摘要:本文將基于工程設計實踐,著重對220kV無人值班變電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的網絡結構及功能等方面的問題作一探討。
　　關鍵詞:電力系統(tǒng)，變電站綜合自動化，無人值班變電站
　　電力系統(tǒng)自動化技術的飛速發(fā)展,中壓變電站采用計算機監(jiān)控系統(tǒng)并已相繼成功投運,充分顯示了變電站自動化技術的日益成熟,從而進一步推進了220kV無人值班變電站的實施應用,以最大限度發(fā)揮計算機監(jiān)控系統(tǒng)的功能,實現(xiàn)減人增效,降低工程造價,謀求最大經濟效益。但是,220kV無人值班變電站監(jiān)控系統(tǒng)的設計目前尚缺乏相關的規(guī)程規(guī)范,如何為220kV無人值班變電站配置最優(yōu)化、最為切實可行的監(jiān)控方案,值得設計人員給予充分的探討和研究,簡單地套用500kV變電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)或常規(guī)RTU的模式是不可取的。
　　1變電站綜合自動化與無人值班變電站
　　1.1變電站綜合自動化
　　變電站綜合自動化是指變電站二次系統(tǒng)通過利用計算機技術、現(xiàn)代控制技術、網絡通信技術和圖形顯示技術,實現(xiàn)集常規(guī)變電站控制、測量、信號、保護、計量、自動裝置、遠動等功能于一體的計算機監(jiān)控系統(tǒng),它是一種新型的自動裝置和系統(tǒng)。根據變電站在系統(tǒng)中的地位和作用,其運行管理模式可以是有人值班,也可以是無人值班。
　　有人值班的變電站綜合自動化系統(tǒng)服務對象是站內的運行值班人員,因此需配設功能強大的人機界面和相關的監(jiān)控應用軟件,通過VDU導向的操作員工作站,實時地向運行人員顯示或打印詳細的運行參數、運行狀態(tài)以及事故報警信息,提供有關參數的整定修改、軟硬件維護和操作指導,實現(xiàn)設備或系統(tǒng)的操作控制與監(jiān)視,為變電站的安全可靠運行提供保證。
　　1.2無人值班變電站
　　無人值班變電站是指無固定值班人員在站內進行日常監(jiān)視與操作的變電站,站內主要設備的操作和監(jiān)控由中心控制站遠方監(jiān)控系統(tǒng)或上級調度中心調度自動化系統(tǒng)的四遙功能實現(xiàn)。變電站無人值班是一種運行管理模式,無人值班變電站可采用綜合自動化系統(tǒng)實現(xiàn),也可采用常規(guī)二次設備和遠動終端裝置實現(xiàn)。采用無人值班的變電站,不僅需提高站內一、二次設備的可靠性和可控性,而且應有運行穩(wěn)定可靠的遠端控制系統(tǒng)或調度自動化系統(tǒng)和傳輸通道。
　　采用綜合自動化系統(tǒng)實現(xiàn)變電站的無人值班,不僅可合理配置變電站二次設備,防止功能重復設置,而且簡化二次接線,縮短控制電纜用量,降低造價,并降低運行費用,有利于區(qū)域電網的安全穩(wěn)定控制,提高系統(tǒng)運行的可靠性和經濟性。綜合自動化系統(tǒng)的服務對象不在變電站內,而是遠方的中心控制站或調度中心,因此站內簡單的、單項的操作應由基礎自動化實現(xiàn),而那些復雜的、涉及到系統(tǒng)運行的操作則由遠端控制系統(tǒng)實現(xiàn)。
　　2無人值班系統(tǒng)設計
　　2.1主要設計原則
　　無人值班變電站綜合自動化應采用分層分布式計算機監(jiān)控系統(tǒng),按縱向分為間隔層設備和站控層設備,按橫向分為不同電壓等級的輸電線路、母線設備以及主變壓器等一次元件,根據面向對象的設計思想,將同一安裝單位的二次功能如測控、同期合閘、防誤操作閉鎖集成在間隔層測控單元實現(xiàn),從而間隔層設備所需配置的功能只影響本單元,以取得較好的獨立性和并發(fā)性能。
　　系統(tǒng)方案配置以無人值班管理模式為原則,取消常規(guī)控制屏、模擬屏以及操作員工作站,以計算機遠方遙控手段為主方式實現(xiàn)對整個變電站的監(jiān)視、測量、控制和運行管理。
　　2.2網絡結構
　　系統(tǒng)網絡結構按縱向分為變電站層和間隔層,變電站層設置冗余的遠動終端和就地工作站,布置在二次設備間。遠動終端將按照調度端和中心控制站要求的通信規(guī)約實現(xiàn)遙信、遙測信息的上傳,并在遠端對間隔層設備進行管理和下發(fā)遙控、遙調命令。就地工作站配設簡單的人-機界面,完成現(xiàn)場調試、巡回檢視、就地檢修維護功能,并通過此站實現(xiàn)故錄和繼電保護信息至中調和地調的上送。
