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1、变电站一键顺控改造技术的研究与应用探讨摘要随着电力系统智能化的发展，一键顺控在变电站倒闸操作中的作用越来越大；但由于智能变电站技术仍处于发展阶段且还存在大量常规变电站未进行智能化改造，当前使用顺控技术的变电站较少，实际运行管理经验比较缺乏。文章介绍了变电站顺控改造方案与验收环节，为今后变电站顺控改造、建设的优化提供借鉴。一键顺控是指用电网调控主站端应用自动控制、状态自动识别和智能判断技术，一键顺控系统引入视频联动系统，实现断路器和隔离开关的视频联动控制，将传统人工倒闸操作模式转变为操作票自动生成、操作步骤一键启动、防误主站系统校核、设备状态自动判别、操作过程顺序执行的自动模式。在操作过程中，系
2、统按设备倒闸操作规则自动生成顺控操作票，能够高效准确地实现变电站电气设备的分合闸操作，极大地提高倒闸操作的效率和安全，减少电气作业事故的发生，这是变电站倒闸操作的一种全新模式口-3。现阶段智能变电站在投产时已同步配备一键顺控操作系统,但还存在大量常规变电站须进行一键顺控改造，本文以IlOkV某变电站为例，探讨一键顺控改造方案和验收方案，为今后变电站顺控改造、建设的优化提供方法和思路。变电站一键顺控改造方案1改造目标IlokV某变为户内GIS智能变电站，IIOkV部分均为GIS结构，采用内桥接线方式，IOkV采用单母四分段接线。50MVA主变压器2台，IlOkV出线2回，IokV出线36回。一键
3、顺控改造工作结合站内停电工作进行，涉及IlOkV母线及出线，共有14只隔离开关列入状态“双确认”改造项目。2改造内容实现监控主机一键顺控。1：1.OkV某变电站为户内GIS智能变电站，投产时己具备程序化操作功能，为满足一键顺控实施要求，须对变电站监控系统开展一键顺控功能升级改造。实现防误“双校核。IIOkV某变电站投产时，配置内嵌在监控主机的“五防系统，不满足监控主机内置防误逻辑与智能防误主机防误逻辑双校核要求，须新上独立智能“五防主机。实现隔离开关双确认功能。对在运变电站加装一键顺控时，原则上应尽量减少对现有机构和连杆进行改动。本次一键顺控改造中，隔离开关位置均通过视频图像识别实现双确认功能
4、，监控视频安装在各间隔开关、隔离开关机械指示位置的周边，如智能组件柜、光缆转接箱、电流采集箱等位置，实时传送隔离开关机械位置图片，利用图像识别技术实现一次设备位置的判别。改造方式与技术路线1一键顺控视频双确认系统架构变电站一键顺控视频双确认机制。主要由摄像机、硬盘录像机、站端视频主机、智能分析主机等组成。站端视频主机部署视频浏览、操作联动、录像等模块，智能分析主机提供隔离开关分合闸智能分析算法。摄像机采集隔离开关位置信息后，上送至智能分析主机，分析主机将视频采集信息分析后输出数字信号，通过反向隔离与后台主机通信，为一键顺控隔离开关位置确认提供判据。后台机完成一键顺控操作后，将操作信息通过正向隔
5、离装置发送至分析主机，实现操作设备视频画面联动。系统架构如图1所示。开关双确认技术。变电站开关位置双确认技术方案采用“遥信位置+遥测数据判据。遥信位置为主判据：采用开关的合位、分位双位置辅助接点。遥测数据为辅助判据：采用三相电流遥测量，电流取自本间隔TA；采用三相电压遥测量，电压取自本间隔线路TV。视频联动双确认。变电站IIOkV母线及出线间隔隔离开关双确认的实现方式是采用视频联动双确认。视频图像识别实现双确认功能，监控视频安装在各间隔开关、隔离开关机械指示位置的周边，如智能组件柜、光缆转接箱、电流采集箱等位置，实时采集一次设备机械位置图片，利用图像识别技术实现一次设备位置的判别，同时兼顾设备
