“五防”主要指防止误入带电间隔、误拉合断路器、带负荷拉合刀闸,带电合地刀(挂地线)和带地刀(地线)合开关。2006年前,一般采用独立于变电站综合自动化(简称综自)系统的五防系统完成五防功能。2006年,广东电网公司首先明确提出采用一体化五防的实现方式。2009年开始,国家电网公司明确将一体化五防列为可选的五防方案之一。五防控制规则是五防研究的重要内容,提出在间隔层实现五防,研究了利用图论并结合电力系统中对连通性的要求推导一般的闭锁规则的方法。
目前,变电站五防控制规则均是由各设计院根据各电力公司的需求输出五防控制要求,各综自厂家对设计院输出的五防控制要求进行转化,生成各自的五防控制规则,然后分别生成站控层规则和间隔层规则。这其中主要存在如下问题:①设计院生成的五防控制规则要求完备性得不到保证。现场接线方式多种多样,即使是典型的接线方式,如果纯粹依靠人工,出错的可能性极大;另外,五防规则的复杂性,也消耗了大量的人力进行分析统计和校核。②共享规则库未完全实现。目前,大部分综自厂家未实现站控层与间隔层协议的统一,一般都是独立编制,未能实现一体化五防要求的共享规则库的要求。③五防规则验证困难。本文在已有研究的基础上主要研究前2个问题,第3个暂不讨论。
生成的变电站五防规则是闭锁规则,给出的是操作命令被闭锁的情况。但在实际工程应用时,给出的均是正向的控制规则,之所以使用正向的控制规则,主要考虑到以下3点:
1)对变电站刀闸、地刀、开关等一次设备进行操作时,主要是分合操作,有明确的条件要求,比如合接地刀闸或挂接临时地线时的典型规则是:必须从接地点开始线路延伸的各个方向都有断开的刀闸(断路器和主变被视为短路)。
2)正向控制规则便于设计院、供电局、综自厂家相关技术人员进行核查。如果是闭锁规则,则在相关闭锁设备比较多时,闭锁规则相当复杂,不便于各方相关技术人员进行核查。
3)在综自系统实施时,如果是闭锁规则,不管是利用文献[1]中的脚本,还是利用标准规则库,实现起来的语句长度和复杂度都大于正向控制规则。
目前,各主流综自厂家和五防厂家均使用正向规则。一个典型接线图说明五防控制规则,其使用的即为正向控制规则。各开关(刀闸)控制规则为:
1.线路开关2201控制规则。分闸、合闸条件:无。
2.母线侧刀闸22011(或22012)控制规则。分闸条件:①2201分,22012(或22011)分;②22012(或22011)合,母联(分段)开关及其两侧刀闸合。合闸条件:①母线Ⅰ(或母线Ⅱ)所有地刀分,线路开关及其两侧地刀分,母线Ⅱ(或母线Ⅰ)刀闸分;②母线Ⅱ(母线Ⅰ)刀闸合,母联开关及其两侧刀闸合。
3.线路刀闸22013控制规则。合闸条件:2201及其两侧地刀分,220140分;分闸条件:2201分。
4.开关两侧接地刀闸2201B0(或2201C0)控制规则。分闸条件:无;合闸条件:出线开关两侧刀闸22011,22012,22013分。
5.线路地刀220140控制规则。分闸条件:无;合闸条件:22013分、出线线路无压。
在目前工程应用中,五防控制规则均由经验丰富的技术人员根据运行规则人工总结得出。对于比较简单的变电站,工作量尚可预期并忍受,但对于接线比较复杂、规模比较大的变电站,工作量相当大,并且出错的可能性高。推导出一种生成五防闭锁规则的方法,但这种方法推导出的规则为闭锁规则,在实际应用中难以推广。本文从电力系统典型控制规则入手,提出一种可满足工程应用的根据主接线图自动获取五防控制规则的方法。
2.1电力系统典型控制规则电力系统中各种典型控制规则为:
1)接地刀闸或临时地线
合接地刀闸或挂接临时地线条件:必须从接地点开始线路延伸的各个方向都有断开的刀闸(断路器和主变被视为短路);分接地刀闸或拆除临时地线条件:无。
2)刀闸
