集控站自动化模式及其综合防误操作系统研究

1、集控站自动化模式及其综合防误操作系统研究 李贵民 关键词：集控站 模式 内容摘要： 本文根据集控站出现的背景、 自身特点、自身的职能及功能要求，对 当前国内集控站自动化模式及其微机监 控系统设计中几个值得商榷的问题进行 了探讨，简述了集控站综合防误操作系 统应具备综合防误监控系统、集控站运 行管理系统、智能操作票及预演培训系 统、值班员操作培训系统、电压无功的 自动控制、保护操作及管理、远程图象 监控和保安报警等主要功能，提出一种 集控站微机综合防误操作系统方案策略 及方案实现方法，应用表明，该方案能 满足集控站自动化系统发展的需要，具 有高可靠性、防误性、先进性和开放性 特点。 -（山东枣庄

2、供电公司 277102） 综合防误 自动化 人值班变电站已被广泛采用， 在集控站对其进行管理， 是国 际上正被普遍采用的一个先 进管理模式。在我国，集控站 概念的出现只是在最近几年， 在一些地方试行也取得了一 定的效果，但其功能很不完 善，从目前的趋势来看，无人 值班变电站的迅猛发展将会 使集控站成为电网运行管理 系统中一个非常重要的组成 1 概述 电力部于一九九 六年颁 部分。 布关于建立集控站的文件， 建 本文根据集控站 出现的 议在电网调度的层次之下建 背景、自身特点、自身的职能 立多个集控站， 以保证电网及 及功能要求1、2，对当前集 无人值班变电站的有效运行。 控站自动化模式及其计算

3、机 集控站的设置， 使得原来站内 监控系统设计中几个值得商 值班人员所作的工作可由远 榷的问题进行了探讨， 提出一 方来完成。在发达国家中，无 种集控站微机综合防误操作 系统方案策略及其实现方法。 2 实施集控站自动化应遵循 结合，信息按层次分流。 4） 开放性原则：遵循开 放性原则，即采用通用的、主 流的计算机软硬件及通讯协 议等， 以便在需要时候可以简 单的实现系统升级和系统重 建。 5） 防误性原则：从值班 员的培训、管理功能严密、报 警的多样性、 操作权限分级和 防误操作闭锁等方面入手达 到微机监控系统全面防误性 能的实现。 3 集控站自动化模式讨论 随着无人值班变 电站的 增加， 常

4、规调度自动化系统处 理的信息中又增添了另一种 信息类型， 即变电站内部信息 过程。它们虽与电网运行无 关，但也必须传至调度中心， 由 SCADA 系统提供给调度人 的原则 1） 可靠性原则：集控站 是对所辖无人值班变电站运 行状况进行监控的唯一手段， 其稳定性和可靠性极其重要。 不因单个模块的故障而影响 整个系统正常运行， 抗干扰能 力强。 2） 实时性原则：集控站 自动化系统是一个实时性较 高的系统， 必须采取措施来保 证系统响应时间的各项指标 满足要求。 3） 实用性原则：提供简 单方便的用户界面， 使用户通 过简单培训就可熟练操作， 日 常操作所需的功能必需完备 简明， 注重实用性和多样

5、性相 员， 这就是说调度员除了监视 电网运行参数外， 必须替代变 电站原值班人员承担起监视 变电站本体的设备运行状况， 如各开关机构状态、 交直流系 统状态、各个刀闸的状态、主 变油温、控制室安全状况、各 种保护操作及管理信息等， 这 样不但大大增加了调度人员 的工作负担， 而且可能造成信 息的混乱、操作错误等问题。 针对传统调度自动化系统的 弊端，在调度与二次变电站 （一般为无人值班站） 之间加 设集控站，可解决上述问题。 集控站所监视的 信息量 应当比较全面， 信息量非常巨 大；操作功能多，且操作的防 误性要求高； 对变电站设备巡 视、评级、缺陷管理和操作的 图象监控都有要求。 集控站自

6、动化模式大致有分级管理模 式和集中控制模式等两种。 下 面分别对其进行讨论。 3.1 分级管理模式 分级管理模式如图 1 所 示，在上行信息中，变电站向 集控站传送全部监控信息， 集 控站则向调度端系统转发其 所需信息；在下行信息中，调 度员向集控站发电话命令， 而 由集控站对变电站进行遥控 和遥调操作。 调度主站端作为 整个系统核心， 与主要一次变 电站和集控站直接通讯； 集控 站作为若干二次变电站信息 汇集点与二次变直接通讯。 这 样， 系统中各个部分的功能和 职责非常明确， 集控站处理区 域电网运行参数和相关变电 站全部信息， 应该能够监视绝 大部分有人值班所能反映的 信息。 集控站所辖

