基于逻辑可视化的智能型隔离开关控制系统设计_叶在福.pdf

2023年4月|85Engineering Design|方案设计基于逻辑可视化的智能型隔离开关控制系统设计基于逻辑可视化的智能型隔离开关控制系统设计叶在福，梁守硕（上海泽鑫电力科技股份有限公司，上海 201206）摘要：针对传统隔离开关控制回路结构复杂且故障不易发现并排除的问题，提出了基于逻辑可视化的智能型隔离开关控制系统。简述了目前变电站常见的隔离开关类型以及其运行状态，分析了逻辑可视化控制原理，对比说明了传统继电器控制回路以及现阶段常用的控制信号与逻辑模块化。针对智能型隔离开关控制系统进行了设计，阐明了系统原理，提出了系统架构并分析了系统功能，搭建了数据流转架构，并对逻辑可视化控制流程进行了分析。实际应用表明该系统可以直观可视分合闸逻辑关系，降低了隔离开关运维难度，提升了运维的便捷性，有效提高了隔离开关的智能化水平。关键词：逻辑可视化；智能型隔离开关；操作控制；系统设计Design of intelligent isolation switch control system based on logic visualizationYE Zaifu,LIANG Shoushuo(Shanghai Zexin Power Technology Co.,Ltd.,Shanghai 201206,China)Abstract:In order to solve the hidden dangers affecting construction operation and personnel safety such as transmission network grounding,this paper proposes an intelligent isolation switch control system based on logic visualization.The types of isolating switches and the operating status of isolating switches in common substations are analyzed.The principle of logic visualization control is analyzed,and the traditional relay control circuit and the commonly used control signal and logic modularization at the present stage are compared and explained.The intelligent isolation switch control system is designed,the system principle is explained,the system architecture is proposed,the system function is analyzed,the data flow architecture is built,and the flow analysis is carried out for the logic visualization control.The matching degree between the opening and closing logic relationship and the display of the logic visualization panel is illustrated by practical application.Key words:logic visualization;intelligent isolating switch;operation control;system design0 引言隔离开关是用于隔离电源、倒闸操作和关合小电流的开关类设备，在变电站中常与断路器配合使用，是保证变电站正常运行、可靠检修的重要设备 1。目前，220 kV及以上电压等级隔离开关的分合闸操作由操作机构箱中的电动机控制。同时，这类隔离开关一般用于户外，受到气候环境的影响较大，致使隔离开关的操作机构可靠性降低，进一步降低了隔离开关分合闸的可靠性。另外，目前隔离开关分合闸的具体位置一般缺少精密的控制仪器进行监测，因此智能化水平仍然有待86|2023年第42卷第4期方案设计|Engineering Design提高。目前针对智能型隔离开关控制，大部分研究以操作系统为主，文献1提出了基于实时状态诊断和多重防误操作的隔离开关控制系统设计。文献2提出了一种智能联动型高压隔离开关触头状态监测系统。文献3提出了一种隔离开关智能操作控制装置。文献4对500 kV变电站隔离开关控制回路进行了改进尝试。文献5设计了高压隔离开关断路器储能回路控制系统。文献6分析了变电站隔离开关电动机电源顺控智能化操作。在逻辑可视化方面，文献7研究了基于逻辑可视化的电力系统数据快速统计方法。文献8研究了面向电力系统的可视化页面编辑引擎。文献9设计了基于姿态传感的隔离开关位置监测系统。综上所述，本文针对智能型隔离开关的运行控制进行系统设计，以逻辑可视化为出发点，设计相应的控制系统，将系统架构和数据流转与逻辑可视化控制流程紧密结合，形成一套完整的控制系统，提升运行检修的便捷性和有效性。1 隔离开关类型及运行状态1.1 隔离开关类型以常见的220 kV、110 kV变电站内的隔离开关为例，252 kV包括单柱垂直伸缩式、双柱水平伸缩式和三柱水平旋转式。126 kV采用单注垂直伸缩式和双柱水平旋转式。其他较低电压等级一般均采用双柱水平（V形）旋转式。252 kV及以下的隔离开关均采用三相机械联动控制，方式为电动，也可手动。