一種變壓器有載分接開關檔位控制器防誤控制研究

黃博，徐學帥，李踔，尹丕祥，馬留二，蘇煜，熊曉川

（云南電網有限責任公司普洱供電局，云南 普洱 665000）

0 前言

大型電力變壓器是電力系統中傳輸電能的重要設備，而有載調壓開關是變壓器實施不停電調節電壓的關鍵設備，運行良好的有載調壓開關可以避免不必要的倒閘操作和停送電，減少非計劃性停電時間和風險。有載調壓開關長期工作在強電場、高溫高壓環境下，不可避免地存在元件損耗、機械卡澀、絕緣老化等缺陷，從而造成拒動和誤動情況[1-2]，嚴重時會引起保護動作、主變跳閘等電網事故。

傳統的變壓器有載分接開關控制部分主要由電動機構箱以及檔位控制器構成，控制流程是由調度主站及后臺監控根據設定電網電壓控制邏輯進行自動調壓，調壓指令下發到檔位控制器然后再到電動機構箱進行控制，如圖1，其中檔位控制器是控制命令的執行核心部件。

圖1 變壓器有載分接開關控制部件

目前傳統的檔位控制器及其檔位調節方法在實際運行中存在一些問題和缺點：

1）調度主站及后臺監控下發主變檔位升、降、急停遙調命令，檔位控制器是否收到遙調命令只能通過調壓電動機構是否調檔來確認，調檔未成功不能確定是控制器與電動機構通訊還是控制器與遠動、后臺通訊問題；

2）調度主站及后臺監控下發錯誤命令但檔位控制器不能判別其合理性，可能造成電壓偏高仍然升壓或者相反情況；

3）調度主站AVC程序及后臺監控重復下發指令，造成調壓電動機構非正常調檔。

隨著數字化和智能化控制裝置的采集計算能力及通信能力不斷增強，本文提出了一種本質安全的變壓器有載分接開關檔位控制器防誤控制設計方法，使得檔位控制器可以對通信和命令報文進行核驗和確認，同時根據采集到的目標電壓值進行本地調檔合理性校驗，避免錯誤指令的執行，同時支持快速定位故障。

1 本質安全防誤控制方法

在實際運行中，有多種原因能引起變壓器有載分接開關檔位調節誤動作，既有可能是分接開關本體故障，也有可能是檔位控制器故障或是上位機誤發命令造成的。要實現本質安全的防誤控制，必須在檔位控制器中增加調節命令的就地條件校驗，在控制命令執行前進行防誤邏輯判斷，從而保障調檔動作的準確和合理，具體方法如下：

1）檔位控制器增加母線電壓及負荷電流監測，在調度主站AVC程序及后臺監控下發升降檔命令后可以進行邏輯防誤操作判別；

2）檔位控制器支持通信狀態監測，從而增強檔位控制器的邏輯判別功能；

3）檔位控制器增加調檔間隔設定和操作次數限定的防誤功能；

考慮到檔位控制器在變電站綜合自動化系統中的功能定位，在傳統檔位控制器上增加防誤控制功能有幾個難點：

1）檔位控制器要讀取母線電壓和負荷電流值，需要增加接線，現場改造工作量大；

2）檔位控制器要通過通信方式獲取母線電壓和負荷電流值，需要從保護測控裝置召喚或直接讀取SV服務數據

3）檔位控制器的防誤功能需要通過MMS服務進行投入退出

根據這三點功能改進后的檔位控制器如圖2所示，裝置的通信和計算能力得到了很大提升，支持IEC61850通信協議，支持接線方式或通信方式獲取母線電壓和負荷電流。

圖2 變壓器有載分接開關檔位控制器

2 本質安全檔位控制器實現

根據檔位控制的防誤控制方法，控制器的具體設計方案描述如下：

2.1 控制裝置功能設計

1）調度主站AVC程序及后臺監控通過網絡與遠控屏的有載分接開關檔位控制器進行通信，投退防誤功能和發送控制命令，具體通信協議采用IEC61850通信協議；

2）保護測控裝置同時將變壓器的電壓，電流數據通過IEC61850通信協議傳輸給有載分接開關檔位控制器；

3）檔位控制器與分接開關電動機構箱進行通信和控制執行，檔位控制器能判別機構箱通信狀態；

4）檔位控制器基于保護測控裝置傳輸的電壓電流狀態以及電動機構箱的狀態對調度主站和后臺監控系統下發的控制命令進行邏輯防誤判斷，如果不滿足調檔條件，則進行閉鎖和反饋；

