220kV智能操作箱原理分析与应用

2014年第12期
基于GOOSE机制的智能操作箱应用将大大减少二次电缆的设计、施工、调试工作，减少二次回路问题，避免回路接触不良等情况。

一、智能操作箱
智能操作箱是应新一代IEC61850数字化变电站中的过程层数字化的需要而设计开发的，用做断路器和刀闸操作的执行单元与开关量的采集单元，也称为智能终端，其主要功能如下：
1.GOOSE通信
装置具有两个光纤以太网接口，支持基于I EC61850的GOOSE通信协议，与保护和测控装置之间采用光纤以太网连接，通过GOOSE报文接收动作命令和上送开关量状态，取代了传统的二次电缆。

2.断路器操作
通过GOOSE网接收保护或测控装置的跳合闸命令，完成断路器跳合闸操作。

3.刀闸操作
通过GOOSE网接收测控装置的刀闸分合命令，完成隔刀和地刀的分合操作。

4.开关量采集
装置配有大量的开入，可以采集一次设备的状态量，包括开关位置、刀闸位置、开关操作机构的压力状态等，并通过GOOSE网上送给相应的保护和测控装置。

5.开关量输出
除了断路器和刀闸的出口接点以外，装置还配有一定的冗余开出接点，可以配合测控装置完成对其他一次设备（如开关储能电机）的控制。

6.温湿度检测
可以测量环境温度和湿度，并通过GOOSE网上送给测控装置。

二、智能操作箱的特点分析
1.具有一套分相的断路器跳闸回路，一套分相的断路器合闸回路
220kV及以上电压等级的断路器通常有两组跳圈和一组合圈，在数字化变电站中每台断路器要配两套智能操作箱，每套智能操作箱只操作断路器的一组跳圈，而两套智能操作箱都有操作断路器合圈的功能。

2.具有硬件跳合闸电流自保持功能
同传统操作箱一样具有跳合闸电流自保持回路，跳合闸
220kV智能操作箱原理分析与应用
孙海文
摘要：针对220kV智能变电站两套智能操作箱配合中出现的问题，通过对智能操作箱功能和特点的分析提出了现场解决的方法。

应用结果表明两套智能操作箱的正确配合是智能变电站二次回路完整性和正确性的重要保证。

关键词：智能化变电站；智能操作箱；闭锁重合闸；检修机制
作者简介：孙海文（1983-），男，宁夏中宁人，宁夏送变电工程公司调试分公司保护室，助理工程师，技师。

（宁夏 银川 750001）中图分类号：TM63 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）12-0254-02DOI编码：10.3969/j.issn.1007-0079.2014.12.122
自保持继电器动作后会一直保持到断路器辅助接点断开后才返回。

3.采用软件实现断路器操作中的其他逻辑
比如压力监视及闭锁、跳合闸回路监视功能，以及闭锁重合闸等信号的合成功能都是由软件实现的。

4.无防跳功能
每台断路器配有两套独立的智能操作箱，由外部断路器操作机构负责防跳。

5.装置检修功能
装置检修功能是指装置根据接收到的过程层网络信息及
装置自身检修压板状态不一致，装置功能将会发生某些改变。

[1]
改变一：检修压板投入后，装置上送所有GOOSE报文的品质Q及GOOSE帧头中的测试位Test置位。

改变二：在对断路器或刀闸控制时，装置将接收的GOOSE 报文中的Test位与装置自身的检修压板状态进行比较，只有两者一致时才视作为有效进行处理或动作。

当二者不一致时，视为“预传动”状态。

[2]此时，装置将上送“保护测试跳”或“保护测试合”或“测控测试操作断路器”或“测控测试操作刀闸”GOOSE，同时相关告警灯将闪烁，提示试验人员：智能单元已正确收到某IED发出的控制命令，但由于检修原因并未实际驱动动作触点。

6.非全相运行的判别
断路器非全相运行判别的原理是：当断路器三相位置不一致时即判别为断路器非全相运行（断路器既非全合，也非全分），如图1所示：
7.KK合后的判别
当收到测控的GOOSE遥合命令或手合开入动作时，KK合后位置（即KKJ ）为“1”，且在GOOSE遥合命令或手合开入返回后仍保持，当且仅当收到测控的GOOSE遥分命令或手跳开入动作后才返回。