合刀闸条件:本回路开关必须断开,从本刀闸开始线路延伸的各个方向的接地刀闸或临时地线全部断开(到其他刀闸为止);分刀闸条件:本回路开关必须断开。在潮流方向固定不变时,送电的顺序是先合电源侧刀闸,再合负荷侧刀闸,最后合开关;停电顺序是先分开关,再分负荷侧刀闸,最后分电源侧刀闸。一般规定母线侧为电源侧。
3)开关(断路器)
对于线路开关,合操作条件:相邻侧刀闸都在合位或都在分位;分操作条件:无。对于分段开关,合操作条件:相邻侧刀闸都在合位或都在分位;分操作条件:某段有线路开关在运行状态且该段的主变开关也在运行状态,或者是某段线路开关都在停电状态。对于母联开关,合操作条件:相邻侧刀闸都在合位或都在分位;分操作条件:无电源供电的一条母线上的所有母线侧刀闸都断开,即所有负荷均已倒到另一条母线上时,或者是两条母线均有电源供电。
4)主变压器及其各侧开关
一般高压侧、中压侧为进线侧(电源侧);低压侧为出线侧(负荷侧)。主变压器停电顺序:先断低压侧主变开关,再断中压侧或高压侧主变开关;主变压器送电顺序:先合高压侧或中压侧主变开关,再合低压侧主变开关。高压侧或中压侧主变开关分合顺序一般无要求。低压不停电时,应保证高、中压有一路电源给低压供电;操作高压侧主变开关时,应保证主变中性点开关在合位。
合主变开关条件:相邻侧刀闸都在合位或都在分位;分主变开关条件:非全站停电时,当一台主变压器停电,要保证另一台主变压器在运行状态,且低压分段开关应在合位。非全站停电时,当高压主变开关全部断开,应保证至少有一台中压主变的开关在运行状态;当中压主变开关全部断开时,应保证至少有一台高压主变的开关在运行状态。
2.2典型控制规则分析
通过研究典型控制规则可得出如下结论:误入带电间隔主要由变电站的管理来保证,目前主要由严格执行操作票要求来保证。误拉合断路器有3种情况:①选择非目标间隔进行操作,即选择错误;②保证系统供电连续性的要求;③用户操作运行要求。带地刀(地线)合开关在现场一般不配置条件,主要是因为在合开关两侧刀闸时,已要求所有相关地刀或临时地线是断开的,即满足“从本刀闸开始线路延伸的各个方向的接地刀闸或临时地线全部断开(到其他刀闸为止)”。因此,对典型控制规则的分析主要集中在带电合地刀(挂地线)、带负荷拉合刀闸和误拉合断路器上。接地刀闸或临时接地线的控制规则是确定的,不随接线方式的变化而变化。
2.3刀闸控制规则
刀闸控制规则的核心思想是不能带负荷拉合,即操作前后两端的电位不相等。在实际配置规则时,会列出允许操作的情况,其控制规则可表述为多个控制规则的或集。线路送电时,刀闸的顺序是先合电源侧刀闸,再合负荷侧刀闸,都是为了在发生误操作时缩小事故范围,在此不进行深入分析。对于比较简单的单母线,其进线或馈线的开关两侧刀闸可利用典型规则导出,其分合都只有一个条件。对于双母线等特殊接线方式,典型控制规则不适用,以图1中母线侧刀闸闭锁逻辑为例,分闸条件1和合闸条件1是在没有负荷情况下的操作;分闸条件2和合闸条件2是在倒母线情况下的操作,其目的是把线路负荷从一条母线转移到另外一条母线。
2.4断路器控制规则
断路器本身可带负荷操作,对其配置规则的主要目的在于满足安全稳定运行的要求和保证供电的连续性。线路开关、分段开关、母联开关和主变开关的合操作,对两侧刀闸要求同为分或同为合主要是保证间隔设备状态始终处于正常状态;在出现非预期状态时禁止对开关操作,是为了保证供电的可靠性;对母联开关和分段开关执行分操作控制规则,主要是保证对用户供电的连续性。主变开关的分合操作也有确定的顺序,其目的也是保证系统的稳定运行,在此不进行深入分析。
2.5五防控制规则总结
通过对规则的详细分析,可以得出如下结论:
1)在任何情况下,地刀的控制规则是确定的。
2)隔离刀闸的控制规则遵循的基本原则是等电位操作,在其基础之上根据具体应用来配置规则。
3)断路器控制规则主要是确保供电的可靠性。
