基于綜合自動化系統的斷路器遙控操作分析

李 曄，朱 江，吳 玲

(徐州供電公司，江蘇徐州221003)

綜合自動化技術在變電站現場已得到廣泛應用，形成了由遠方控制中心（監控中心）對無人值班的變電站設備不間斷監控，運行維護人員對變電站設備進行操作維護的一種工作方式?；谧冸娬揪C合自動化系統，實現對斷路器快速有效遙控操作，保證了電力系統安全穩定運行。因此，工作人員必須對基于綜合自動化的斷路器遙控原理要有清楚的認識，特別是在遙控過程中出現的異?；蜻b控失靈情況下，準確分析判斷，消除隱患，找到正確的操作和控制方法，提高安全管理的水平。

1綜合自動化系統

1.1綜合自動化網絡概述

綜合自動化系統是指利用計算機技術、自動控制技術、網絡通信技術和數字信號處理等技術，實現對變電站主要設備的自動監視、測量、控制、保護以及實現對變電站進行運行操作、信息遠傳與調度通信等綜合協調的自動化功能。

變電站系統結構為網絡拓撲的結構形式，向上作為遠方控制中心的網絡終端，同時又相對獨立，站內自成系統，結構分為兩部分：站控層和間隔層，層與層之間應相對獨立。采用分層、分布、開放式網絡系統實現各設備間連接。分層分布式結構系統具有以下明顯的優點：（1）可靠性提高，任一設備故障只影響局部，而不影響其他設備，當站級系統或網絡故障，僅僅影響到監控部分，而繼電保護、控制功能仍可繼續運行；（2）可擴展性和開放性較高，有利于工程的設計及應用。采用分層、分布、開放式網絡系統實現各設備間連接，如圖1所示。站控層網絡均采用雙以太網，主網與備用網同時運行，主網故障退出，備網自動切換成主網運行，并能夠滿足與電力系統其他專用網絡連接及容量擴充等需要的要求。

站控層網絡與間隔層網絡采用直接連接方式，站控層、間隔層設備一般采用集中布置，即220 kV和110 kV及主變的測控設備集中布置在繼電器室內，35 kV及以下的測控設備按分散方式布置在配電裝置室內，其35 kV或10 kV保護及測控采用了在開關室就地分散布置，且采用保護與測控一體的裝置。

1.2綜合自動化斷路器控制方式

斷路器操作控制方式，可按遠方控制中心或者操作隊、站控層、間隔層、設備級的分層操作原則來考慮。通過斷路器“選擇切換開關”的切換，操作的權限也由遠方控制中心-站控層-間隔層-設備級的順序層層下放，原則上站控層、間隔層和設備層只作為后備操作或檢修操作手段。

依據IEC 870-5-103《繼電保護設備信息接口配套標準》及IEC 870-5-104《遠動網絡傳輸規約》和IEC 870-5-101《基本遠動任務配套標準》，遠方控制中心的控制命令從選定的通道向選定的一臺數據處理及通信裝置發出，收到命令的數據處理及通信裝置向站內測控裝置發令，執行后仍由該臺數據處理及通信裝置原路返送信息。工作人員下達遙控操作預置命令，由綜合自動化系統完成斷路器的遙控操作，并將操作有關控制狀態信息發出相關報文，如圖2所示。在控制中心監控機上，通過人工控制，實現對遠方變電站間隔層設備進行控制。上述三層的操作控制方式從圖1可以看出，間隔層設備操作在220 kV測控裝置上完成，利用操作員工作站完成站控層操作.而由遠方控制中心完成對監控區域設備進行遠方操作與控制，或由操作隊利用綜合自動化系統在操作隊完成操作，無論斷路器處在哪一層操作，開關運行狀態和操作選擇切換開關的狀態都應處于綜合自動化計算機監控系統的監視中。當任何一級在操作時，其他級操作均應處于閉鎖狀態[1]。

