智能变电站远方就地操作方案优化设计
南京南瑞继保电气有限公司的研究人员陈桂友、朱何荣等，在2015年第3期《电气技术》杂志上撰文，为了更安全、方便的进行手动操作，根据“操作侧近端就地”原则对智能变电站的手动操作回路进行了优化。测控装置增加过程层手合同期、远方就地、解除闭锁等把手的接收虚端子，间隔层和过程层都可以进行手动操作。同时利用测控装置对各种把手位置进行逻辑判断，以防止误操作。操作回路优化之后，即可以在间隔层完成手动操作，也可以在过程层完成手动操作。而且无论是在间隔层还是过程层，都可以实现手合同期操作。与现有方案相比操作位置选择更灵活、操作也更安全。
智能变电站自动化系统采用“三层两网”结构[1]。在功能逻辑上分为站控层、间隔层和过程层，层与层之间信息交换通过站控层网络和过程层网络实现。
过层程是一次设备和二次设备紧密结合的层面[2]。过层程采集一次设备的各种电气量和参数，并实现对一次设备的控制和操作。而间隔层装置和过层程装置通过网络进行信息交互[2]。因此间隔层的测控装置和过层程设备之间没有直接的电气连接。
所以，在智能变电站中取消了测控屏上的操作把手。只在测控屏上设置“解除闭锁”压板和“投远控”压板。需要手控操作时操作人员只能到一次设备的操作机构处进行操作。操作时，操作人员需要进入一次设备间隔，增加了危险系数。
另外同期功能设置在测控装置中[3]，操作把手设置在操作机构处不经过测控装置，因此不能实现手动同期合闸操作。需要同期合闸时只能通过站控层进行遥控操作，失去了灵活性。
文献[4]提出了一种过程层的手合同期方案，可以部分解决手动同期合闸的问题。但是此方案只能在过程层进行手动同期合闸操作，没有解决间隔层的手动操作问题，也没有解决间隔层和过程层手动操作配合的问题。
本文针对目前智能变电站手动操作存在的问题，按照“操作侧近端就地”原则，设计了一种新的手动操作方案。在既保证手动操作灵活方便的同时，又能最大限度的保证操作人员的安全。所谓“操作侧近端就地”是指操作员操作之前，应把操作侧的“投远控”压板退出或“远方/就地”把手设为就地位置。
此时闭锁其它地方的操作，确保操作来源的唯一性。如间隔层测控屏上“投远控”压板退出时，则由测控装置闭锁站控层和调度端的遥控操作。如过程层操作机构处的“投远控”压板退出时，则由测控装置闭锁站控层和调度端的遥控操作以及在测控屏上的手动操作。
1 测控装置优化设计
1.1 测控装置把手设计
测控装置的输入信号设置如表1所示：
表1 测控信号输入
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信号名称 |
是否支持硬开入 |
是否支持GS虚端子 |
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解除闭锁 |
√ |
√ |
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手合同期 |
√ |
√ |
|
手动分闸 |
√ |
× |
|
投远控 |
√ |
√ |
测控装置提供“解除闭锁”信号[5]输入和“解除闭锁”GOOSE接收虚端子。可支持在测控屏与操作机构任一侧或两侧都布置“解除闭锁”压板。测控屏上的“解除闭锁”信号通过测控装置的硬接点开入直接接入。操作机构处的“解除闭锁”信号由智能终端采集之后通过过程层网络以GOOSE（GS）方式发送给测控装置。测控装置通过“解除闭锁”GOOSE接收虚端子接收。两者采用或逻辑，任意一个投入则解除间隔层测控装置的联锁。