7、变电站的通 道改道至各集控站所在地， 调 度中心和集控站之间的数据 共享通过与信息转发类似的 方式实现。在此模式中，集控 站作为独立系统具有数据采 集、实时数据库、历史数据库 和操作工作站，其特点是：各 级自动化系统的局域网上信 息流量适中， 信息类型比较规 范， 系统各个部分的功能和职 责非常明确，系统可靠性高。 图 1 分级管理模式 图 2 集中控制模式 3.2 集中控制模式 集中控制模式是 在调度 度系统规模不大、 通道容量允 许的情况下，在变电工区（操 作大队） 加设几台计算机与系 统联网， 从调度端得到相关信 息， 操作人员使用远程工作站 可完成所有需要的操作， 完成 集控站的功能。

8、这种情况下， 集控站自动化系统由于配置 自动化系统的局域网上加装 集控站工作站。如图 2 所示， 变电站的上行信息直接送调 度端系统，调度员的遥控、遥 调命令则由调度员直接送变 电站。 这种模式主要是针对调 精炼而使本方案造价稍低， 但 由于集控站自动化系统与调 度自动化系统通过网络连接， 共用历史服务器和实时库服 务器， 而集控站需要的变电站 本体信息非常庞大， 造成网络 非常拥挤， 并且由于信息类型 的多样性， 造成系统处理更加 复杂，使系统的可靠性降低， 不能有效的保证集控站自动 化系统和调度自动化系统稳 定运行。其特点为：自动化系 统的局域网上信息流量较大， 信息类型比较繁杂， 系统中

9、各 个部分的功能和职责不够明 确，系统可靠性有所下降； 4 当前集控站微机监控系统 的集控站计算机监控系统作 为一种工程实用的产品， 不完 全适合于实际运行要求， 也没 有考虑到我国集控站运行管 理水平提高的需要， 使得在实 际使用中还存在着一些问题。 4.1 监控系统和五防闭锁系 统的有机结合 目前国内大多数 变电站 都是监控系统与微机五防闭 锁装置分别装设， 没有实现装 置间的资源共享， 而更多的站 则是在采用微机监控之后仍 然处在无闭锁运行状态。 实现 集控操作后， 对操作的可靠性 要求更高，例如，操作命令发 送前， 需要进行严格的五防校 验，这里的五防校验，可能是 软件五防软件， 也可

10、能是独立 的硬件五防闭锁系统来负责 把好防误闭锁关。 因此解决微 设计中几个值得商榷的问题 目前， 国内尚未制定出集 控站监控系统的有关制造技 术标准和相关规程， 已经运行 机监控系统与微机五防闭锁系统的有机结合,达到采集信息共享、操作直观、简单易行就成为一个重要课题。4.2 集控站内信息共享及信息源唯一性集控站负责监控管理多个受控站(多数为无人值班站,在管理模式上是变电站以前管理工作量的集中,相当于变电站概念的扩展。在变电站中,信息的来源主要有微机监控系统、微机保护系统、图象监控系统、故障录波装置、小电流接地选线装置、无功自动调节装置、直流监视系统、同期操作装置、消防监视系统等。由于集控站运

11、行管理水平需要不断的提高,在不影响自动化系统可靠性的基础上,开发必要的信息管理系统也势在必行。如何保证信息源的唯一性和信息的可集成性等等问题,应该在集控站的自动化系统设计时就应该充分考虑,包括信息对象的字段属性、信息对象的字段长度、信息的流动方向、信息获取的权限、信息的处理、信息的再利用等等。4.3 如何充分利用专家决策支持系统辅佐值班员进行调度和日常管理集控站要负责管理多个变电站,其日常调度操作和管理事务非常多,要求调度员具有良好的技术素质和丰富的运行经验,并且必须时刻保持高度的注意力,稍有不慎,可能对电力系统的安全稳定运行将构成很大的威胁。为减轻值班员负担,可通过专家决策的方法解决这些问题

12、。例如:操作票专家系统利用资深值班员丰富的经验,辅佐运行人员的值班工作,但如何把智能操作票系统融入微机五防闭锁系统,又与监控系统有机的结合在一起,是一个值得研究的问题。如果它与五防闭锁系统分别设置,则不能有效的指导电气设备闭锁操作。又如:如何按照系统电压无功分布情况,给出对电容器、电抗器、有载调压变压器分接头等设备的控制策略,自动对这些设备进行控制,使系统的电压无功情况达到正常水平,等等。因而,充分利用专家决策支持系统辅佐值班员进行调度和日常管理,会大大的提高值班员工作和管理效率。4.4 监控系统与图象监视系统的结合及设备巡视集控站常要对各受控站开关进行遥控操作,但实际命令是否执行下去、执行是