5）如檔位控制器判斷滿足調檔條件，則執行相應的調檔命令并在執行完成后回復調度主站和監控后臺系統遙控成功。

2.2 控制裝置軟硬件架構

為了實現防誤控制功能，裝置的通信和計算能力需要提高以支持更多IEC61850通信服務，因此對裝置的軟硬件架構做了升級：

1）硬件上升級了裝置的主控板，采用了通信處理能力更強的PowerPc芯片，從而保障CPU可以同時進行IEC61850數據服務和IEC61850客戶端訪問，具體IEC61850建模如圖3。

圖3 軟件功能完善

2）軟件上在原有的交流采樣模塊上增加了IEC61850客戶端功能，支持從保護裝置讀取交流采樣數據，具體軟件功能模塊如圖4：

圖4 檔位控制器軟件功能模塊

2.3 防誤控制邏輯設計

結合現場變壓器的分接開關特殊控制邏輯[3]，增加防誤功能的控制器控制邏輯如圖5所示：

圖5 檔位控制器防誤控制邏輯

1）檔位控制器控制防誤操作，對調度及后臺下發的調節檔位控制命令的合理性、正確性進行判斷，閉鎖異常操作命令，具體方法：

a．檔位控制器增加控制防誤功能壓板，支持通過壓板投入、退出檔位控制器控制防誤功能。控制防誤功能壓板支持虛擬遙信量，調度及后臺可以通過相應的虛擬遙控量進行遠程投切防誤功能；

b．控制防誤功能壓板投入后，檔位控制器對負載電流，電壓進行自動監測和閉鎖邏輯判別，如果當前控制命令滿足閉鎖條件時，應按照遙控對象進行閉鎖，向調度主站和監控后臺返回“防誤邏輯判斷不通過，主變升檔或降檔遙控失敗”軟遙信告警；

c．如果檔位控制器判斷當前控制命令不滿足閉鎖條件時，執行相應的調檔命令并在執行完成后返回遙控成功。

2）檔位控制器控制防誤策略：母線電壓越限閉鎖（母線電壓可通過遙測轉發給檔位控制器的形式參與邏輯判別）。

a．當相應母線電壓的越限狀態已經為越上限時，閉鎖升檔的遙控操作；

b．當相應母線電壓的越限狀態已經為越下限時，閉鎖降檔的遙控操作；

c．當變壓器負載電流越限狀態已經為越上限時，閉鎖升降檔遙控操作；

d．電壓越限閉鎖定值應與對應上級調度定值單或變電站運規的母線電壓控制上下限相配合，支持分時段配置；其閉鎖定值上限應大于控制上限0～1 kV，其閉鎖定值下限應小于控制下限0～1 kV；

e．對于處于檢修狀態的母線，該母線電壓不應觸發母線電壓越限閉鎖。

3）連續操作閉鎖。

a．檔位控制器應能閉鎖短時間連續多次接收到的主變升降檔的遙控指令（如：1分鐘內不允許連續執行調度或后臺的調檔命令）；

b．檔位控制器中配置的連續遙控閉鎖時間應小于所接入調度系統連續兩次計算周期的時間間隔；

c．當有人工操作連續主變升降檔位的需求時，應預先退出防誤閉鎖壓板再執行操作。

4）其他閉鎖。

a．主變測控或擋位控制器裝置失電或通信中斷時，應閉鎖；

b．當對應主變測控裝置閉鎖或報警時，應閉鎖；

c．當對應主變保護裝置保護動作跳閘時，應閉鎖。

3 控制器防誤功能測試

在完成改進的新型分接開關檔位控制器研發后，我們根據設計完善的原理圖（如圖6）搭建了測試平臺對裝置防誤功能進行了系統測試（如圖7）。

圖6 檔位控制器原理圖

圖7 檔位控制器測試平臺

測試結果表明裝置能夠按照防誤控制邏輯進行準確的閉鎖和功能投退，驗證了方案的可行性，可以進一步在現場進行掛網。

4 結束語

本文實現的變壓器有載分接開關檔位控制器能夠本地校驗遠方控制命令，通過就地進一步的調壓邏輯判別有效保障電動機構不誤調檔，實現了控制器本質安全，通過就地防誤，提高分接開關使用壽命和運行安全；通過通信狀態的實時更新判別，可以快速定位控制異常，縮短檢修及故障排除時間，有效節約人力資源和故障排查時間，迅速恢復電網正常穩定運行；

檔位控制器的就地防誤功能符合電網公司本質安全建設工作要求，提高了站端設備對來源于主站指令的安全鑒別能力，防誤控制型檔位控制器的實現具有廣闊的應用前景。