　　間隔層測控設備應按一次設備布置配置,110kV、220kV宜按出線及母線設備間隔分別配置,主變進線宜按其三側信息量統(tǒng)一配置測控單元,10kV宜按每間隔配置測控、保護一體裝置。各測控裝置相對獨立,完成就地設備信息的采集和處理、斷路器監(jiān)控及同期合閘等功能,操作方式具備站內設備就地操作、就地工作站操作和中心控制站遠方操作相互閉鎖等功能,間隔層設備所配置的功能只影響本單元而獨立于其他單元,有較好的獨立性和并發(fā)性能,提高了整個系統(tǒng)的可靠性。
　　站內通信網絡采用光纖以太網,全冗余配置,網絡拓撲結構為總線型,連接變電站層和間隔層設備,實現(xiàn)變電站層設備與間隔層各測控裝置等設備之間的通信,傳輸運行中的監(jiān)視和控制信號,兩網互為備用。
　　同時由于無人值班變電站的特點,電能計費系統(tǒng)、直流電源、交流不停電電源、火災報警系統(tǒng)以及安全警衛(wèi)等輔助系統(tǒng)的運行狀態(tài)均應受到遠方監(jiān)視,因此需設置全站公用的規(guī)約轉換裝置,各子系統(tǒng)以約定的規(guī)約及通信串口方式接入該裝置,以實現(xiàn)遠方控制端的監(jiān)測和管理。
　　同時由于間隔層測控及繼電保護裝置為下放布置方案,因此設備的電磁兼容性必須滿足國家有關標準和系統(tǒng)安全可靠運行要求。
　　2.3繼電保護配置
　　考慮到繼電保護在系統(tǒng)運行中的重要地位,對110kV、220kV設備的保護裝置在現(xiàn)階段仍獨立設置,按保護對象配置并單獨組屏,實現(xiàn)就地分散布置,直接輸入電流、電壓量,動作后直接操作斷路器跳閘,與綜自系統(tǒng)完全獨立,以保證整個系統(tǒng)的可靠性。對10kV低壓設備按保護、測控為一體化裝置設置,但應要求多CPU配置,以保證監(jiān)控和保護的相對獨立性。保護動作信號除測控單元直接采集外,其他詳盡的保護信息如事件報告、自檢報告、定值修改及裝置投退情況等將通過微機保護裝置的通信接口接入全站統(tǒng)一設置的規(guī)約轉換裝置,通過站內以太網上送調度端。
　　2.4采集方式
　　采集范圍應根據中心控制站、調度端運行管理要求以及站內電氣設備的狀況為前提,以滿足無人值班站遠動信息要求為原則,采集方式及采集內容如下所述:
　　(1)模擬量信號采集在滿足測量精度的前提下優(yōu)先選擇交流采樣方式,非電量信號如主變油溫及繞組溫度、GIS的SF6壓力等,一般可通過變送器采集。
　　(2)數字量信號采集方式分為兩種,主要保護動作和重合閘動作信號、斷路器、隔離開關及接地開關位置信號、斷路器操作機構故障信號、控制回路及電壓回路斷線信號、主變油位信號和變電站大門開閉等信號以干接點、硬接線接入測控裝置,其他信息均以通信接口的接入方式通過智能接口裝置上傳。
　　(3)電能量信號分為關口點電能量和非關口點電能量。關口點電度表通過通信接口接入獨立裝設的電能計量子站后上送省調;非關口點電度表通過通信接口接入站監(jiān)控系統(tǒng)并上傳地調,以滿足無人值班站各級運行管理要求。
　　其他信息包括主變有載調壓開關位置信號,以BCD碼或其他方式輸入。
　　3系統(tǒng)組態(tài)及功能要求
　　3.1變電站層配置
　　3.1.1遠動終端
　　遠動終端為雙機配置、主備通道、雙口調制解調器及防雷保護器,采用組柜方式。應支持各種RTU遠動規(guī)約,具有向省調、地調及中心控制站傳送遙信、遙測信息,接受遙控、遙調命令能力;支持雙主機、雙通道自動切換功能,完成任一遠動終端和任一遠動通道組成的數據通信;滿足直采直送的原則,直接從以太網上獲取間隔層測控裝置發(fā)出的數據,經篩選、歸并后按調度端和中心控制站的要求建立遠傳數據庫;支持通過以太網以TCP/IP協(xié)議與站內繼電保護和其他智能裝置IED的通信,實現(xiàn)遠程診斷和維護等功能。
　　3.1.2就地工作站