图1 断路器非全相逻辑
8.事故总的判别
事故总的判别原理是：当断路器经KKJ动作合闸后，在没有经KKJ复归使断路器跳闸时将会判别为事故总（KKJ+跳位），如图2所示：
9.控制回路断线的判别
控制回路断线判别的原理是：当分相开关的任何一相监视回路发生异常后，智能操作箱将会认为开关不具备操作的条件，则智能操作箱会判别为控制回路异常（TWJ+HWJ都没动作），如图3所示：
三、两套智能操作箱的配合
1.两套操作箱闭锁重合闸的实现
装置在下述情况下会产生闭锁重合闸信号，可通过GOOSE 发送给重合闸装置（线路保护装置），如图4所示：
（1）收到测控的GOOSE遥分命令或手跳开入动作时会产生闭锁重合闸信号，并且该信号在GOOSE遥分命令或手跳开入返回后仍会一直保持，直到收到GOOSE遥合命令或手合开入动作才返回。

（2）收到测控的GOOSE遥合命令或手合开入动作。

（3）收到保护的GOOSE TJR、GOOSE TJF三跳命令，或TJF 三跳开入动作。

（4）收到保护的GOOSE闭锁重合闸命令，或闭锁重合闸开入动作。

根据保护双重化原则如图5所示，第一套保护（含保护装置、重合闸装置、智能操作箱）与第二套保（含保护装置、重合闸装置、操作箱）完全独立。

[3]对于智能操作箱，一方面经GOOSE 网络接收本套保护装置发出的
“TA/TB/TC”及“闭重”（或“永
跳”）信号，另外也通过硬连线经硬压板接收另外一个操作箱的
“闭重”信号，对这两个信号做“或”逻辑，形成内部“闭重”标
志，再送给本套的重合闸装置及另外一个操作箱。

2.两套操作箱重合闸出口回路的实现
220kV线路保护双重化配置，各自保护装置用自己的重合闸
功能，则当各自的智能终端接受到线路保护的重合闸GOOSE命
令后，出口应经各自独立的出口压板。

但由于断路器只有一套合
闸线圈，所以两套保护的重合闸出口只能经同一个合闸出口回
路去合闸。

实现的方法是：统一使两套保护重合闸出口回路都从第一
套智能操作箱合闸回路出口，在回路上将第二套智能操作箱的
分相重合闸节点单独摘出来分别并接至第一套智能操作箱的分
相重合闸节点上，公用出口回路，这与常规站合闸用第一套操作
电源的要求相符。

3.第二套智能操作箱合闸回路监视的实现
因为断路器机构只有一组合闸线圈，而这一组合闸线圈只
是对应的接入第一组智能操作箱的合闸回路，第二套智能操作
箱没有可以操作的另外一组合闸线圈，所以除重合闸出口按上
述方法实现，遥合/手合不需要从第二套终端出口，但是如果第
二套智能操作箱的合闸监视回路不完善的话将会造成当开关在
分位时，第二套智能操作箱误报控制回路断线。

实现的方法是：将第二套智能操作箱的分相合闸回路监视
分别串入断路器的常闭节点，从而消除第二套智能操作箱误报
控制回路断线的问题。

将第二套智能操作箱的合闸监视回路单
独摘出来并入第一套智能操作箱的合闸监视回路中，用第一套
智能操作箱的合闸监视回路同时完成两套智能操作箱的合闸回
路监视功能。

4.两套智能操作箱遥控回路的配合
220kV线路间隔设计方法一般为：两套智能操作箱对应
一套线路测控，当遥控命令下发时是否同时走GOOSE A网和
GOOSE B网至对应的两套终端成了讨论的焦点。

同时走GOOSE
A/B网至两套终端，但第二套智能操作箱没有遥控合闸出口回
路。

第二套智能操作箱不接受遥控命令，这就会造成第二套智
能操作箱KKJ永远不会动作，事故总无法监视。

实现的方法是：遥控命令同时走GOOSE A/B网至两套终
端，但是需要将遥控跳闸出口也解开，遥控出口统一只走第一套
智能操作箱，第二套智能操作箱只需要接受遥控命令时KKJ正
常动作和复归能正常监视事故总信号即可。