13、否正确、开关拒不执行的原因往往很难判断,这时候对该开关及其相关量的"遥视"信息进行分析就能很快作出判断。"遥视"功能还能在变电站发生事故时,自动启停录象设备,实现事故时图象的自动记忆,捕捉现场发生事故过程的相关记录,以获得分析事故的所需的宝贵资料。图象监控系统可以同放火保安等设备相联系,并设有报警联动措施,真正实现变电站的无人值班。图象监视系统可以实现在有人值班时的设备巡视,弥补无人值班站集控时设备巡视困难的难题。监控系统与图象监视系统的结合可以实现两系统的互动,各自发挥其优势弥补其缺点。4.5 监控系统和集控站仿真培训系统有机的结合无人值班变电站实现集

14、控以后,值班人员人数减少,值班员无法象以前那样熟悉变电站的操作,可以借助值班员仿真培训系统(STS来培训值班员的值班水平,STS系统将变电站实际运行工况与其仿真系""统进行对照,也很容易及时的发现变电站运行隐患,并通过仿真系统来为消除这些隐患制定合理的运行方案。目前国内还没有把STS 系统装在集控站的先例,一般是装设在学校等一些研究机构,但随着集控站的值班和管理水平的进一步提高,在集控站中装设STS系统将成为必要。因此怎样把集控站仿真培训系统和集控站监控系统对照起来,相互参考运行,用以提高实际变电站运行的可靠性,应该成为电力研究工作者和电力产品开发商当前急需解决的技术课题。

15、STS系统也应该成为每一个实际集控站运行中必不可少的培训和研究平台。4.6 设备集中操作及管理问题集控站作为替代原来变电站运行人员的一种新的管理模式,主要生产设备的操作管理也是一个必备功能。除了设备档案等固定信息,还应针对每个设备提供检修记录、运行记录、运行状态分析处理功能等。如对断路器的动作次数、故障动作次数、遮断容量、切断时间、变压器的绝缘性能记录、直流系统的监测结果等进行较为全面的管理,为实现状态维修提供具体而确切的依据。集控站的保护操作及管理也将成为必须,保护信息多为非实时信息,信息量非常庞大,通过远动通道对继电保护远方下定值和读取保护的各种报告,会严重影响自动化系统的实时性和控制的可

16、靠性,所以建议保护的操作及管理采用单独的通道,与监控系统挂接在同一以太网上,选择一定的保护信息传送到监控系统,还可通过电话线路连接到继电保护管理部门。在微机保护非常成熟、通道有较高的可靠性时,可以提供保护投切的控制功能和保护定值的远方整定。5 集控站综合防误操作系统方案研究针对上述对集控站自动化模式及功能问题的研讨,这里提出一种集控站综合防误操作系统,它能满足集控站实时运行管理的各种需要。5.1 系统组成系统主网可采用双局域网结构(双网冗余热备用全分布式体系结构,所有计算机均连接到两个以太网上。当两个通信节点间的两个网的状态发生变化时,系统将根据变化后的网络状态重新设置其通信路径。网络设备由1

17、0/100MB交换机组成。系统支持从运行环境及软件支撑平台,到应用功能的开放,采用全分布式体系结构,采用了资源优化的实时库客户/服务器机制,把各个功能模块分配到系统的各个网络节点上(如图3,保证了系统的可扩充性。服务器作为实时数据和历史数据的服务和处理,可兼作前置机规约的解释和生数据的处理;图中的A框表示数据采集方式是采用终端服务器和调制解调器相结合的方式,B框表示数据采集方式是采用路由器或交换机方式,可接入网络(光纤、双绞线、同轴电缆等、专线、微波等多种接入方式,A方式和B方式可以结合使用,互为备用;操作员工作站主要运行综合监控系统的MMI界面,供值班员进行各种操作;OTS 工作站运行倒闸操

18、作票的自动生成和预演培训软件;SMIS 工作站可运行集控站的实时运行管理系统软件;STS工作站可运行值班员仿真培训软件,可训练值班员的值班水平;保护管理机主要用于收集集控站中的保护定值等信息,上级调度可通过拨号等方式查看保护信息,支持保护定值的远方修改;通讯工作站作为往上级调度系统转发用的专用工作站,可直接接入通讯转发系统;系统可适应不同规模用户的要求,进行不同规模的计算机系统配置。上述各节点既可分别配置,也可配置成一个节点上。其它功能工作站(WEB浏览服务器、维护工程师工作站、报表工作站、遥视工作站既可根据需要配置成单独节点,也可与其它节点的软件配置在一起。实时系统与 SMIS 等系统 的通

