谷月雁 司 刚 刘清瑞

（1.天津市电力公司，天津 300010；2.天津市电力公司城西供电分公司，天津 300020；3.上海申瑞电力科技股份有限公司，上海 201615）

1 引言

随着变电站的数量越来越多，导致对变电站电气设备的操作越来越频繁[1]。目前配置综合自动化系统的变电站，一般都支持上级调度操作、集控站操作、本地操作员站操作、二次设备就地操作的控制方式，但由于设备、技术、管理等方面的限制，只能实现单对象的选择－返校－执行操作控制方式[2]。这种方式虽然在一定程度上保证了操作的安全性，但劳动强度大、操作过程用时长、操作风险高。随着变电站操作密度的增加，操作过程中人工干预程度较高，给运行人员带来了较大压力，也从一定程度上增加了误操作的可能，影响了电网的安全运行水平[3]。

顺序控制操作能够有效减少操作时间，减少停电时间，降低经济损失和对生产生活造成的不便；顺序控制操作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[4]。

智能电网的建设大大促进了促进智能变电站的发展，智能变电站采用站控层、间隔层、过程层的三层结构，应用电子式互感器、合并单元、智能一次设备和智能单元等硬件平台，采用高速以太网、IEC61850通信协议、GOOSE通信机制等先进的技术，为变电站全面实现顺序控制提供了强有力的技术手段和基础设备支撑。因此，国家电网公司颁布的《智能变电站技术导则》中明确规定，把变电站的设备顺序控制功能作为智能变电站的基本系统功能之一[5]。

2 变电站顺序控制的含义

所谓变电站电气设备顺序控制，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。变电站的顺序控制能帮助操作人员执行复杂的操作任务，将传统的操作票转变成任务票, 实现复杂操作单键完成，整个操作过程无需额外的人工干预或操作，可以大大提高操作效率和减少误操作的风险, 最大限度地提高变电站的供电可靠性，也缩短了因人工操作所造成的停电时间，尤其在大规模高电压变电站中效果特别显著[6]。

变电站实施顺序控制是变电站自动化系统发展的必然趋势。IEC61850标准的实施为变电站实现顺序控制提供了良好的技术平台。由于 IEC 61850采用了面向对象的数据模型，使得在整个变电站域（domain）内，所有智能电子设备( Intelligent Electronic Device , IED) 节点模型中的任意信息点都有其独一无二的层次化标准引用名, 通过该信息引用名可以实现所需信息的简单快速查找与定位，为装置间信息交互和装置内部函数调用提供了高效的手段。而通过引用名就可以快速准确地定位到具体的装置和逻辑节点,获得该断路器的当前状态信息和它的一些标准控制接口。IEC 61850标准中定义的 GOOSE 报文通信模型, 可以代替大量屏间硬接线电信号的交互, 在大大提高装置间通信灵活性的同时, 也为变电站实现顺序控制功能提供了极大的便利[7]。IEC61850标准的应用，彻底避免了传统变电站自动化系统实现这种功能所要求的屏间错综复杂的硬接线以及控制功能死板等弊端，提供了坚实的技术基础和灵活的实现手段。

3 智能变电站对顺序控制操作的要求

国家电网公司颁布的《智能变电站技术导则》在基本系统功能部分提出了对顺序控制的功能要求，即：满足无人值班及区域监控中心站管理模式的要求；可接收和执行监控中心、调度中心和本地自动化系统发出的控制指令，经安全校核正确后，自动完成符合相关运行方式变化要求的设备控制；具备自动生成不同主接线和不同运行方式下典型操作流程的功能；具备投、退保护软压板功能；具备急停功能；可配备直观图形图像界面，在站内和远端实现可视化操作[5]。此外，《110（66）kV～220kV智能变电站设计规范》也对智能变电站的顺序控制做了明确要求[8]。

4 变电站电气设备的状态、操作与顺序控制

变电站电气设备具有运行、热备用、冷备用和检修四种状态。电气设备的运行状态是指断路器及隔离开关都在合闸位置，电路处于接通状态（包括变压器、避雷器、辅助设备如仪表等）。电气设备的热备用状态是指断路器在断开位置，而隔离开关仍在合闸位置，其特点是断路器一经操作即可接通电源。电气设备的冷备用状态是指设备的断路器及隔离开关均在断开位置，其显著特点是该设备(如断路器)与其他带电部分之间有明显的断开点。电气设备的检修状态是指设备的断路器和隔离开关均已断开，并采取了必要的安全措施。如检修设备（如断路器）两侧均装设了保护接地线（或合上了接地隔离开关），安装了临时遮拦，并悬挂了工作标示牌，该设备即处于检修状态。