测控装置提供“手合同期”信号输入和“手合同期”GOOSE接收虚端子。可支持在测控屏与操作机构任一侧或两侧都布置“手合同期”把手。测控屏上的“手合同期”信号通过测控装置的硬接点开入直接接入。操作机构处的“手合同期”信号由智能终端采集之后通过过程层网络以GOOSE方式发送给测控装置。测控装置通过“手合同期”GOOSE接收虚端子接收。
测控装置提供“手动分闸”信号输入，用于接收测控屏上“手动分闸”把手的信号，测控装置不设置“手动分闸”接收虚端子。
测控装置提供“投远控”信号输入和“投远控”GOOSE接收虚端子。可支持在测控屏与操作机构任一侧或两侧都布置“投远控”压板。测控屏上的“投远控”信号通过测控装置的硬接点开入直接接入，操作机构处的“投远控”信号由智能终端采集之后通过过程层网络以GOOSE方式发送给测控装置。测控装置通过“投远控”GOOSE接收虚端子接收。
1.2 测控装置闭锁逻辑设计
测控装置的远方就地闭锁方案如表2所示,表中空白处表不关心其状态。
表2 测控装置远方就地闭锁方案
|
投远控 |
投远控虚端子 |
|
|
站控层遥控操作 |
1 |
未配置或有效为1 |
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间隔层手动操作 |
0 |
未配置或有效为1 |
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过程层手合同期 |
有效为0 |
1.“投远控”信号输入为1，“投远控”GOOSE接收虚端子未配置输入或有有效输入且为1，此时开放站控层和远方调度端的遥控操作。
2．“投远控”信号输入为0，“投远控”GOOSE接收虚端子未配置输入或有有效输入且为1，此时开放间隔层的手动操作，包括在测控屏上通过操作把手进行手合同期、手动分闸操作和通过液晶进行分、合闸操作。
3．“投远控”GOOSE接收虚端子有有效输入且为0时，开放操作机构上的手合同期操作。操作机构上的手动强制合闸和分闸操作不经过测控装置，由操作机构处的二次回路进行闭锁。
其它任意情况下测控装置闭锁控制操作。GOOSE接收虚端子未配置是指虚端子未配置相应的GOOSE接收。这不同于GOOSE断链无接收的情况，GOOSE断链时无有效输入。GOOSE接收虚端子有有效输入是指GOOSE虚端子配置了相应的GOOSE接收，收到有效的GOOSE报文，并且符合置检修一致原则。置检修一致原则是指测控装置和智能终端的检修状态相同时，GOOSE信号有效；否则测控装置和智能终端的检修状态不相同时，GOOSE信号无效。
2 站控层操作方案设计
站控层操作时，首先需要把间隔层测控屏上和过程层操作机构上的“投远控”压板投入。此时由测控装置闭锁间隔层和过程层的手控操作。站控层遥控操作时，测控装置的闭锁逻辑如下图所示：
图1 站控层操作闭锁逻辑
图中信号描述后面的“GS”表示测控装置GOOSE虚端子接收的信号，信号描述前面的“GS”表示测控装置通过GOOSE输出的信号。
站控层通过站控层网络发送遥控分、合闸命令给测控装置，由测控装置判断遥控命令的合理性。判断正确之后，测控装置由过程层网络通过GOOSE发送分、合闸命令给智能终端，由智能终端进行出口[6]。远方调度的遥控操作方式和站控层的遥控操作方式相同。
3 间隔层操作方案设计
3.1 测控屏把手设计
测控屏上可设置“解除闭锁”硬压板，“手合同期”操作把手，“手动分闸”操作把手，和“投远控”硬压板。这些信号直接接入测控装置对应的硬接点开入。如果需要在测控屏上进行操作任何控制操作，包含通过测控液晶进行控制操作，则必须在测控屏上设置“投远控”压板。
3.2 测控屏操作方案设计
