浅谈220kv及以上综合自动化变电站的运行

浅谈220kv及以上综合自动化变电站的运行

综合自动变电站系统具有功能整合、结构微机化、手术监控、场景化、运营管理等特点。它的开发和应用提高了电气工程的安全、可靠、稳定的运行水平，减少了操作员的工作量，并全面提高了电气工程的技术水平和管理水平。1基于系统特点的综合自动化系统我国变电站综合自动化系统的相关研究开始于20世纪80年代中后期,到目前为止,其发展大致经历了三代。第一代变电站综合自动化系统以RTU为基础,基于变送器及继电保护与自动装置等设备。该类系统实际上是在常规的继电保护及二次接线的基础上增设RTU,以实现“四遥”功能。有关重要信息(如保护信息等)通过硬接点送给RTU装置,RTU的控制输出一般经遥控执行柜发出控制命令。该类系统的特点:系统功能不强、硬件设备重复、整体性能指标低、系统连接复杂、可靠性低,但其结构简单、成本低,特别适合于老变电站的改造。第二代变电站综合自动化系统是以单片机为基础、按功能划分硬件结构的综合自动化系统。20世纪80年代后期,随着以8051、8098为代表的单片机技术的成熟,出现了大量的站内微机化功能装置,将这些微机化单元组合在一起,即形成了按功能分布的综合自动化系统:包括数据采集单元(模拟量、开关量、脉冲量)、监控主机(总控单元)、综合监控单元、微机保护单元,各单元大都由16位或32位单片机组成,各功能模块间采用串行通信方式实现数据通信,可以采用双绞线以RS485接口连接。该类系统的特点:选用单片机负责数据采集,使工控机从大量单调的数据采集工作中解脱出来,去完成较复杂的任务调度、网络通信和数学计算等工作。该类系统具有较强的在线功能,各种功能比较完善,且人机界面较好,但系统仍然比较复杂,连接电缆较多,系统可靠性不高。第三代变电站综合自动化系统是以现场总线、局域网技术为基础的分散式综合自动化系统。现场总线是20世纪90年代新兴起的一种先进工业控制技术,是应用于自动化系统现场设备和现场仪表互连的通信网络,随后局域网技术的发展为变电站综合自动化系统的结构向分散式发展创造了有利的条件。第三代变电站综合自动化系统结构如图1所示,可划分为二个层次:第一层是分散控制层,包括保护设备、数据采集与控制设备、智能设备、指示仪表等(该层由独立的保护及I/O组成);第二层通常为站级计算机,实现变电站级的协调、优化控制,并实现与远方调度中心的联通。该类系统具有以下特点:简化了变电站二次设备的配置,大大缩小了控制室的面积;减少了施工和设备安装工作量;简化了二次设备之间的互连线,节省了大量连接电缆;可靠性高、组态灵活、检修方便。由于技术的发展,上述各类变电站综合自动化系统的推出虽有时间先后但不存在前后替代的情况,各类系统可以根据变电站的实际情况予以选配。如以RTU为基础的变电站综合自动化系统可用于已建变电站的系统改造,而分散式系统更适用于新建变电站。2三是综合自动变电站设计的技术问题2.1防系统防误封闭早期单一功能的微机五防系统,基于变电站有人值班设计,比较简单,仅仅对手动操作实现了防误闭锁。对于断路器分合闸操作,使用电气编码锁实现;对于隔离开关、地刀和网门等使用机械编码锁实现。当时的微机五防系统处于起步阶段,闭锁逻辑大致与电气联锁相当,基本上停留在“钥匙+锁”的原始模式,还谈不上整体解决方案。而且,针对无人值班变电站,其最大弊病是当地监控和远方(调度或集控站)的遥控操作没有经过防误闭锁。随着微机五防技术的逐步成熟,采用当地监控和微机五防两套系统通讯来提升防误闭锁水平的方法,目前在实际应用中是比较普遍的。在一些小型变电站也有将五防软件模块安装在监控系统内的做法,由于两系统还是相对独立的,只是节省了五防主机,所以仍应归为此类方式。其方法是:遥控操作前,先在微机五防系统进行模拟预演操作;模拟预演结束后,五防系统对相关操作点下达软解锁命令,再由当地监控系统按照遥控操作的步骤进行操作;操作结束后,由五防系统下达闭锁操作命令,恢复闭锁。《国家电网公司十八项电网重大反事故措施(试行)》中明确规定:采用计算机监控系统时,远方、就地操作均应具备防止误操作闭锁功能。