对改变这些设备状态的操作进行总结归纳，可以分为以下几类：断路器、刀闸的分合操作（包括进线、出线、站用变）；倒母线操作（包括母线分段开关和母联开关操作）；主变压器并列运行操作；主变压器有载调压开关分接头调节操作；主变、母线、出线、电容器开关间隔的停送电操作（包括一次设备的运行、热备用、冷备用、检修状态之间的互相转换）；同期操作；站内其他设备的启动/停止或投入/退出操作；继电保护保护装置的复归、设备复位、告警确认与清除、定值修改操作；自动电压无功控制操作等[9]。

所谓的顺序控制，即是通过一个控制命令完成电气设备在上述几种状态之间的一系列转换操作。至于断路器的分合操作等单对象的控制操作（如出线断路器由运行状态转热备用状态），则与传统变电站综合自动化的操作近似，无需采用顺序控制的操作模式，只要通过监控系统按常规操作完成即可。

5 智能变电站顺序控制的软硬件实现方式

智能变电站的顺序控制需要从硬件和软件两方面实现。

5.1 硬件平台

实现顺序控制的智能变电站设备必须符合导则的要求，即系统结构分层分布化、一次设备智能化、二次设备网络化、信息采集数字化。由于采用了IEC 61850标准通信协议和高速工业以太网通信，无论是间隔内的顺序控制还是涉及多个间隔或者跨电压等级的顺序控制，均可以通过智能单元内部或智能单元之间的信息交互实现，无需设置专门的顺序控制工作站或顺序控制单元。具体来说，满足顺序控制的硬件平台需满足以下要求。

（1）一次设备。所有纳入顺序控制操作的一次设备均需要具备电动操作功能，包括断路器、隔离刀闸、地刀、手车等均要实现电动操作，也就是通过电气操作可以实现开关、刀闸的分合，手车的推入和拉出等。再者，为了获得较高的操作正确性和操作成功率，需要一次设备要具有较高的可靠性。

（2）二次设备。完成顺序控制的各二次设备即智能组件必须符合 IEC 61850的规定以及智能变电站技术导则的规定，而且必须工作稳定可靠。二次设备是顺序控制功能的具体执行者，同时也负责采集一次设备的状态。所以，二次设备必须能够根据操作票的逻辑和操作顺序正确发出控制命令，也要确保各状态数据采集准确及时。同时，还要具备一定的容错机制。对于保护设备来说，要求具有可远方投退的保护软压板并可实现保护定值区的远方切换。

各智能组件从结构上来看，一般应采用32位及以上的CPU、具有32MB及以上容量的存储器、支持4个以上的高速工业以太网接口、具备GPS同步对时接口，除具有通用的保护测控功能外，还要采用实时多任务操作系统、符合 IEC61850通信协议标准、支持GOOSE网络通信机制。

5.2 通信通道及通信规约

与调度主站或集控站的通信通道必须采用高可靠性、高速率的通道，推荐采用光纤通道，站内各层全部采用高速工业以太网通信。通信规约必须采用IEC 61850系列标准（即DL/T 840系列标准）。

5.3 软件实现

变电站的各种操作都有明确的规则，软件实现中必须给予充分的重视。对顺序控制操作的一般要求是：操作前要首先核对操作员身份和权限，核对设备名称和编号，操作中遇有事故或异常现象时应停止操作，每操作完一项都应进行标记，全部操作完毕要进行检查。操作中必须按操作规则中规定的项目依次进行，禁止跳项、漏项、添项[10]。

变电站顺序控制的软件实现分为后台计算机与智能单元两个部分。智能单元内部保存所有与本间隔内操作、与本间隔相关的跨间隔跨电压等级操作所需的操作规则；后台计算机则保存全部的操作规则。后台计算机的每次顺序控制操作，都先从相关智能单元中读取操作规则进行比较，如果一致则继续后续操作，如果不一致则给出报警，提醒操作人员核对操作规则的正确性。操作规则针对每一个操作对象制定，一旦变电站有增容、切改、扩建等变化，须及时修改操作规则。

智能单元内部的顺序控制软件流程如图1所示。

图1 智能单元内的顺序控制操作软件流程图

后台计算机中顺序控制软件的结构相对简单，但对安全性要求较高，需要按照国家主管部门的要求配置物理隔离装置和软件防火墙。其顺序控制概念的软件流程图如图2所示。

图2 后台计算机系统中顺序控制软件流程图

限于篇幅，具体操作规则在此不作赘述。

6 智能变电站顺序控制需注意的问题

经过现场的实际运行实践，笔者认为智能变电站实施顺序控制时需要注意以下几个方面。

（1）必须注意控制源的惟一性。目前无人值班的变电站可以实施操作的控制源除装置本身外，还有当地计算机、集控站、上级调度等，如果协调不力会产生多源控制的问题。所以，除在操作对象权限的分配上予以注意外，还要具有完备的闭锁、互锁机制，确保每一个控制对象在同一时刻只受唯一的控制源控制。

