智能化变电站的顺序控制方案研究

智能化变电站的顺序控制方案研究

国内能源自动化系统实现了必要信息的自动采集，并通过当地后台、主站或监控中心实现了技术水平。主设备还实现了远程控制。随着变电站数量的增多,电网架构越来越复杂,导致对变电站电气设备的操作越来越频繁。由于设备、技术、管理等方面的限制,现今多数变电站内只能针对设备个体进行操作选择及反校执行,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,在人工干预及紧急操作的情况下呈现出操作风险高的状态。顺序控制操作模式的及时引入,有效解除了操作效率低下与高风险之间的矛盾。变电站顺序控制是一种可以按单个操作任务指令,根据预先规定的操作逻辑和五防闭锁规则,完成一系列电气单元连续自动控制的操作模式。由站内智能设备代替操作人员依据变电站操作票的执行顺序和执行结果校核要求自动完成操作票的执行任务,从而实现变电站电气设备在运行、热备用、冷备用、检修等各种状态间的自动转换。顺序控制操作能够有效减少操作时间和停电时间,降低经济损失及对生产生活造成的不便;顺序控制操作还能够有效降低误操作的概率,从而降低电网事故率,防止大面积停电。1控制智能区块链的要求和实现方法1.1智能变电站的顺序控制功能智能电网的建设促进了智能变电站的发展。智能变电站的三层式网络结构,基于智能化信息采集及传送的硬件平台,以及采用高速以太网、IEC61850通信协议、GOOSE通信机制等先进的通信技术,为变电站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。《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。1.2次设备的可靠性及容错机制实现顺序控制的智能变电站设备必须符合导则的要求。所有纳入顺序控制操作的一次设备均需具备电动操作功能;同时,为了获得较高的操作正确性和操作成功率,需要一次设备具有较高的可靠性。完成顺序控制的各二次设备即智能组件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;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。总的来说,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。通过智能单元内部或智能单元之间的信息交互来实现顺序控制。1.3异常情况下的操作对顺序控制软件的一般要求是: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。其相应的软件流程与操作判别如图1所示。2常规存储及操作票系统实施顺序控制,需要根据操作要求选择一条操作命令来改变设备的运行状态,操作票的执行和操作过程的校验皆由变电站内智能电子设备自动完成,因此,顺序控制系统须有专用的服务器来存储操作票,以满足操作要求。基于存储操作票的服务器所处的位置不同,目前顺序控制的典型方案有以下3种:(1)在调度主站或厂站端一体化五防系统实现将操作票分别存储在调度主站以及厂站端一体化五防系统中,由调度主站和厂站分别生成操作内容,自动顺序下发遥控命令,从而实现变电站内以及调度主站端的顺序控制。这种方案的优点是实现较简单。但需要在主站端和厂站端分别存储操作票,在实际工程调试中需要同时验证和维护2套操作票,工作量较大。(2)在间隔层IED装置内部实现将特定间隔的操作票存储在该间隔的IED装置中,每次操作都由控制源先访问该IED装置,读取操作票后对该电气间隔进行顺序控制。这种方案的优点是便于扩张,增加间隔只需对新增设备进行调试即可。但操作源对于间隔层设备的信息访问量较大,且操作票生成的机构不统一,不利于跨间隔操作,亦有可能造成操作风险。(3)利用顺序控制服务器实现在变电站内设置顺序控制服务器,变电站内所有操作票均存放在该服务器中,当站内运行人员或调度主站端运行人员选择合适的操作票后,由顺序控制服务器根据操作票依次向间隔层设备下发控制命令,达到完成操作任务的目的。可以看出,与第1个方案相比,由顺序控制服务器代替操作员机或调度主站实现批量遥控的功能,解决了需要维护、验证2套操作票的问题;同时,这种方案也解决了第2个方案中生成操作票机构不统一的问题,由专门机构来管理验证操作流程,使顺序控制更为规范化,也利于跨间隔的操作。但由于所有的操作票均存储在顺序控制服务器中,当变电站扩建后,由于间隔增加,操作票需要增加内容,此时运行间隔无法停电,可能会造成修改后操作票验证不完整的情况。本次220kV泸定智能化变电站采用的是将操作票存储在顺序控制服务器中的模式,而实际应用中,顺序控制服务器与后台服务器为同一设备,这样可简化站内网络结构,既便于管理,也有利于现场施工调试。