监控系统的发展为综合自动化变电站新的操作模式下的防误闭锁功能的发展提供了技术平台。充分应用监控系统所提供的强大硬件、软件环境以及数据信息来有机融合变电站防误闭锁是切实可行的。事实上,断路器、隔离开关位置及相应的模拟量信息等已经采集到监控系统中,利用这些信息和现有的防误逻辑即可实现防误判断,再辅以适当的硬件就能实现防误闭锁。在监控系统内实现防误闭锁并不是取消五防功能,而是利用监控系统的各种技术优势来重新整合防误闭锁方式。监控系统的防误闭锁可以从以下两个层面来实现:(1)间隔级防误闭锁:应用测控装置本身的逻辑功能完成。为了适应不同的接线方式,不同的闭锁要求,装置带有可编程逻辑功能,可由维护人员方便地设置闭锁逻辑。本间隔的防误闭锁由间隔层来解决,系统结构简单清晰,优势明显,显然是变电站防误闭锁的发展方向。(2)间隔间防误闭锁:间隔级防误只能用本间隔的信息来设置相关闭锁逻辑,如果需要使用其它间隔或公用信息来设置相关闭锁即所谓间隔间防误(也可称为系统级防误),目前有两种解决办法:(1)在总控单元或前置机内设置专用防误闭锁软件,根据站内所有开关量/模拟量的情况和防误规则实现防误闭锁;(2)采用网络和协议(如以太网TCP/IP)实现测控装置间的信息交换。为达到简便、便于维护的目的,对于有电动操作机构的设备,在其控制回路中串入一个接点(如图2所示)即可,此接点受监控系统防误闭锁逻辑的控制。对于手动机构的设备则外配以电磁锁,电磁锁的开闭则由串入的接点控制,该接点同样受防误闭锁逻辑的控制。使用闭锁接点不仅代替了传统五防系统中的编码锁,而且在操作回路中增加了强制闭锁,解决了以往遥控操作只有软闭锁,在发生雷击或程序紊乱等装置自身故障的异常情况下可能导致误出口引起的误操作。监控系统防误闭锁取消了传统意义上的模拟屏、智能钥匙、挂锁等硬件设施,极大地减少了硬件维护量。这种防误闭锁方式的优点是防误实时性强、维护简便、系统扩充简便;不利因素是对网络依赖性大,但目前网络技术发展成熟,网络可靠性高,这方面的影响微乎其微。220kV简龙变电站综自系统就是采用了这种防误功能。2.2保护通信机方式目前计算机监控系统对保护信息的采集的方式主要有两种:硬接点方式和串行通信方式。对于常规继电器保护只能采用硬接点方式,而对于微机保护则除了硬接点方式外还有串行通信方式。其中,串行通信的方式目前主要有两种形式:(1)保护装置直接接入监控系统的公用信息工作站;(2)保护装置先接入保护信息管理机,再由保护管理机完成与公用信息工作站的通信。由于220kV变电站规模较大,保护装置的种类和数量较多,采用第一种形式进行保护信息通信有诸多弊端,如:(1)监控系统公用信息工作站的通信接口数量是有限的,不可能实现与各保护装置进行直接通信;(2)各保护装置直接接入监控系统的公用信息工作站,监控系统需装有各类保护的通信规约,并需与每种保护进行通信调试,监控系统和保护厂家间的调试配合工作量十分繁重;(3)公用信息工作站还要与直流系统等智能装置通信,容易相互干扰,对保护装置的安全性也构成一定的影响。正是由于上述原因,才引入了保护信息管理机方式。保护信息管理机负责与各类不同保护装置的通信,然后转换成统一规约与公用信息工作站通信。当保护装置较多时可按电压等级采用多台保护信息管理机。由于保护信息管理机一般由保护厂家提供,更容易实现与各保护的通信,尤其和自家生产的各类保护不存在通信规约配合问题。因此,此方式不但简化了监控系统的通信网络结构,而且极大地减轻了整个工程的调试工作量。目前通过硬接点上送的各类保护信息已基本能满足集控站运行人员的监控需要,但当发生事故时,硬接点保护信息不够详细的问题就会暴露出来,不利于事故处理。因此,保护通信信息应上传至集控站。对于保护通信信息的处理方式目前主要有两种方式:一是将保护报文转换为遥信处理,二是直接进行报文解释。如将保护通信信息作为遥信上传,不但增加调试工作量,也受通信规约的限制。过多的信息会造成系统各种实时性能指标下降,走入舍本逐末的误区。