500kv变电所自动化计算机监控系统设计

500kv变电所自动化计算机监控系统设计

变电站计算机监控系统是利用对象环境的设计思想，借助计算机网络技术、现代控制技术和图形显示技术，将变电站指控集中在智能控制、测量、移动和现代综合管理等功能上的综合自动化系统。与传统的监控系统相比，通过主控制室的人机接口装置，运行人员可以全面监控和记录整个变电站设备，并将相关信息传输到各种调度中心。从而显著提高了整体效率。目前国内已有一大批500kV变电所实现了全计算机监控,积累了一定的运行经验.但在运行过程中也暴露了一些问题,有待进一步改善.因此,目前国内外仍无统一的标准系统在电力系统中应用.本文将重点探讨500kV变电所计算监控系统设计过程中的三个原则问题:监控组网方案、五防功能、与站内其他智能装置(IED)的通信接口.1信链路的设置监控系统的组网方式是计算机监控系统设计中的核心问题,目前我国已运行或正在实施的500kV或220kV变电所,所采用的多是基于现场总线或局域网开发的开放式全分布体系结构.从网络结构上看,可以归结为两类,即两层设备结构(站控层和间隔层)和三层设备结构(站控层、前置层和间隔层).两层设备结构的网络中站控层通过以太网直接与间隔层通信,这种通信方式大大提高了数据的传输速率和容量,有利于大数据文件的传输、变电所专家系统的开发能满足监控系统实时性要求.系统网络结构简单,硬件配置简洁,功能分散实施,系统开放性、扩展性好,可靠性高;远动信息实现直采直送,无任何前置转换环节和“瓶颈”现象,保证了站控层设备及调主站数据的安全性、一致性,数据传输通道大为简化采用这种二层设备结构,按监控、保护信息、录波信息通信链路的设置可分为两种方案:方案一,监控信息与保护信息分开组网(见图1),其中故障录波信息由于录取数据量大,传输信息占用通道时间长,不宜通过监控网络及远动通道进行传输,故采用单独设置的故障录波网对其信息进行传输;方案二,监控信息与保护信息合并组网,故障录波信息单独组网.在两个方案中作者推荐采用方案一.理由如下:1)由于以太网采用CSMA/CD碰撞侦听检测原理,是平等网,不能设置优先级.当系统规模越大,网络上节点数越多,网上发生碰撞冲突越多数据丢失的可能性就越大.特别是在电力系统发生故障,保护跳闸的情况下,网上数据流量突增,会导致以太网效率下降,数据丢失,从而影响以太网传输的实时性,这是目前人们对单层网两层设备的计算机监控系统最为担心的问题.若采用监控信息与保护信息分开组网,经常性的监控和突发性的保护信息经不同的通信链路上传站控层,则有效降低了网络负载,提升了网络传输的实时性和可靠性。2)目前监控系统与保护装置存在着通信不畅的问题.同时,由于我国第一版是非安全等效采用IEC60870-5-103标准,如缺少字描述等部分,不同厂商的设备间相互连接时经常存在通信中断、信息误报等现象.特别是对事故分析很有用的保护装置录波插件风录波波形,普遍反映无法上送或上送波形有误.取消自定义部分,达到通信规约的互通是解决该问题的一个方法.另一个是我们推荐采用监控和保护分网的结构,由有经验的保护厂商负责保护网络及协议转换器、保护工程师站等部分的设备和软件.由保护工程师站向监控主机传送少量运行值人员关眩的相关保护运行信息,保护及其它运行维护人员主要在保护工程师站查看和处理保护的详细信息.3)计算机监控系统需要符合我国电力系统的运行体制的要求.目前我国电力行业调度运行、保护、自动化、通信等各专业人员各有分工,相互之间职责分明.因此从各专业运行部门的角度考虑,各专业职责范围内的运行设备尽可能与别专业的设备分开,以便于运行管理和设备维护.监控网与保护网的分开,有利于运行管理和设备维护.三层设备结构的网络中站控层与前置层之间采用以太网技术通信,前置层与间隔层之间采用现场总线技术通信.在当前10M/100M工业以太网技术发展成熟,制造成本下降到可以接受甚至是很廉价的形式下,现场总线受网络节点数和传输距离的限制,在技术上有一定的局限性,而且增加了一层网络和前置层设备,增加了时延,也使得网络结构及配置较为复杂.同时远动信息经过了前置层转换环节,不满足远动信息的直采直送的要求.因此一般不推荐采用三层设备结构的方案.2防优化方案以往变电站防误操作闭锁的常规设计中,是以断路器、隔离开关以及接地刀闸的辅助接点和电磁锁构成的繁杂的二次接线实现闭锁逻辑,近年来推出的微机“五防”装置及其编码锁逐渐将常规硬接线取而代之,变电站采用计算机监控系统为防误操作闭锁提供了灵活可靠的手段.目前在实际工程设计中,实现五防功能有两种配置方案:方案一:监控主站配置五防功能.