圖2 IEC 60870-5-104規約遙控流程圖

2斷路器遙控基本原理

2.1直流電源輸入

220 kV變電站繼電保護及斷路器操作電源由直流電源系統提供，分別由1號充電機、蓄電池、控母與合母直流母線等設備組成并提供第一組直流電源系統，第二組直流電源系統組成同前。目前變電站廣泛采用DC 220 V作為保護及斷路器操作控制電源，為滿足220 kV保護雙重化要求，要求直流小母線分列運行，每組小母線分別提供各自獨立的保護電源和斷路器操作控制電源，如圖3所示。即1L+，1L-為第一組直流電源輸入回路，2L+，2L-為第二組直流電源輸入回路。第一組直流電源經1K空氣小開關，送至斷路器操作機構，另一路送至CZX-12R操作箱。第二組直流電源經2K空氣小開關，也分別送至斷路器機構及操作箱。12JJ，2JJ電壓繼電器用于監視直流電源回路，當直流電源出現故障時，綜合自動化發出“直流電源消失”信號。

圖3 CZX-12R操作箱直流電源輸入與監視回路

2.2斷路器遙控開出

2.3斷路器三相合閘

變電所綜合自動化系統具有手動控制和自動控制2種控制方式。手動控制包括遠方控制中心控制、站內主控室控制、就地手動控制（含間隔層和設備層操作），并具備遠方控制中心/站內主控室、站內主控室/就地手動的控制切換功能?？刂萍墑e由高到低順序為：就地、站內主控、遠方控制中心，3種控制級別間相互閉鎖，同一時刻只允許一級控制。在實際工程應用中，220 kV測控裝置與保護裝置是分別各自獨立組屏的。以變電站某間隔層設備測控裝置來分析斷路器的遙控操作過程如圖4所示。

由站控層工作站或遠方控制中心工作人員下達遙控操作指令后，綜合自動化系統會將操作的設備名稱、編號和設備惟一的節點號與數據處理裝置進行比對后，再將滿足條件的返校結果顯示在控制中心的監控機上，工作人員可繼續執行操作，同時監控系統具有操作監護功能，允許監護人員在操作員工作站上實施監護，防止誤操作。即工作人員在監控機桌面上依次做選擇、返校、執行、撤銷、超時、告警、遙控執行時間等記錄或操作，才能完成對斷路器的遙控操作控制（見圖2）。正常情況下220 kV無人值班變電站中測控裝置面板上，斷路?

器的“就地/遠方”切換開關1QK均切至“遠方”位置，此時其輔助接點“⑦⑧”接通，直流操作電源1L+經 1YK1～1YK5 開入到測控裝置“701，703”端子，當滿足遙控合閘條件時，測控裝置接點HJ閉合，溝通“703，704”端子，操作電源經 1LP5壓板開入 1YK9去執行斷路器合閘；當滿足遙控分閘條件時，測控裝置接點 TJ閉合，溝通“701，702”端子，操作電源經 1LP4壓板開入到1YK7去執行斷路器分閘。

經分析看出，站控層工作站或遠方控制中心對斷路器遙控操作時，測控屏上的遙控合閘1LP5壓板及遙控分閘1LP4壓板應投入，同時1QK“就地/遠方”切換小開關切至“遠方”位置；而測控屏上的手合、手分斷路器，只需將1QK“就地/遠方”切換小開關切至“就地”位置，而不經遙控壓板控制，此時閉鎖上層“站控層工作站”或“遠方控制中心”對斷路器遙控操作。

站控層工作站或遠方控制中心工作人員下達遙控操作指令后，直流操作電源（1L+）1YK1經測控裝置開入到1YK9，測控屏1YK1與1YK9之間的回路接通，啟動斷路器三相合閘，如圖5所示。手合1SHJ繼電器勵磁， 同時 21SHJ，22SHJ，23SHJ繼電器勵磁，SHJ繼電器組或ZHJ自動合閘繼電器動作后各有3對動合觸點閉合，并分別送到U，V，W 3個分相合閘回路中，分別啟動斷路器的分相合閘線圈。其中21SHJ～23SHJ繼電器動作后，其接點分別送給保護和重合閘，作為“手合加速”、“手合放電”等。電阻與電容構成的手動合閘脈沖展寬回路，用于保證就地操作或遠方手合到故障線路時，使保護加速跳閘[2]。1YK1與1YK9之間回路接通后，勵磁1SHJ手合繼電器的同時，勵磁雙位置繼電器KKJ的動作線圈，并保持斷路器在合后位置，與斷路器位置接點構成“不對應”啟動重合閘，與斷路器常閉接點一起啟動“事故總”信號等。斷路器遙控分閘后，KKJ返回線圈勵磁后動作，保持返回狀態，返回后的KKJ接點去閉鎖重合閘。

