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

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