目前，针对隔离开关的控制，应实现远方及就地电动操作，并应装设供就地操作用的手动分合闸装置、切换开关设置，用以满足就地或远方控制三相操作要求，并配置切换开关辅助触头供远方监视用。1.2 隔离开关运行状态高压隔离开关的投运前提是静触头与动触头的良好接触，否则会影响分合闸的具体状态转换。高压断路器的出线侧、母线侧应配置隔离开关。在出线回路中，隔离开关的状态一般应与断路器状态配合，由于隔离开关内部不设灭弧装置，因此不能用于切断短路电流。在运行过程中，隔离开关以明显的分断点提示运行人员线路的运行状态，处于检修中的线路隔离开关应打开，处于运行中的隔离开关应闭合。2 控制逻辑可视化设计2.1 传统继电器控制回路传 统 的 基 于 继 电 器 的 隔 离 开 关 控 制 回 路主要由分/合闸主回路、远/近控分/合闸回路、ABC三相分/合闸保持回路和外部联锁回路等部分构成，典型的隔离开关继电器控制逻辑如图1所示。图1中，KM1/KM2为分/合闸接触器；QF1为动力回路的断路器，接入外部三相动力电源驱动电动机，并配置相序继电器，用来对外部三相动力电源的电压和相序进行检测；KT1为热继电器，实现对电动机的过电流保护；其他的各种操作按钮（SB1SB3）、转换开关（SBT2）、行程开关（SP3SP4）、分相/三相联动操作转换开关（SBT3）、辅助开关（Q）、门控开关（SP1）以及断路器辅助触头、接地开关位置触头等信息串接在一起组成操作控制回路，通过DF2提供直流控制电源，实现对KM1和KM2的控制以完成分合闸操作。经过分析可知，上述操作控制回路涉及多个元件，并且在控制回路中，元件之间接线关系较为复杂。考虑到频繁操作、环境变化等因素的影响，隔离开关的分合闸准确度会有所降低。同时，不同厂家的接线回路差异较大，故障排查过程也较为耗时，影响隔离开关的正常运行。2.2 控制信号与逻辑模块化将图1的操作控制回路模块化分为三个部分，即外部输入量采集、控制逻辑运算和对外输出状态信号与控制命令。2023年4月|87Engineering Design|方案设计基于逻辑可视化的智能型隔离开关控制系统设计操作控制回路中使用的外部输入量见表1。表 1控制回路中的外部输入量Tab.1 External inputs in the control circuit序号名称类别输入量输入状态1控制方式开入量远方/就地切换就地/远控2A/B/C/联动切换A/B/C/三相3就地操作开入量就地分闸分/合4就地合闸分/合5就地停止分/合6远控操作开入量远控分闸分/合7远控合闸分/合8远控停止分/合9外部触头开入量分闸限位开关分/合10合闸限位开关分/合11辅助开关分/合12门控开关分/合13外部闭锁开入量断路器位置分/合14接地开关 1分/合15接地开关 2分/合16动力电源模拟量三相电源Ua/Ub/Uc对外输出状态信号与控制命令见表2。表 2控制回路中的对外输出量Tab.2 External output in control circuit序号名称类别输出量输出状态1控制电源模拟量三相电源Ua/Ub/Uc2告警信号开出量远方操作分/合3就地操作分/合4开关合位分/合5开关分位分/合6分闸条件不满足分/合7合闸条件不满足分/合8装置失电/异常告警分/合9操作电动机故障分/合10直流失电告警分/合3 智能隔离开关控制系统设计3.1 系统原理基于对操作控制回路中各相输入/输出信号和动作逻辑的分析，构建智能控制系统如图2所示。图2中，在动力电源进线断路器QF1处增加电动操作机构TM，通过控制TM实现QF1的开图 1逻辑示意图Fig.1 Logic diagram88|2023年第42卷第4期方案设计|Engineering Design合。在进线动力电源处采集进线动力电源三相电压，获得进线动力电源的工作状态；并根据采集得到的QF1位置、分/合闸限位开关、外部闭锁信号、辅助开关和门控开关等外部触头状态信息，将图1操作控制回路中的逻辑关系以软件形式在智能控制装置中加以计算、分析和存储，并输出执行命令驱动分合闸电动机工作。图 2隔离开关智能控制系统原理Fig.2 Principle of intelligent control system for disconnector3.2 装置组件及功能智能控制装置由高速采样单元、逻辑诊断预警单元、变频驱动控制单元、保护控制单元和人机界面单元组成。利用高速采样处理单元实现多种信号的全面感知和采集，主要包括隔离开关电动机相关的电信号、隔离开关操作系统周围环境信号以及控制输入条件等。高速采样处理单元能够利用霍尔传感器，实现对电动机运行状态信号的高速采样和快速处理，有利于进一步对隔离开关现场运行状态进行快速判断和状态确认，保证智能型隔离开关在控制过程中的速度。逻辑诊断与预警单元是采集数据后对数据的进一步分析和校核，将输入状态与内部控制逻辑进行比对，实现逻辑状态诊断，并根据运行要求对可能出现的异常数据提供报警，提升对智能型隔离开关的控制能力。变频驱动控制单元能够实现对输入电路信号的处理，同时实现变频及换相，将三相交流动力电源进行相应转换，从而实现对电动机的控制。保护控制单元是根据相应的电压信号和电流信号，对电动机运行状态进行保护和控制，主要包括失电压保护、过电压保护、三相电压不平衡保护、电流不平衡保护和过电流保护等。逻辑可视化显示单元是将隔离开关控制系统对应的电压和电流以及分闸、合闸状态逻辑结果以可视化的形式直观显示。通过对电动机分合闸操作执行内容的逻辑判断以及隔离开关动触头和静触头的位置分析，提取关键信息，实现对隔离开关操作控制逻辑的可视化。该功能根据逻辑指令以及隔离开关操作流程进行直观展示，可以有效帮助分析在主要操作过程中的流程风险点位，提升隔离开关智能控制的能力。3.3 系统架构隔离开关智能控制装置设计有对外通信接口，同一变电站内的多台智能控制装置可实现联网并构建出智能化的运维系统。系统总体架构如图3所示，数据流转基于一体化运维控制平台，能够将隔离开关智能控制装置的运行状态通过系统终端进行反馈，实现远程监视和远程运维。图 3系统架构Fig.3 System