黃博，徐學(xué)帥，李踔，尹丕祥，馬留二，蘇煜，熊曉川

（云南電網(wǎng)有限責(zé)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(tǒng)中傳輸電能的重要設(shè)備，而有載調(diào)壓開關(guān)是變壓器實(shí)施不停電調(diào)節(jié)電壓的關(guān)鍵設(shè)備，運(yùn)行良好的有載調(diào)壓開關(guān)可以避免不必要的倒閘操作和停送電，減少非計(jì)劃性停電時間和風(fēng)險(xiǎn)。有載調(diào)壓開關(guān)長期工作在強(qiáng)電場、高溫高壓環(huán)境下，不可避免地存在元件損耗、機(jī)械卡澀、絕緣老化等缺陷，從而造成拒動和誤動情況[1-2]，嚴(yán)重時會引起保護(hù)動作、主變跳閘等電網(wǎng)事故。

傳統(tǒng)的變壓器有載分接開關(guān)控制部分主要由電動機(jī)構(gòu)箱以及檔位控制器構(gòu)成，控制流程是由調(diào)度主站及后臺監(jiān)控根據(jù)設(shè)定電網(wǎng)電壓控制邏輯進(jìn)行自動調(diào)壓，調(diào)壓指令下發(fā)到檔位控制器然后再到電動機(jī)構(gòu)箱進(jìn)行控制，如圖1，其中檔位控制器是控制命令的執(zhí)行核心部件。

圖1 變壓器有載分接開關(guān)控制部件

目前傳統(tǒng)的檔位控制器及其檔位調(diào)節(jié)方法在實(shí)際運(yùn)行中存在一些問題和缺點(diǎn)：

1）調(diào)度主站及后臺監(jiān)控下發(fā)主變檔位升、降、急停遙調(diào)命令，檔位控制器是否收到遙調(diào)命令只能通過調(diào)壓電動機(jī)構(gòu)是否調(diào)檔來確認(rèn)，調(diào)檔未成功不能確定是控制器與電動機(jī)構(gòu)通訊還是控制器與遠(yuǎn)動、后臺通訊問題；

2）調(diào)度主站及后臺監(jiān)控下發(fā)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(diào)度主站AVC程序及后臺監(jiān)控重復(fù)下發(fā)指令，造成調(diào)壓電動機(jī)構(gòu)非正常調(diào)檔。

隨著數(shù)字化和智能化控制裝置的采集計(jì)算能力及通信能力不斷增強(qiáng)，本文提出了一種本質(zhì)安全的變壓器有載分接開關(guān)檔位控制器防誤控制設(shè)計(jì)方法，使得檔位控制器可以對通信和命令報(bào)文進(jìn)行核驗(yàn)和確認(rèn)，同時根據(jù)采集到的目標(biāo)電壓值進(jìn)行本地調(diào)檔合理性校驗(yàn)，避免錯誤指令的執(zhí)行，同時支持快速定位故障。

1 本質(zhì)安全防誤控制方法

在實(shí)際運(yùn)行中，有多種原因能引起變壓器有載分接開關(guān)檔位調(diào)節(jié)誤動作，既有可能是分接開關(guān)本體故障，也有可能是檔位控制器故障或是上位機(jī)誤發(fā)命令造成的。要實(shí)現(xiàn)本質(zhì)安全的防誤控制，必須在檔位控制器中增加調(diào)節(jié)命令的就地條件校驗(yàn)，在控制命令執(zhí)行前進(jìn)行防誤邏輯判斷，從而保障調(diào)檔動作的準(zhǔn)確和合理，具體方法如下：

1）檔位控制器增加母線電壓及負(fù)荷電流監(jiān)測，在調(diào)度主站AVC程序及后臺監(jiān)控下發(fā)升降檔命令后可以進(jìn)行邏輯防誤操作判別；

2）檔位控制器支持通信狀態(tài)監(jiān)測，從而增強(qiáng)檔位控制器的邏輯判別功能；

3）檔位控制器增加調(diào)檔間隔設(shè)定和操作次數(shù)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(tǒng)中的功能定位，在傳統(tǒng)檔位控制器上增加防誤控制功能有幾個難點(diǎn)：

1）檔位控制器要讀取母線電壓和負(fù)荷電流值，需要增加接線，現(xiàn)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(fù)荷電流值，需要從保護(hù)測控裝置召喚或直接讀取SV服務(wù)數(shù)據(jù)

3）檔位控制器的防誤功能需要通過MMS服務(wù)進(jìn)行投入退出

根據(jù)這三點(diǎn)功能改進(jìn)后的檔位控制器如圖2所示，裝置的通信和計(jì)算能力得到了很大提升，支持IEC61850通信協(xié)議，支持接線方式或通信方式獲取母線電壓和負(fù)荷電流。

圖2 變壓器有載分接開關(guān)檔位控制器

2 本質(zhì)安全檔位控制器實(shí)現(xiàn)

根據(jù)檔位控制的防誤控制方法，控制器的具體設(shè)計(jì)方案描述如下：

2.1 控制裝置功能設(shè)計(jì)

1）調(diào)度主站AVC程序及后臺監(jiān)控通過網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)控屏的有載分接開關(guān)檔位控制器進(jìn)行通信，投退防誤功能和發(fā)送控制命令，具體通信協(xié)議采用IEC61850通信協(xié)議；