19、信通过 WEB 服务器节点实 现多个 LAN 之间的互连。WEB 服务器节点中的通信服务程 序使用标准的实时数据库访 问接口可获得实时数据和 SCADA 处理描述参数，但其访 问权限应设置为只读模式。 而 获得历史数据和历史事项需 访问关系数据库 Sybase、 DB2、 ORACLE、SQL SERVER 等。SMIS 网上的实时画面调用采用通 用的 Internet 浏览方式，这 种方式使得 SMIS 网上的人机 工作站上无须任何专用程序 支持。 图 3 集控站综合防误监控及管理系统结构框图 5.2 系统具备的主要功能 通过对集控站现 状的研 究，结合其发展的需要，其自 动化系统应该具备如

20、下主要 子系统功能： 5.2.1 综合防误监控系统 作为集控站对无 人值班 站操作的重要手段， 该子系统 功能直接关系到值班员使用 的方便程度。 它具有对各种运 行参数的进行采集； 具有通过 各种数字通信接口交换的数 据的功能， 可进行各种数据处 理：遥信处理、遥测处理、电 量处理、统计计算；具有直观 的画面显示功能， 简单方便的 人机交互功能， 实时数据库所 有对象的任何字段均可上画 面显示； 操作员执行的所有操 作都严格受到权限的控制； 具 备调节和防误操作闭锁功能、 同期操作功能、 事项及事故处 理功能、事件顺序记录(SOE 功能、事故追忆及反演功能、 系统时钟同步功能、 用户可自 定义

21、运算功能、报表打印功 能、WEB 实时浏览功能、系统 及设备故障处理指导功能等 等。 5.2.2 集控站运行管理系统 集控站的日常管 理比较 烦杂， 其信息管理系统一般包 含如下管理模块：运行管理、 操作管理、检修管理、继电保 护管理、 设备管理、 生产管理、 调令及工作票的远方传输等 功能。 5.2.3 训系统 操作票专家系统 采用全 图形开票方式， 能根据运行方 式安排和电网实际运行情况 正确编写各种类型的操作票， 既可按实时系统状态拟写操 作票， 也保留了离线拟写操作 票功能； 融进资深值班员的经 智能操作票及预演培 验，有严格的防误措施，具有 智能生成、 单步生成及典型操 作票自定义维

22、护功能, 开完票 后可进行模拟预演， 具有方便 的操作员培训功能， 操作票可 存成文本文件和数据库等方 式，具有操作票审查、分类、 编号、做记号、查询、统计和 打印， 符合调度室的日常管理 规定。 5.2.4 值班员操作培训系统 5.2.5 其它功能 系统还具备电压 无功的 自动控制、保护操作及管理、 远程图象监控和保安报警等 功能， 可作为集控站功能的扩 展。具备各种接口功能。 6 基于 TCP/IP 的集控站通 讯互联研究 集控站和调度中 心在组 织管理和系统操作上相对独 立， 这里提出一种基于 TCP/IP 的集控站自动化通讯互联方 案， 保持两层机构间自动化信 息共享。 6.1 互连通

23、讯系统网络体系 调度中心和各集 控站之 间采用电力光纤数据交换网， 以确保两端实时数据的传送， 网络层协议为 TCP/IP 协议， 应用层采用 IEC870-5-101、 DL476-92 等规约。 变电站仿真系统 作为一 种利用模型对变电站系统进 行试验、 研究和培训人员的工 具， 它具有可控、 安全、 经济、 节约时间和允许多次重复等 突出的优点。它具备的功能 有：正常状态、故障和异常状 态模拟、故障设置、误操作模 拟、仿真系统运行控制、人为 设置潮流等功能。 6.2 互连通讯系统结构 由于各集控站自 动化系 讯机制， 通讯工作站与监控系 统之间采用 LAN 接口， 直接挂 在监控系统局域网上。 通讯工 作站上包括有数据转发进程、 模式自定义进程、 外部数据收 发进程。除这些进程之外，用 户也可在工作站上配置站端 监控系统进程。 6.3. 通讯系统与各端监控系 统接口 统的生产厂家采用不同的技 术和方法， 多个异构系统通过 数据交换网互连采用在调度 端和各集控站端分别配置独 立通讯工作站的方式， 网络介 质采用已有的电力数据交换 网。 集控站计算机