在测控屏上进行操作，包含通过测控液晶进行控制操作时，应首先把测控屏上的“投远控”压板退出，使测控装置处于就地状态。此时测控装置闭锁调度端和站控层的遥控操作。同时测控装置检测“投远控”GOOSE接收虚端子的输入，如果“投远控”GOOSE接收虚端子未配置输入或投入，则开放测控屏上的手动操作。如果“投远控”GOOSE接收虚端子有输入且退出，表示一次操作机构处有人进行操作，则测控装置闭锁测控屏上的手动操作。间隔层操作时的闭锁逻辑如下图所示：
图2 间隔层操作闭锁逻辑
在测控屏上进行手动同期合闸时，把测控屏上的操作把手打到“手合同期”位置，测控装置首先检测“投远控”退出且“投远控”虚端子未配置接收或投入，再检测同期状态。满足条件之后，通过GOOSE发送合闸令给智能终端，由智能终端进行出口。
在测控屏上进行手动分闸操作时，把测控屏上的操作把手打到“分闸”位置，测控装置首先检测“投远控”压板退出且“投远控”虚端子未配置接收或投入。满足条件之后，通过GOOSE发送分闸令给智能终端，由智能终端进行出口。
在测控装置的液晶上进行分、合闸操作时，过程和通过测控屏上的把手操作相同。测控装置首先检测“投远控”压板退出且“投远控”虚端子未配置接收或投入。满足条件之后，通过GOOSE发送分、合闸令给智能终端，由智能终端进行出口。
4 过程层操作方案设计
4.1操作机构把手设计
操作机构上可设置“解除闭锁”硬压板，此信号由智能终端采集之后通过过程层网络以GOOSE方式发送给测控装置。测控装置通过“解除闭锁”GOOSE接收虚端子接收。
操作机构上可设置“手合同期”操作把手，此信号由智能终端采集之后通过过程层网络以GOOSE方式发送给测控装置。测控装置通过“手合同期”GOOSE接收虚端子接收。
操作机构上可设置“强制合闸”和“手动分闸”操作把手，此信号不需要经过测控装置，可直接进行强制合闸和分闸操作；
操作机构上可设置“投远控”硬压板。此信号由智能终端采集之后通过过程层网络以GOOSE方式发送给测控装置。测控装置通过“投远控”GOOSE接收虚端子接收。如果需要在操作机构上进行任何操作，则必须在操作机构上设置“投远控”压板。
4.2操作机构操作方案设计
操作人员需要在操作机构上进行操作时，应首先把操作机构上的“投远控”退出，使操作机构处于就地状态。测控装置检测到“投远控”GOOSE接收虚端子有有效输入且退出，则闭锁调度端和站控层的遥控操作，同时闭锁测控屏上手动操作。
在操作机构上进行手动同期合闸时，把操作机构上的操作把手打到“手合同期”位置，此信号由智能终端采集后通过GOOSE发送给测控装置。测控装置检测到“手合同期”GOOSE接收虚端子有有效输入且为1时，再检测“投远控”虚端子有有效输入且退出，然后检测同期状态。满足条件之后，通过GOOSE发送合闸令给智能终端，由智能终端进行合闸出口。
在操作机构上进行手动强制合闸操作时，把操作机构上的操作把手打到“强制合闸”位置。不经过测控装置，直接导通操作回路进行合闸操作。同时需要注意，手动合闸操作回路中应串接“投远控”压板的就地位置，以确保手动强制合闸时，操作机构处于就地位置。在操作机构上进行手动分闸操作时，同强制合闸类似。
5 结论
本文按“操作侧近端就地”的原则，对智能变电站的远方就地手控操作方案进行了优化设计。间隔层操作把手置于就地位置时，只允许在间隔层进行操作，闭锁远方调度端和站内站控层的操作。
过程层操作把手置于就地位置时，只允许在过程层进行操作，闭锁远方调度端、站内站控层和间隔层的操作。在取消配置各个功能GOOSE接收虚端子的接收的情况下，本文设计的远方就地控制方案和现有的常规变电站的远方就地控制方案完全相同。
因此本设计方案在满足智能化变电站手动操作的同时，也完美的兼容了现有的传统常规变电站的手动操作方案。方案灵活性高，可根据实际情况设置或取消一些把手或压板，而不需要改变测控装置的闭锁逻辑，可最大限度的满足工程实际需要求。