四、结论
两套智能操作箱除分别给各自的保护装置发闭锁重合闸命图2 事故总逻辑
图3 控制回路异常逻辑图
图4 重合闸放电逻辑
第一套线路保护第二套线路保护
图5 双重化智能操作箱闭重示意图
（下转第265页）
七、效果检查
自从制定低压集抄SOP作业流程后，低压集抄的工作开展得有声有色，首先以技术装置应用为核心，从根本上提升了施工的质量，排除了因马虎而导致的数据异常，而且排查因马虎而导致的接线错误的问题速度非常快，每一个表箱只需对采集器用掌机进行操作，方便快捷。

每个月的安装调试速度也由以前的2万户提高至3万户，同时保证数据采集成功率在较高的水平。

有
效解决了动力表箱安装覆盖及多个表箱连接的问题，使得建设难度和建设成本较之前有明显降低。

八、巩固措施通过制定“SOP作业流程”，使国网山东海阳市供电公司集抄的安装、调试速度有了大幅度的提升，解决了集抄的采集成功率的问题后，针对集抄存在的记录表资产号和采集器资产号比较容易记错的现象，目前购买红外扫码机，可以讲资产号扫入条码机，经过简单的编辑即可生成制定Excel格式，大大减少了因记录错误而导致的异常采集。

1.数据备份
为了保证档案有据可查，将基础档案信息按照供电所进行备份，真正保证了现场安装设备和系统中数据的一致性，杜绝档案不一致现象的发生。

2.制度化
国网山东海阳市供电公司出台了低压集抄管理办法，针对因内、外勤人员工作失误而导致的数据异常进行严格考核，使内外勤人员更加认真积极地进行调试、安装工作。

3.技术培训对现场换表人员、各供电所核算员进行培训，针对每一个环节进行仔细讲解，将SOP流程细化到实处，同时在安装一段时间后针对SOP流程进行优化，做到100%有据可查。

九、总结及今后打算
小组圆满地完成了本次课题，取得了良好的效果，为今后工作效率的提高奠定了坚实基础；同时，为高压集抄的安装流程也提供了一定的技术帮助。

在今后的集抄工作中将在已有工作的基础上及时了解新的集抄调试办法，认真研究国内外集抄相关的录入调试办法。

在不断提升安装调试速度的同时进一步提高数据的采集成功率。

海阳市供电公司共344229户，其中低压312387户，按照上述方案降低建设成本500万～800万元，同时避免手机卡用量太大而导致的其他方面问题的发生。

（责任编辑：王祝萍）
表1所示。

可见调度及监控人员使用的各业务系统同时占用的概率并不高，若按照每个调度、监控席位都配置相应功能的计算机，将造成资源浪费。

并且由于调度台、监控台可放置的显示器数量有限，各调度人员和监控人员不可能按照所有业务的需要，配置独享的功能显示屏。

采用KVM阵列技术，把调度及监控业务所需的内网工作站、五防工作站、大屏幕工作站、模拟屏工作站、通信录音系统工作站组合在一起，形成一个公共的整体阵列。

在现场显示器数量有限的情况下，调度席采用双显示屏，第1屏固定显示EMS 画面，第2屏可人工任意切换为EMS （实现EMS双屏）、内网工作
站、五防工作站、大屏幕工作站。

监控席采用三显示屏，第1、2屏以双屏方式固定显示EMS画面，第3屏可人工任意切换为内网工作站、五防工作站、大屏幕工作站。

采用KVM阵列技术后，方便了调控人员多功能业务的使用，改善了各显示屏显示切换延迟的状况。

五、结束语
本文通过分析智能电网调控系统的整体设计要求，从功能设计、通信网络、软件平台、工作环境等方面分析永川地方电网的调控一体化总体设计方案，为实现面向智能电网的调控一体化提供可行的设计思路参考。

参考文献：
[1]胡蓉,沈键,许凌.调控一体化模式下的华东电网自动电压及自动发电控制应用[J].华东电力,2011,39(2):245-248.
[2]黄炜,张杰明,綦孝文,等.调度集控一体化系统责任区管理和告警解决方案[J].电网技术,2007,31(S2):264-267.
[3]黄邵远.地县级调度自动化一体化主站系统建设思路[J].电力系统自动化,2009,33(20):100-103.
（责任编辑：王祝萍）
（上接第240页）
图6 流程图
表1 调度及监控24小时内各业务使用时间对比
使用业务系统
使用时间（h）
百分比调度
自动化系统1875%内网系统 5.523%通信录音系统0.52%五防系统00监控
自动化系统1979%内网系统313%通信录音系统0.20.5%五防系统
1.8
7.5%。