2）保護(hù)測控裝置同時將變壓器的電壓，電流數(shù)據(jù)通過IEC61850通信協(xié)議傳輸給有載分接開關(guān)檔位控制器；

3）檔位控制器與分接開關(guān)電動機(jī)構(gòu)箱進(jìn)行通信和控制執(zhí)行，檔位控制器能判別機(jī)構(gòu)箱通信狀態(tài)；

4）檔位控制器基于保護(hù)測控裝置傳輸?shù)碾妷弘娏鳡顟B(tài)以及電動機(jī)構(gòu)箱的狀態(tài)對調(diào)度主站和后臺監(jiān)控系統(tǒng)下發(fā)的控制命令進(jìn)行邏輯防誤判斷，如果不滿足調(diào)檔條件，則進(jìn)行閉鎖和反饋；

5）如檔位控制器判斷滿足調(diào)檔條件，則執(zhí)行相應(yīng)的調(diào)檔命令并在執(zhí)行完成后回復(fù)調(diào)度主站和監(jiān)控后臺系統(tǒng)遙控成功。

2.2 控制裝置軟硬件架構(gòu)

為了實(shí)現(xiàn)防誤控制功能，裝置的通信和計(jì)算能力需要提高以支持更多IEC61850通信服務(wù)，因此對裝置的軟硬件架構(gòu)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(qiáng)的PowerPc芯片，從而保障CPU可以同時進(jìn)行IEC61850數(shù)據(jù)服務(wù)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(hù)裝置讀取交流采樣數(shù)據(jù)，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(shè)計(jì)

結(jié)合現(xiàn)場變壓器的分接開關(guān)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(diào)度及后臺下發(fā)的調(diào)節(jié)檔位控制命令的合理性、正確性進(jìn)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(diào)度及后臺可以通過相應(yīng)的虛擬遙控量進(jìn)行遠(yuǎn)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(fù)載電流，電壓進(jìn)行自動監(jiān)測和閉鎖邏輯判別，如果當(dāng)前控制命令滿足閉鎖條件時，應(yīng)按照遙控對象進(jìn)行閉鎖，向調(diào)度主站和監(jiān)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(dāng)前控制命令不滿足閉鎖條件時，執(zhí)行相應(yīng)的調(diào)檔命令并在執(zhí)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(zhuǎn)發(fā)給檔位控制器的形式參與邏輯判別）。

a．當(dāng)相應(yīng)母線電壓的越限狀態(tài)已經(jīng)為越上限時，閉鎖升檔的遙控操作；

b．當(dāng)相應(yīng)母線電壓的越限狀態(tài)已經(jīng)為越下限時，閉鎖降檔的遙控操作；

c．當(dāng)變壓器負(fù)載電流越限狀態(tài)已經(jīng)為越上限時，閉鎖升降檔遙控操作；

d．電壓越限閉鎖定值應(yīng)與對應(yīng)上級調(diào)度定值單或變電站運(yùn)規(guī)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(yīng)大于控制上限0～1 kV，其閉鎖定值下限應(yīng)小于控制下限0～1 kV；

e．對于處于檢修狀態(tài)的母線，該母線電壓不應(yīng)觸發(fā)母線電壓越限閉鎖。

3）連續(xù)操作閉鎖。

a．檔位控制器應(yīng)能閉鎖短時間連續(xù)多次接收到的主變升降檔的遙控指令（如：1分鐘內(nèi)不允許連續(xù)執(zhí)行調(diào)度或后臺的調(diào)檔命令）；

b．檔位控制器中配置的連續(xù)遙控閉鎖時間應(yīng)小于所接入調(diào)度系統(tǒng)連續(xù)兩次計(jì)算周期的時間間隔；

c．當(dāng)有人工操作連續(xù)主變升降檔位的需求時，應(yīng)預(yù)先退出防誤閉鎖壓板再執(zhí)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(yīng)閉鎖；

b．當(dāng)對應(yīng)主變測控裝置閉鎖或報(bào)警時，應(yīng)閉鎖；

c．當(dāng)對應(yīng)主變保護(hù)裝置保護(hù)動作跳閘時，應(yīng)閉鎖。

3 控制器防誤功能測試

在完成改進(jìn)的新型分接開關(guān)檔位控制器研發(fā)后，我們根據(jù)設(shè)計(jì)完善的原理圖（如圖6）搭建了測試平臺對裝置防誤功能進(jìn)行了系統(tǒng)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(jié)果表明裝置能夠按照防誤控制邏輯進(jìn)行準(zhǔn)確的閉鎖和功能投退，驗(yàn)證了方案的可行性，可以進(jìn)一步在現(xiàn)場進(jìn)行掛網(wǎng)。

4 結(jié)束語

本文實(shí)現(xiàn)的變壓器有載分接開關(guān)檔位控制器能夠本地校驗(yàn)遠(yuǎn)方控制命令，通過就地進(jìn)一步的調(diào)壓邏輯判別有效保障電動機(jī)構(gòu)不誤調(diào)檔，實(shí)現(xiàn)了控制器本質(zhì)安全，通過就地防誤，提高分接開關(guān)使用壽命和運(yùn)行安全；通過通信狀態(tài)的實(shí)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(jié)約人力資源和故障排查時間，迅速恢復(fù)電網(wǎng)正常穩(wěn)定運(yùn)行；

檔位控制器的就地防誤功能符合電網(wǎng)公司本質(zhì)安全建設(shè)工作要求，提高了站端設(shè)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(shí)現(xiàn)具有廣闊的應(yīng)用前景。