此方案在两台监控主机上各有一套五防软件运行,配合电脑钥匙和编码锁实现五防功能.若监控软件和五防软件都是同一公司开发的产品,两者间可形成有机的整体,运行较为稳定可靠.由于冗余配置的监控主机采用主备运行的方式,当主机故障后,备机无缝切换为主机运行,因此五防功能不会出现单独五防工作站的“瓶顶”现象.五防功能也能实现操作预演,打印操作票等功能.作者推荐采用此方案.方案二:监控系统配置独立的五防工作站.监控系统配置一套单独的“五防”工作站布置在站控层,该工作站需要的有关信息通过其数据口由站控主机输入,所有的操作闭锁逻辑则由“五防”终端判别后输出至间隔层测控单元或电脑钥匙而直接进行操作.此方案的产生是由于计算机监控厂商注重于监控等功能的实现,对防误操作闭锁功能由地采用UNIX操作系统的主站五防功能开发技术难度太大、成本过高,或由于生产电脑钥匙和编码锁需要开模具组建生产线等原因,使得部分计算机监控厂商倾向于外购五防工作站和相关设备.这种硬件组态方式表面上看起来似乎是简单可靠,充分发挥各专业厂家的优势,但实际上计算机监控系统与“五防”工作站难以融为有机的整体,会给运行带来不便,今年投产的一些变电站采用的就是此种方案,投运后运行单位反映计算机监控五防系统运行不稳定,有时五防工作站会出现“死机”现象或与监控系统配合上有问题而造成无法操作,电脑钥匙有时现场无法打开,给变电站的安全运行留下隐患.五防系统无法判别由于断隔离开关、接地刀闸分合不到位时而产生的无位置情况,对此开关刀闸的非0非1状态无法处理,功能上存在缺陷.因此,计算机监控系统作者不推荐采用单独设置五防工作站的方案.各间隔内的防误闭锁由各间隔的测控单元完成;间隔层之间的闭锁也即母线地刀与各边刀闸之间的闭锁,由于各测控单元间不能实现点对点通信,需要由后台网络完成各测控单元间的通信,一旦网络通信中断或站控主机故障则不能实现设备就地的防误闭锁操作.但对于我们推荐采用的监控保护信息分网的两层网络结构,因为避免了事故时网络拥塞的问题,同时站控主机及通信主干网络采用冗余配置,此种情况可能性极小,我们认为可以忽略不计.对于采取将需要的辅助接点以硬接线方式接至各测控单元的闭锁逻辑内的方法,则会使现场接线繁琐,电缆增加.3实现与智能装置通信的约束条件除继电保护装置和故障录波装置外,变电站内的电能计量系统、交直流电源、火灾报警设备以及安全警卫系统等均应考虑与站空计算机系统的通信接口,以实现运行监神和管理.目前我国除继电保护外的其他智能装置IED均未采用IEC60870-5-103标准规约.目前工程一般是由监控厂家配置一套公用接口装置实现电能计量系统、交直流电源、火灾报警设备以及安全警卫系统等智能装置与站控计算机系统通信并负责规约转换.交、直流电源、火灾报警设备以及安全警卫系统等智能装置一般按自定义的格式,以RS232/RS485接口与站控计算机系统通信,电能计量系统一般按IEC60870-5-103标准,以RS232/RS485接口与站控计算机系统通信.最近召开的500kV变电站计算机监控系统技术研讨会已建议电力系统标准化委员会联合几方面厂家、运行部门、调度部门对101-104标准规约实行统一理解,取消自定义部分,成立第三方的测试机构,以达到通信现约互通.因此目前设计时仍应考虑由监控厂家配置一套公用接口装置实现与智能装置IED的通信并负责规约转换.今后设计时若有统一的通信规约,再作完善.4关于建议和讨论4.1制造阶段可靠性保障因素提高变电站自动化监控系统的可靠性是在进行系统设计时的根本出发点,保证制造阶段可靠性是保证设计目标实现的关键,因此除以上问题外还需综合考虑的因素:统筹考虑生产厂家的经验及业绩,特别是在变电所计算机监控系统中应实施的同期功能、防误操作闭锁功能以及远动通信规约转换等方面的实施情况.4.2建立健全与监控系统的通信公约的标准化由于500kV变电站保护装置、各种设备的类型较多,它们与监控系统的通信协议五花八门,给系统的联调和以后的维护工作带来较多困难,因此应将通信规约的标准化贯穿工程设计、设备招标和工程实施全过程.4.3在线监测系统的应用将成为一种新的监新技术随着电力系统对可靠性要求的不断提高和在线监测、模式识别及计算机技术的不断发展,电气设备从计划检修向状态检修转变已成为必然趋势.而在线监测作为一门新的监新技术,能够对被监测设备随时测试,大大缩短检测周期,提高绝缘监测的有效性,为设备状态检修提供依据.目前的监控系统还没有考虑和实现以上功能,如果在设计和产品选型时考虑一次设备的在线监测,并将其纳入监控系统的监控范围,无会大大提高对运行设备的在线监测能力