圖5斷路器三相合閘啟動回路

2.4斷路器遙控執行分析

斷路器合閘命令通過分相合閘回路發至斷路器合閘機構，斷路器外圍執行及機構控制原理如圖6所示。

（1）遙控合閘。無人值班變電站的斷路器機構箱中的“就地/遠方”切換開關切至“遠方“位置（見圖6），其“遠方”接點接通，“就地”接點斷開，此時ZJ失磁，合閘回路中的ZJ2常閉接點閉合。斷路器合閘前，斷路器處于分閘狀態，其斷路器常閉輔助觸點DL閉合。在外圍執行回路中，測控屏上的“就地/遠方”QK正常運行狀態下切至“遠方”位置，其接點“②④”接點接通，而接點“①③”不通。遙控合閘接點”YH”，在圖4中對應的1YK5與1YK9的 “703，704”端子；遙控分閘接點“YT”， 在圖 4 中對應的 1YK5 與 1YK7 的“701，702”端子。斷路器在分閘位置時，其常開輔助接點DL斷開，使得TBJ-I防跳躍繼電器的電流線圈失磁，其常開接點TBJ1斷開，防跳繼電器TBJ-U電壓線圈失磁，其常閉接點TBJ2閉合。遠方控制中心或站控層工作站工作人員下達遙控操作“執行”指令后，“YH”接點閉合，DC 220 V操作控制電源從+KM經就地/遠方切換開關QK的“②④”接點到“YH”接點,

經電氣防跳躍閉鎖的TBJ2常閉接點到斷路器機構箱，再經“就地/遠方”切換開關的“遠方”接點、ZJ2和DL常閉輔助接點、合閘線圈HQ到-KM，合閘線圈HQ帶電，執行斷路器機構合閘，完成遙控合閘操作。發出遙信報文，監控畫面顯示開關變位。

（2）遙控分閘。斷路器機構箱中的“就地/遠方”切換開關切至“遠方”位置，其“遠方”接點接通，“就地”接點斷開。斷路器分閘前，斷路器處于合閘狀態，其斷路器常開輔助觸點DL閉合。在外圍執行回路中，測控屏上的“就地/遠方”QK正常運行狀態下切至“遠方”位置，其接點“②④”接點接通，而“①③”不通。遙控分閘接點 “YT”， 在圖 4中對應 1YK5與 1YK7的“701，702”端子。遠方控制中心或站控層工作站工作人員下達遙控“執行”操作指令后，“YT”接點閉合，DC 220 V操作控制電源從+KM經QK的“②④”接點到“YT”接點,經防跳躍閉鎖的TBJ-I電流線圈到斷路器機構箱，再經“就地/遠方”切換開關的“遠方”接點和DL常開輔助接點、分閘閘線圈TQ到-KM，使分閘線圈TQ帶電，執行斷路器機構分閘，完成遙控分閘操作，同樣監控顯示開關變位及報文信息。

3斷路器遙控操作異常分析及應對措施

圖6斷路器外圍執行及機構控制原理圖

在變電站正常操作工作中，許多情況是不能遙控斷路器的。（1）未通過綜合自動化遙控驗收的斷路器。（2）斷路器有缺陷影響安全運行的。（3）斷路器達到跳閘次數，僅剩余1次時。（4）斷路器“控制回路斷線”信號發出時。（5）斷路器分合閘被閉鎖時，比如機構壓力降低閉鎖分合閘、彈簧未儲能閉鎖合閘、滅火室SF6壓力異常，閉鎖分合閘或斷路器不滿足操作條件時。（6）現場正在操作相關設備時。（7）綜合自動化監控系統出現異常或故障時。（8）設備正在檢修時，而非驗收設備。（9）對于分相斷路器，若三相位置信號未全部上傳。