3220kv智能机器人系统的序列分析3.12次系统组成及控制层根据改造技术方案,泸定站改造为全户内布置的220kV终端变电站,配置220kV线路变压器组2组,110kV出线8回,35kV出线20回。按照《智能变电站技术导则》和《110(66)kV～220kV智能变电站设计规范》要求,改造后的泸定站需按照间隔配置智能组件设备,实现一次设备控制、在线检测数据、测量等功能的就地智能化处理;二次系统功能由站控层、间隔层和过程层三层设备组成,通过IEC61850-9-2通信规约进行实时数据传输,并在综合自动化系统一体化平台上实现各类高级应用,完成智能告警、顺序控制、状态监测、辅助设备智能控制等功能。220kV泸定站自动化后台采用南瑞科技NS3000系统,整个站控层MMS网络呈冗余配置,并用光纤以星形方式连接到各测控单元及测保一体装置,收集站内故障告警信号,实现自动控制。站内控制闭锁实施五防逻辑闭锁,使用珠海优特的闭锁服务器,用以存储闭锁逻辑。五防与其他一体化信息平台设备皆通过IEC61850规约接入站内控制层网络。图2为实际站控层网络示意图。3.2后台控制方案220kV泸定站接线方式简单明晰,需要经常操作的回路较少,针对该特点以及二次设备特性,将本站的顺序控制范围划为针对110kV所有出线间隔的态转换,即运行、热备用、冷备用,以及检修4种状态之间的切换。泸定站顺序控制是将操作票存储在顺控服务器内,根据设备状态的转换读取操作票而实现操作任务的系统。同时,由于五防在顺序控制过程中需要从MMS网络里采集开关及刀闸位置,并参照闭锁逻辑发送解闭锁遥信给自动化后台,因此,该功能需由站内自动化与五防系统共同实现。后台服务器作为顺序控制服务器需要完成设备操作前逻辑和操作后逻辑的定义、系统操作任务开票,和操作执行发令等功能。针对固定间隔的顺序控制,在调试阶段就需要将该间隔所有操作票进行制定及审核,验证其不违反操作规程后存储入后台(即顺控)服务器内。在具体操作过程中,本控制方案实行先开票,后预演,再执行的流程。即运行人员根据操作任务,确定间隔的状态转换机制,在后台选择相应的操作票;随后,在五防系统中模拟预演,保证每一步操作都满足五防逻辑,并形成程序化操作序列;最后,五防向自动化系统发解锁信号,后台执行操作程序,顺序发出控制命令,并对操作结果进行判断是否操作已结束。本控制方案实现起来较为简单,在调试阶段的验证试验完备的情况下相对可靠,能有效提高操作效率,简化操作流程,减轻操作人员压力。特别适用于如本站接线简单,跨间隔作业少,操作流程明晰的情况。3.3操作票生成和操作流程本文以110kV馈线“泸丹1101C运行改开关线路检修”为例,说明顺序控制的操作步骤。110kV一段母线一次接线图见图3。运行状态时,泸丹1101C的开关为合位,母线闸刀、线路闸刀为合位,开关母线侧接地刀,开关线路侧接地刀以及线路快速接地刀为分位。操作任务需完成切换的状态为开关线路检修,即泸丹1101C的开关为分位,母线闸刀、线路闸刀为分位,开关母线侧接地刀,线路快速接地刀为合位,开关线路侧接地刀为分位。则可在后台操作界面上选择操作票“运行→开关线路检修”,具体操作票内容如表1所示。该操作票生成后,运行人员在五防预演机上对上述步骤进行预演,并由五防服务器读取自动化系统的开关刀闸量位置信号,同时提供闭锁逻辑,当操作步骤预演成功且符合逻辑解锁的条件,就由五防向自动化发送当前操作步骤的解锁信号。在五防系统通过之后,监控后台直接向测控装置发送当前步骤的遥控命令,在实际一次设备动作之后,如泸丹1101C开关已经变为分位,挂在MMS网络的五防服务器会采集其实际位信号并得知开关已经动作,方可进行下一步遥控。自动化系统按操作票内容将操作序列完成后,顺序控制程序退出,恢复到正常运行界面。因此运行人员只需在操作前选择操作票并进行预演,即可实现设备状态的一键切换,使得操作工作量有效降低。在顺序控制过程中若发生紧急情况,可以提醒或者直接停止操作;在操作中也可以通过画面上的停止操作按钮实现顺序控制的急停操作。4控制源控制的注意事项(1)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监控系统及装置本身外,还有集控站、上级调度等。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)注意系统的安全与身份认证机制即便变电站间的通信已采用局域网的方式,并在不同的网络分区间加装了隔离装置与加密装置,但是依旧不能忽视计算机网络安全,信息安全的问题。同时,对操作人员的身份及操作权限需加以管理,必须通过操作口令来确定该操作人员是否具有操作权限,从源头上确保操作的正确性及安全性。(3)注意顺序控制操作的连贯性变电站顺序控制是一个全自动的不需人工干预的操作过程。为保证顺序控制操作的连贯执行,在编制顺序控制