6、监视及设备巡视4。视频摄像机类型有3种，分别是固定枪机、T型云台和微型摄像机。其中T型云台可以通过摄像头的远程遥控移动,监控多个设备。视频监控摄像头网线接到主控室的视频交换机,把监控图片传送到巡视主机进行图像识别。2隔离开关位置监控视频的安装隔离开关位置双确认须监控的主要设备分布在IlokV场地设备区域。IlOkV场地设备区域15个监控点，实现对站内设备隔离开关和接地隔离开关机械位置的监控。每个监控点对应具体的视频摄像头的布置如表1所示。进线一、进线二、IlOkV母分间隔GlS筒体左侧各设置1个云台监控点。“能无防行机后台机图1一键顺控视频双确认系统架构表1变电站一键顺控改造技术的研究与应用一
7、键顺控验收方案一键顺控验收监控摄像头安装情况，应满足防水、防潮要求，云台移动可靠、性能稳定、信号传输稳定，能够承受正常操作产生的振动要求，且监控摄像头的安装和使用全过程不会对一次设备产生影响，先通过操作隔离开关变位，验收巡视主机的隔离开关机械位置图像；然后执行该间隔一键顺控操作任务，验收巡视主机的图像识别能力，核对监控后台、智能“五防机点位.1视频摄像头验收对视频摄像头采集图像的清晰度、信号稳定性、摄像头转动灵活度进行验收。验收摄像头采集视频和视频联动的能力。2云台控制验收对云台的上、下、左、右等方向控制，对镜头的变倍、调焦、光圈控制功能进行验收，应满足支持预置位的设置、调用、删除和修改。3视
8、频识别隔离开关位置验收验收智能分析装置对隔离开关位置信息图像分析的准确性。图像识别结果应包括分闸位置、合闸位置、分合闸异常及分析失败等，分合闸异常故障漏报率0l%.4监控系统防误逻辑验收监控系统防误逻辑验收时，先解除与智能防误主机的防误校验，按经过审核通过的防误逻辑表在监控主机上进行模拟操作，验证监控系统防误逻辑正确性、完整性。包括验证全站与测控装置联闭锁一致性（站控层）、测控装置联闭锁正确性（间隔层）5。5智能防误主机防误逻辑验收智能防误主机逻辑验收，通过模拟开票操作是否通过，验证智能防误主机内置逻辑的正确性、完整性。6一键顺控功能验收一键顺控功能验收主要包括操作票库验收、操作任务验收、模拟
9、预演验收、指令执行验收、监控主机与智能防误主机信息交互功能验收、操作记录验收、性能验收、安全性验收、稳定性验收等。结束语一键顺控作为变电运维“两个替代中的重要一环，具有变电设备操作方式历史变革性意义。通过设备改造升级，将大量烦琐的人工倒闸操作步骤固化到专用计算机上，自动、精准地完成倒闸操作，并同步完成位置校验，确保操作到位，减少电气作业事故的发生。附参考资料：智能变电站一键顺控对设计的新要求与思考一.智能变电站的发展趋势2009年，国家电网提出“坚强智能电网的概念，全面开启了电网进入智能化技术的时代。各科研院所、高校和设备制造厂商围绕智能电网技术开展研究，智能变电站也顺应时代潮流应运而生。智能
10、变电站是智能电网的关键组成部分，是未来变电站技术发展的趋势。随着十几年的技术发展，智能变电站技术己逐渐成熟，形成完整的体系和标准示范。新型智能变电站应该从变电站运行维护的实际需求实现智能化。变电站自动化系统的功能主要有两个：一是电网的运行操作；二是电网设备的状态监测。需要系统简单、功能强大的智能化系统来实现这两个功能。从电网运行的角度，运行人员主要负责电网的运行操作，所有操作都应该是傻瓜式操作，只要按规定动作按下正确的按钮，就能一键式完成操作指令，不需要担心误操作和执行不到位的问题。控制操作的功能和设备到位状态由自动化人员负责，有任何问题由自动化运维人员解决。这就对自动化运维人员提出了更高的要