如作为报文处理,则集控站工作站需安装相应的保护报文解释程序,对监控站SCADA系统提出更高的要求,而且各种保护告警信息也将大量增加,包括运行人员不需了解的信息会经常出现,干扰运行人员的正常监视。目前,当地监控机一般采用直接解释报文的方式,而对于集控站则采用转遥信方式处理。如何利用好保护通信信息是今后无人值班工作的一个重要研究方向,目前正在研发的断电保护信息系统是解决上述难题的有益尝试。继电保护信息管理系统的目标就是充分利用网络与信息技术,建设统一规划、统一规范、统一信息平台的电网继电保护信息采集监控系统,全面构筑电网安全稳定运行的屏障。该系统是一个分层分布式的管理系统,其顶层是省网的调度中心的继电保护信息管理主站,它主要收集省网内各110~500kV变电站继电保护信息管理子站所收集到的继电保护动作信息、运行的故障信息、故障录波信息等,以便对系统所出现的故障进行分析,从中找出故障的原因。继电保护信息管理系统的下一层是设置在每一个变电站内的继电保护信息管理子站,它主要对变电站内的保护、安全自动控制系统的控制子站、切负荷执行子站、录波装置进行信息收集,并利用独立的通道将信息远传至主站。每一个子站系统既要满足电网故障情况下对故障信息的快速采集、传送和分析应用,又要实现日常运行中对微机继电保护和故障录波器装置的监测、调控和管理功能,还要考虑到与电力系统的信息管理系统(MIS)和变电站的监控系统的接口。2.3中监控、留守班模式有人认为变电站将最终变成无人值班形式,故无需再配置当地监控机。诚然,配置当地监控机一方面增加了投资同时也加重了安装调试任务,但保留当地监控机还是有以下几方面的理由:(1)不论是集中监控、留守值班模式还是集中监视、少人值班模式的220kV变电站都仍将有人留守在变电站。因此,配置当地监控机便于现场人员监控和管理,同时也便于系统的安装和调试。(2)由于取消了控制屏,不便于检修运行人员了解掌握全站设备的运行状况,设置当地监控机有利于今后系统的运行维护、检修及设备巡视。(3)保留当地监控机是监控系统自身的要求,如目前大多监控系统的综合控制功能如VQC功能均是基于当地监控系统开发的。此外,当地监控系统的有关功能可作相应调整,如原先基于有人值班开发的各种管理统计功能可适当简化,而强化其监控性能,使其更加适用于少人值班的模式。3综合自动网络系统的发展方向3.1地理位置的变化变电站综合自动化系统的结构将从集中控制、功能分散逐步向分散型网络发展。传统的系统结构是按功能分散考虑的,发展趋势将从一个功能模块管理多个电气单元或间隔单元向一个模块管理一个电气单元或间隔单元、地理位置高度分散的方向发展。这样,自动化系统故障时对电网可能造成的影响大大地减小了,自动化设备的独立性、适应性更强。光电互感器的应用将改变监控系统的结构。它采用光纤传送信号,无铁心(不存在磁饱和和铁磁谐振问题)、频率响应范围宽、容量大、抗电磁干扰能力强,所以测量单元与微机保护单元互感器可共用,简化了二次设备,这样可以将测量单元与保护单元融合在一起,实现一个模块管理一个电气单元或间隔单元,为变电站综合自动化系统结构实现分散式提供了技术支持。3.2遥视系统技术遥视系统在综合自动化变电站内已广泛使用,它将变电站内采用摄像机拍摄的视频图象远距离传输到调度中心或集控站(主站),使主站的运行、管理人员可以借此对变电站电气设备的运行环境进行监控,以保证无人值班变电站的安全运行。遥视系统的视频图象监视在本质上还属于图象获取系统,将计算机视觉技术运用到图象信息的分析与理解中,可以实现变电站系统图象信息的智能处理。计算机视觉技术在变电站领域已成功应用的例子有指针式仪表表示值的自动检定、移动物体的自动识别报警和跟踪运行人员的操作过程。随着与计算机视觉相关的一些技术的不断发展应用,其在变电站领域显示出了良好的应用前景。3.3无线发射技术在变电站的应用蓝牙技术是一种无线数据与语音通信开放性全球规范,它是一种以低成本的近距离无线连接为基础、为固定与移动设备通信环境建立一个特别连接的短程无线电技术,解决了以太网用于变电站自动化布线难的问题。该技术具有小功率、微型化、低成本以及与网络时代相适应的特点。蓝牙技