后，導致電氣島解列，則提示用戶斷開開關可能導致系統解列。

如圖1所示，假定開關501是電氣活島乙的唯一進線開關，開關501正常運行時，活島甲通過501開關使電氣島乙成為活島。如果執行開關501斷開操作，電氣活島乙因失去電源而將變成死島時，則提示用戶斷開501開關將造成電氣活島乙（所接母線或者變電站）失電，從而實現防止誤分501開關。

（2）開關合閘操作：開關合閘操作有3個獨立判斷條件：開關任一側閘刀合上，且兩側連線均無接地時方可合閘；開關一側有電壓，另一側有接地時禁止合閘；開關兩側刀閘均在分位，不論是否有接地，均可合閘。

如圖1所示，假定閘刀甲已合閘，閘刀乙斷開，501開關乙側接地閘刀合閘位置，此時，不管閘刀乙是否帶電，開關501將不能合閘操作。

2.2 閘刀的拓撲五防實現方式

閘刀的五防原則主要有防止帶接地合閘刀和防止帶負荷拉合閘刀，其拓撲五防規則有：

（1）如果閘刀任一端節點屬于接地島，則不允許合閘操作，以免帶接地合隔離開關。

（2）如果閘刀一端連母線、線路、變壓器、負荷，另一端連開關且開關在合位，或者兩端都連開關或其他閘刀且它們都在合位，則禁止該閘刀分合閘操作。

（3）如果是等電位操作，必須母線處于同一個電氣島才可以進行隔離開關的分合操作。

如圖1所示，正常情況下開關501間隔沒有運行，處分閘位置，此時閘刀丙由于兩側接點的電氣島號不相同，將不能合閘操作；如果501開關投入運行，閘刀丙兩側接點的電氣島號被判斷一致，閘刀丙就可以合閘操作。

接地閘刀的五防原則是防止帶電合接地閘刀，其拓撲五防規則有：通過系統拓撲分析，將電網分解為活島和接地島。如果接地刀閘的一端節點為活島則禁止接地刀閘的合操作，以免帶電合接地刀閘。

2.3 拓撲五防系統人工置牌和人工置位

有些變電站由于遙信接點不足，其接地閘刀的信號并不能實時上傳，而部分設備檢修安全是掛接地線的形式，此時就可以通過人工置位或者人工掛牌的方式來實現拓撲網絡和現場實際狀態的一致，無論是接地閘刀人工置合還是接地線人工掛牌，該點所連接的電氣設備均被判斷為接地島，從而實現防止帶接地線合閘的功能。

在拓撲網絡的邊界點，如某跨省線路的另一側并不在本網絡拓撲圖中，此時可以設置為活島標志或根據線路的電壓測量值大于一定的定值則自動判為活島,不允許合接地閘刀。

2.4 拓撲五防在實際中的應用

以某典型事故案例說明拓撲五防在工作中的應用。在圖2中，系統甲和系統乙分別屬于2個獨立的220 kV變電站，線路2PXX處于線路檢修狀態。線路工作結束后，進行送電操作，調度下令系統甲側2PXX線由線路檢修改為冷備用，接著下令系統乙側2PXX線由線路檢修改為冷備用。當系統甲側2PXX線由線路檢修改為冷備用操作完畢后，由于調度疏忽，在沒有再次核對系統乙側操作是否已經完成的情況下，調度即令系統甲側2PXX線由冷備用改為運行，在系統甲側進行2PXX線空充線路操作時，造成了系統甲側2PXX開關帶接地合閘的誤操作事故。如果采用拓撲五防進行校驗，就可以避免此事故。現以拓撲五防校驗來分析說明：

（1）線路2PXX工作結束，系統甲側2PXX線改為冷備用后，由于系統乙側2PXX線路接地閘刀尚處合閘位置，2PXX線路還是屬于接地島。

圖2 系統操作示意圖

（2）調度下令系統甲側2PXX線由冷備用改為運行，由于2PXX線路尚處于接地島，系統甲側2PXX線路閘刀因合于接地島而不能通過防誤校驗。

上述情況，尤其是送電線路對側處在接地島上而本側進行送電操作，現有防誤裝置均無法實現防誤功能，通過拓撲五防的校驗，可以有效防止同類事故的發生。

3 拓撲五防的應用及其前景

綜上分析，拓撲五防具備開關、閘刀和接地閘刀操作的基本五防功能，它的核心理念是在監控SCADA系統中的所有設備均可以通過節點實現相互關聯，并自行通過拓撲進行分析判斷實現開關、閘刀和地刀的防誤操作，無須單獨進行邏輯設置和人工維護，相對其他五防系統，拓撲五防有著常規五防系統無法比擬的優勢，特別是在非常規接線的送電操作和防止對側來電功能上，甚至還可以在整個監控中心所轄的設備上輕松實現電網的防誤校驗。

但對單一變電站由于狀態有較多的未知量，在現場檢修人員和運行人員就地操作中并不能很好地實現其防誤功能。基于現有變電站五防系統和拓撲五防各有其優缺點，現階段可以在倒閘操作中將拓撲五防和現場變電站防誤系統相結合，形成1套具備電網五防校驗功能的組合系統。操作前，首先在監控中心終端對需要操作的設備實施拓撲五防校驗，校驗通過后再實施倒閘操作；監控中心也可以根據各級調度的操作任務，在監控系統中開展模擬操作和系統的防誤校驗，以此驗證調度操作任務的正確性；應用成熟后，可以逐步在監控SCADA實施遙控操作，為全面推行程序化操作奠定基礎。

目前無人值班變電所實行 “集中監控，分散操作”的方式已經確立，隨著變電設備的自動化程度不斷提高，監控中心將實現開關、閘刀、接地閘刀甚至二次系統的遙控操作。因此，要實現電網區域防誤，采用拓撲五防是必然的趨勢。在今后的工作中，結合現場五防裝置，完善管理機制，拓撲五防在電網的防誤應用方面能夠發揮更大的作用。

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