11、求。随着这类需求的出现，智能变电站一键顺控技术应运而生。国家电网公司提出，公司坚持220千伏及以上在运变电站一键顺控“能改则改，预计到“十四五末，220千伏及以上、IlO千伏及以上在运变电站一键顺控应用比例将分别达95%和55%o二.一键顺控的定义变电站顺序控制功能也称程序化操作，是指通过自动化系统的单个操作命令，根据预先规定的操作逻辑和五防闭锁规则，自动按规则完成一系列断路器和隔离开关的操作，最终改变系统运行状态的过程，从而实现变电站电气设备从运行、热备用、冷备用、检修等各种状态的自动转换。智能变电站的一键顺控是指，智能变电站的高级应用功能中利用智能变电站的顺控功能,将变电站的常见操作根据一
12、定的五防逻辑在智能变电站的监控后台上编制成操作模块按钮，操作人员在操作时不需要编制内容复杂的操作票，只需要根据操作任务名称调用“一键顺控”按钮对应的操作票进行操作即可完成目的操作。一键顺控操作是先进的倒闸操作模式，可实现操作票预制、操作任务生成、设备状态自动判别、防误联锁智能校核、操作步骤一键启动、操作过程自动顺序执行等智能化应用，在保障操作安全的前提下，可有效减少操作和停电时间，降低经济损失和对生产生活造成的不便，还能够有效降低倒闸操作误操作的概率，从而降低电网事故率，防止大面积停电，避免造成恶劣的社会负面效应。一键顺控近两年己广泛应用于国内的变电站自动化系统中，特别是在一些升级改造的变电站
13、中，都引入了一键顺控操作来实现变电站主设备的状态转换。.一键顺控的实现过程在变电站部署监控主机、独立智能防误主机和I区数据通信网关机。双套防误校核通过独立智能防误主机与监控系统内置的防误逻辑来实现，双重保险，I区数据通信网关机为调控机构远方一键顺控提供通道。变电站监控系统主机主要负责变电站内的数据采集和处理工作，对变电站内的设备进行一键顺控、防误闭锁、运行监控、操作和控制。监控主机通过对一键顺控操作票的存储和管理，实时接收和执行本地及远方调控机构下发的一键顺控指令，来完成生成任务、模拟预演、执行指令、防误校核及操作记录等任务，并将执行结果上传,I区数据通讯网关机具备数据采集、处理和远传等功能的
14、通讯枢纽，可执行一键顺控和单点遥控的指令转发、执行结果上送等。它为远方调控机构一键顺控等功能提供通道和数据传输服务。智能防误主机具有面向全站设备操作闭锁的功能，同时能为一键顺控操作提供模拟预演、防误校核功能。它从五防主机获取遥信状态信息，从监控主机获取全站设备状态；根据监控主机预演指令执行操作票全过程防误校核，并将结果返回至监控主机；一键顺控操作执行时，可对每步控制指令进行校核，并将结果返回给监控主机。四.一键顺控关键技术一一双确认技术断路器设备的状态双确认,通过至少2个非同样原理或非同源的状态指示同时发生对应变化，分为主判据、辅助判据。断路器双确认主判据，采用断路器合位、分位辅助接点，辅助判