（2）必须十分注意系统的安全与身份认证机制。目前的计算机系统军采用开放的国际标准、工业标准，在带来系统互连便利的同时，也使系统面临着各种攻击。多数系统已经加装了物理隔离装置，与外部系统有了较好的隔离，但来自内部的黑客攻击、恶意入侵、无意的误操作等也不能忽视，所以除安装物理隔离装置、安装防火墙软件外，严格的管理制度也同样重要。

（3）与视频图像监控系统的联动。智能变电站的顺序控制功能模块应该与视频图像监控系统实现联动。也就是说，在进行顺序控制操作时，系统应能自动把视频画面切换到与操作设备有关的对象上，除系统内部进行逻辑判断外，操作员也能通过视频画面直观地观测到设备的当前实际状态、操作中间的变化状态、操作结果等，以便出现异常时可随时对顺序控制过程进行干预。

（4）模拟操作仿真预演。为保证顺序控制的正确性，必须在正式操作前进行模拟操作仿真预演，以检验操作逻辑的准确无误。

（5）异常处理：①顺序控制操作过程中，变电站自动化系统发生事故或异常告警信号时，应自动停止操作；②顺序控制操作过程中，变电站设备出现分、合不到位或未满足操作条件时，应自动停止操作；③顺序操作中断后，若设备状态未发生改变，则在排除导致顺序控制操作停止的因素后，继续进行顺序控制操作；若设备状态已发生改变，则在排除导致设置控制操作停止的因素后，转向进行常规操作。

（6）注意顺序控制操作的连贯性。变电站顺序控制操作是一个全自动的过程，操作过程中不需人工干预。为保证顺序控制操作的连贯执行，在编制顺序控制操作票时应考虑将整个操作过程可能出现的需人工干预的操作步骤（如：分、合操作机构操作电源空气开关，拆接临时接地线等）安排在顺序控制操作之前或之后执行，以避免顺序控制操作过程的非故障性中断。

（7）注意顺序控制操作票的相对固定性。考虑到安全管理的需要，顺序控制操作票一经审核并经测试、验收合格投入使用后，就不能随意更改，即使确需修改也要重新测试、验收并经审批流程审核批准后才能使用。

（8）顺序控制操作应能自动适应设备运行方式的变化。顺序控制操作应能自动根据间隔设备各元件的实时位置判断其所处的状态，并恰当地跳过某些操作步骤（如：某开关间隔原来已在热备用状态，则顺序控制操作执行到将该间隔由运行状态转冷备用状态时应能判断该断路器已在分闸位置，从而跳过执行断开该断路器这一步，转而执行摇出该断路器手车的操作），从而保证安全、正确、高效地完成整个顺序控制操作。

（9）提高顺序控制操作的效率。对于过于简单、不常用、非典型的操作任务不应列入顺序控制操作的范围，一方面避免出现过多的顺序控制操作引起混淆以便安全运行管理，另一方面还可以降低由于对运行方式考虑不周在进行非典型操作时所产生的风险。

7 结论

顺序控制是智能变电站重要的基本系统功能之一，充分体现了智能变电站的优越性。在具体实施过程中，既需要调度/集控站系统的软件增加相应的功能模块，也需要变电站间隔层和过程层智能单元的配合。也就是说，顺序控制必须考虑主站、集控站、变电所监控后台、远动装置、和间隔层测控设备内对顺序控制操作的全面支持与功能分配，以提高变电站电气操作的正确性和快速性。

顺序控制操作已经在110kV、220kV变电站试点成功，证明这种操作模式完全可以适应更加复杂的电气接线方式和大型的电气设备。对于更大规模、更高电压等级的变电站操作，顺序控制的应用效益会更加明显。

[1] 林榕.变电站操作探析[J].企业技术开发,2009(12): 104-105.

[2] 吴健.浅谈提高变电站值班员的倒闸操作规范性[J].湖州师范学院学报,2006(z1), 94-96.

[3] 王晴.变电站值班与运行管理[M].北京:中国电力出版社,2006.6.

[4] 吴锦源,梁国坤.顺序控制在变电站倒闸操作中的应用[J].南方电网技术,2009(03): 46-48.

[5] 国家电网公司企业标准Q/GDW 383-2009.智能变电站技术导则.2009.12.

[6] 陈波.500kV 变电站监控系统典型设计[J].中国电力, 2009,42(6):82-86.

[7] 宋丽君,王若醒,狄军峰.GOOSE机制分析、实现及其在数字化变电站中的应用[J].电力系统保护与控制,2009(14), 31-35.

[8] 国家电网公司企业标准Q/GDW 393-2009.110(66)kV～220kV智能变电站设计规范.2010.2.

[9] 国家电网公司.《国家电网公司电力安全工作规程》(变电站和发电厂电气部分）（2009年版）.北京:中国电力出版社,2009.7.

[10] 郑洁,胡红兵,陈柏峰等.电厂和变电站间隔层测控装置防误闭锁及顺序控制规则库的设计方法[J].水电厂自动化,2008,29(4):96-98.