斷路器遙控操作失敗時，首先檢查斷路器有無“控制回路斷線”、“分合閘閉鎖”、“測控裝置異?；蛲ㄐ胖袛唷?、“測控裝置就地/遠方”小開關位置是否正確等。

總結歸納有如下原因及一般處理辦法：（1）斷路器控制回路斷線時查找原因修理回路；（2）斷路器分合閘被閉鎖或遙控被強行閉鎖時，檢查是否符合操作條件，有無違反操作規程等錯誤；（3）測控裝置異常故障時更換測控插件；（4）網絡通信異常或中斷，廠站工況退出時，恢復通信系統；（5）同期合閘操作，不滿足同期合閘條件；（6）在控制中心操作時，操作指令與設備遙信名稱不匹配；（7）斷路器機構卡死，機械拒動。（8）現場斷路器遙控壓板退出；（9）斷路器機構箱或者測控裝置上的“就地/遠方”切換開關切至“就地”；（10）沒有操作電源。對于（7）～（10）情況通知工作人員到現場處理。

在監控中心斷路器遙控工作中，經常會遇到遙控“返校失敗”或“遙控超時”。其原因也有許多，歸納起來有以下原因及處理辦法。（1）測控單元出口繼電器故障，一般情況下更換出口插件即可消除。（2）通信受到干擾，一般再次操作試一次。（3）測控單元故障。（4）測控單元地址沖突時，就需要重新設置測控單元地址，以免發生沖突。（5）測控單元與數據處理通信裝置通信中斷或數據處理通信裝置通信與主站系統通信中斷，通知自動化人員處理，恢復通信。（6）在具體工作中遙控對象號設置錯誤，操作指令與遙控設備的遙控對象名不匹配，使得遙控設備與定義的設備節點號不正確，發“返校失敗”，此時需重新設置遙控對象號。

結合查看廠站工況界面的相應變電站通道狀況，若此時無“廠站工況退出”信號，“返校失敗”說明從變電站總控單元到監控中心通信網絡正常，問題在變電站設備或裝置上，通知工作人員到現場檢查設備[3]。

在變電站斷路器設備無異常情況下，綜合自動化系統規定控制中心下達的指令15 s內得不到響應，即發出“遙控超時”信號。當監控中心工作人員下達遙控指令后，遇到網絡擁堵，數據傳輸慢，或下達的遙控指令得不到響應，綜合自動化監控會出現“遙控超時”。若遙控工作中遇有“遙控預置超時”，一般處理方法是再試一次。結合廠站工況界面查看相應變電站通道狀況，若2個通道同時退出，可能造成對此站失去監控的嚴重后果，此時要通知自動化工作人員檢查通道，期間廠站監控職權交由變電運維人員管理。斷路器在遙控過程中出現的異?；蜻b控失靈下，根據綜合自動化系統遙控操作斷路器的基本原理、方法，針對不同異常和遙控失敗的原因，準確分析判斷，消除隱患，從而找到正確的操作和控制方法。

4結束語

220 kV綜合自動化系統的變電站，斷路器的遠方遙控操作控制成為一種工作常態，特別是在電力系統出現故障，快速處理事故，切除故障，恢復電力供電等工作中發揮了重要的作用。本文對220 kV變電站斷路器遙控操作原理和操作過程進行了分析，對控制過程中出現異常和遙控失靈的各種問題，提出了具體的分析意見和應對措施。正確理解斷路器遙控原理，掌握斷路器遙控的基本方法，在不同的運行工況下，準確地分析判斷遙控過程中的異?；騿栴}，消除隱患，從而找到正確的操作和控制方法，保證斷路器可控，能控、在控，對提高安全管理水平有益。有助于運行維護和監控工作人員在運行監控、斷路器操作、事故處理、綜合自動化設備驗收等具體的工作中做到原理清楚，心中有數，確保變電設備安全運行。

[1]江蘇省電力公司.江蘇電網35～220 kV變電站自動化系統技技術規范[S].2007.

[2]許世輝，方國元，張輝明，等.國家電網生產技能人員職業能力培訓通用教材（二次回路）[M].北京：中國電力出版社，2010.

[3]江蘇省電力公司.江蘇電網地區監控通用運行規程[S].2011.