15、据采集三相电流或电压。隔离开关双确认主判据，采用隔离开关的合位、分位辅助接点,辅助判据由传感器系统或视频图像识别系统。传感器系统的工作原理是在刀闸机构传动部件上安装微动开关，快速接通动、静触点并上传位置信号，以此作为隔离开关位置的辅助判据。微动开关原理简单、结构可靠后期维护工作量小无须供电，但是其现场安装精度要求高、难度大，需安装在刀闸机构箱内，须停电施工，且部分刀闸无法安装，尤其对于改造项目存在一定困难。视频图像识别系统的工作原理变电站视频主机采集并输出位置状态和图像信息，自动判别位置信息。视频系统可与高清智能巡检、安防、消防等功能的结合复用，安装简单、施工无须停电，但其投资费用相对较高，且
16、后期维护工作量较大。按照国网基建部最新印发的通用设计要求,均采用微动开关作为隔离开关和接地开关的辅助判据。五.一键顺控带来的对于变电设计的新要求与思考按照国网公司的要求，要实现变电站一键顺控，从设计的角度需要涉及如下内容。(1)智能防误主机。需配置1套智能防误主机，智能防误功能模块1套部署于监控主机，1套部署于智能防误主机；当与生产部门达成一致时，2套智能防误功能模块也可分别由2台监控主机集成。(2)断路器。断路器双确认主判据采用位置遥信信息，辅助判据采用遥测信息。主判据采用断路器的合位、分位双位置辅助接点。对于分相断路器，采用三相辅助接点串联方式。辅助判据采用三相电流和电压。IlOkV及以上
17、电压等级各间隔，220kV变电站的66kV出线及主变进线间隔的电压辅助判据，宜取自母线及各间隔三相电压互感器(提高辅助判据可靠性的同时，可提高二次回路可靠性并适应远期结算关口点调整)；当实际工程中配置三相电压互感器存在困难时，也可取自三相带电显示装置。35kV.IOkV电压等级各间隔(无功间隔除外)的电压辅助判据，电压宜取自母线三相电压互感器及各间隔三相带电显示装置。(3)隔离开关、接地开关。隔离开关、接地开关双确认主判据采用辅助开关接点位置信息，辅助判据采用传感器位置信息。主判据采用隔离开关、接地开关的合位、分位双位置辅助接点。对于分相操作机构，采用三相位置串联方式。辅助判据采用微动开关，在
18、分闸、合闸位置各安装1只微动开关。对于三工位开关，隔离开关、接地开关各安装2只微动开关,对于分相操作机构，采用三相位置串联方式。对于新建智能变电站，依据国网公司要求，实现一键顺控较为规范和易于实现。对于改造升级变电站，存在一些情况，值得我们思考并在设计阶段就将问题解决。需改造升级的变电站，目前许多都存在隔离开关、接地开关位置信号只接入了“合位节点，未接入分位信号，开关不在合位时默认为处于分位。这种接线方式不符合一键顺控的技术要求，设计时需确认开关的遥测信号回路是否接入了分”“合两个信号。同时在设计时应注意改造是否需要实现空开、保护压板的一键顺控操作，顺控操作应具备完善的防误闭锁功能,模拟预演和
19、指令执行过程中应采用监控主机内置防误闭锁逻辑和独立智能防误主机双校核机制，且两套系统宜采用不同厂家产品。另外还应考虑,对于设备较为老旧的变电站一键顺控改造,要充分考虑到在顺控过程中，一次设备分合不到位或刀开关本体异常、双确认装置未传回刀开关位置信息等情况的出现，均可能存在误操作风险。鉴于目前变电站“视频+机器人巡视系统已日趋完善，在设计时可考虑在出现开关操作不到位或双位置判据不一致的情况时,将机器人巡视系统对现场再次确认做为判据。六.结语一键顺控的项目实施复杂繁琐，在实施过程中有各种风险。设计作为工程实施的先行工作，在最初的可研阶段就应准确分析各种可能存在的问题，拟定对策。作为在电力行业耕耘多年的设计院，有着充分的技术沉淀、丰富的工程经验、扎实的技术团队，我们潜心研究，积极探索智能变电站发展带来的一系列技术变革，为国家电力事业的发展贡献一份力量。