　　全站配置1臺,采用高性能工控PC機,運行WindowsNT操作系統(tǒng),秉承WinNT占先式、實時多任務和多線程的優(yōu)點,實現(xiàn)操作員工作站、工程師工作站和繼保故錄工作站的作用。在變電站調試和試運行、巡回檢視以及就地維護和檢修期間,以該工作站為中心,通過間隔層測控裝置采集現(xiàn)場的模擬量、數字量和電能量等信號,對實時數據進行統(tǒng)計、分析、計算,為操作人員提供各類畫面顯示、報表打印以及事件報警,實現(xiàn)對全部電氣設備的監(jiān)視、測量、控制、管理、記錄和報警功能,實現(xiàn)自動電壓和無功控制功能,通過預設的控制策略或無功-電壓曲線,對相關測控裝置下達主變有載調壓開關位置的調整和低壓無功補償設備的投切命令。在正常運行時,可通過一口或多口調制解調器實時響應系統(tǒng)調度端和中心控制站的召喚,實現(xiàn)繼電保護信息和故錄信息的上送。同時可方便系統(tǒng)工程師完成數據庫的定義、修改,系統(tǒng)參數的定義、修改,報表的制作、修改,網絡的維護和系統(tǒng)診斷以及遠程維護等功能。
　　3.1.3同步衛(wèi)星時鐘GPS
　　為保證對時精度,同步衛(wèi)星時鐘分別在變電站層和測控層設置。GPS應具有通信接口、同步脈沖接口或其他形式的同步信號接口,以滿足站內智能設備同步對時要求。系統(tǒng)采用軟硬結合的對時方案,通信接口與遠動終端相連,同步信號接口直接輸出至測控裝置、繼電保護裝置以及其他IED設備,確保全站時鐘同步。
　　3.2間隔層配置
　　3.2.1測控裝置
　　模塊化結構,按間隔配置,組柜就地分散布置,它包括測量輸入部件、遙控輸出部件、就地顯示和手動控制部件以及網絡通信接口部件,實現(xiàn)數據采集和處理、同期、防誤操作閉鎖、自動低壓低頻減載、同步對時和10kV設備繼電保護及就地監(jiān)視和手動控制功能。
　　3.2.2規(guī)約轉換裝置
　　全站集中設置1臺,選用高性能工控PC機,完成測控網絡物理層硬件上的互連和物理層以上傳輸協(xié)議軟件的轉換,實現(xiàn)繼電保護裝置、直流電源、UPS等智能設備各類信息的上傳,滿足無人值班變電站運行管理要求。
　　4方案特點
　　根據上述設計原則,已有一些廣東、湖南等地的110kV、220kV無人值班中低壓變電站綜自系統(tǒng)方案付諸于工程實踐,其主要特點說明如下。
　　4.1網絡結構簡化
　　測控網絡作為監(jiān)控系統(tǒng)的通信主干網絡,采用了目前使用較為廣泛的以太網技術,較現(xiàn)場總線網絡簡化了前置層通信管理機,不僅具有標準而成熟的軟硬件配置,而且計算機接口簡單高效,通信帶寬和傳輸速率大為提高,在系統(tǒng)的先進性、開放性、擴展性及維護性等方面具有一定的優(yōu)越性。
　　4.2繼電保護和錄波信息的接入方式
　　繼電保護裝置接入全站統(tǒng)一設置的規(guī)約轉換器,采用與監(jiān)控網絡共網傳輸的方式,其優(yōu)點在于網絡結構簡單,并實現(xiàn)遠端與就地保護信息的資源共享。對于故障錄波信息,由于其量大且傳送時間長,因此不與監(jiān)控網絡共網傳輸,采用故障錄波考慮單獨組網方式,以保證監(jiān)控網絡信息的實時傳輸,并通過就地工作站將錄波信息遠傳至調度。
　　4.3防誤閉鎖功能設計
　　無人值班站的防誤閉鎖操作應是微機監(jiān)控終端實現(xiàn)功能之一,設計應以滿足遠端操作可靠安全、現(xiàn)場維護操作簡單可行為原則,根據電氣配電裝置的形式不同,防誤操作閉鎖的設計方案應有所區(qū)別。
　　對于常規(guī)敞開式配電裝置,除了與運行方式有關的隔離開關需在遠端操作外,還有為數眾多的其他隔離開關和接地刀閘需在檢修人員進站維護時操作,因此有必要設置由編碼鎖和電腦鑰匙等組成的“五防”子系統(tǒng),并實現(xiàn)與微機監(jiān)控終端的無縫連接。
　　對就地操作的隔離開關及接地刀閘,相關的操作閉鎖邏輯由微機監(jiān)控終端主機完成,當需要就地操作時則將允許操作信息輸入至電腦鑰匙后即可實現(xiàn);對遠方操作的隔離開關,其相關閉鎖邏輯由間隔層測控單元或/和監(jiān)控終端主機完成。對于GIS變電站,由于所有相關聯(lián)鎖的二次接線均是由制造廠商完成的,而且GIS設備上亦不能實現(xiàn)編碼鎖的安裝,因此不應設置“五防”子系統(tǒng),對于遠端操作的隔離開關,監(jiān)控終端主機尚應考慮其相關閉鎖邏輯,當遠端下達操作命令、但閉鎖條件不滿足時,監(jiān)控終端主機則可根據軟邏輯立即反饋遠端控制主機,以防運行人員誤判別。
　　5結語
　　采用綜合自動化控制方式和測控繼電保護下放布置方案,并實施無人值班管理模式是變電站自動化技術的發(fā)展趨勢,不僅技術上先進可行,功能完善,而且也極具經濟效益。隨著電網規(guī)模日新月異的發(fā)展,自動化設備性能的完善和提高,采用綜合自動化的變電站無人值班管理模式將更具生命力,在電網中發(fā)揮更大的作用。