變電站自動(dòng)化系統(tǒng)控制與操作功能分析

　　一套成熟的變電站自動(dòng)化產(chǎn)品，?其可靠性決不會(huì)低于常規(guī)站的控制。如分層分布式變電站自動(dòng)化系統(tǒng)，?其監(jiān)控系統(tǒng)冗余配置，?控制與防誤操作亦分層分級(jí)設(shè)置，?控制與操作的可靠性及靈活性都很高?，F(xiàn)就其主要特點(diǎn)及與常規(guī)方式的差異進(jìn)行分析與介紹。

　　1　控制與操作的高可靠性

　　變電站的設(shè)計(jì)首要考慮的便是控制與操作的高可靠性，采用自動(dòng)化系統(tǒng)的變電站更要將計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)縝密設(shè)計(jì)。通常用于高壓電力系統(tǒng)的變電站自動(dòng)化產(chǎn)品都具有以下功能，以保證控制操作的高可靠性。

　　1.1　多級(jí)多地點(diǎn)控制功能

　　自動(dòng)化系統(tǒng)的控制操作方式有遠(yuǎn)方遙控、站控、就地(后備操作)3種方式。
　　遠(yuǎn)方遙控：由調(diào)度人員在調(diào)度端發(fā)出下行控制命令。
　　站控操作：運(yùn)行人員在變電站層監(jiān)控主機(jī)發(fā)出操作命令，通過交互式對(duì)話過程，選擇操作對(duì)象、操作性質(zhì)，完成對(duì)某一操作過程的全部要求。
　　就地操作：作為后備控制方式，當(dāng)監(jiān)控系統(tǒng)故障或網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)，可在間隔層的測(cè)控單元的小開關(guān)手動(dòng)控制或通過就地監(jiān)控單元裝置上的薄膜鍵盤進(jìn)行就地控制。

　　上述3種操作方式通過軟件或使能開關(guān)可相互切換，當(dāng)切換到后備手動(dòng)控制時(shí)，站控及遙控命令不被執(zhí)行；當(dāng)切換到站控操作時(shí)，后備手動(dòng)控制不產(chǎn)生任何作用，計(jì)算機(jī)對(duì)一臺(tái)設(shè)備同一時(shí)刻只能執(zhí)行一條控制命令，當(dāng)同時(shí)收到一條以上命令或預(yù)操作命令不一致時(shí)，應(yīng)拒絕執(zhí)行，并給出錯(cuò)信息。每個(gè)被控對(duì)象只允許以一種方式進(jìn)行控制。

　　1.2　操作過程中軟件的多次返校

　　1.2.1　操作員權(quán)限設(shè)密，以杜絕誤操作及非法操作。目前成熟的監(jiān)控系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)備都具有良好的容錯(cuò)能力，即便運(yùn)行人員在操作過程中發(fā)生一般性錯(cuò)誤，均不引起系統(tǒng)的任何功能喪失或影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行，對(duì)意外情況引起的故障，系統(tǒng)都具有恢復(fù)功能。

　　1.2.2　操作員工作站發(fā)出的操作指令，都必須經(jīng)過選擇—校核—執(zhí)行等操作步驟，返校通過后再送至該點(diǎn)執(zhí)行下一步驟。當(dāng)某一環(huán)節(jié)出錯(cuò)，操作指令中斷，并告警提示。每次操作結(jié)束后，系統(tǒng)自動(dòng)記錄操作過程并存盤。

　　1.3　監(jiān)控系統(tǒng)的雙機(jī)配置

　　220?kV及以上電壓等級(jí)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)多作雙機(jī)雙網(wǎng)配置，作為人機(jī)接口的監(jiān)控主站冗余配置，熱備用工作方式，可保證任意設(shè)備故障時(shí)對(duì)控制功能無影響。時(shí)下的做法，監(jiān)控主站用以太網(wǎng)相聯(lián)并以HUB作為該以太網(wǎng)的管理。該網(wǎng)上任一裝置異常，可將熱備機(jī)切換為主機(jī)工作。

　　監(jiān)控系統(tǒng)硬件的冗余配置，系統(tǒng)分層分布式結(jié)構(gòu)，為變電站的控制與操作的可靠性提供了保證。

　　2　操作閉鎖的實(shí)現(xiàn)方式

　　為保證變電站控制與操作系統(tǒng)的可靠性、準(zhǔn)確性，變電站的防誤操作的設(shè)計(jì)也是重要環(huán)節(jié)之一。因?yàn)槭怯?jì)算機(jī)監(jiān)控，變電站不再采用繁瑣的電氣聯(lián)鎖，可方便地實(shí)現(xiàn)多級(jí)聯(lián)鎖。對(duì)于分層分布式自動(dòng)化系統(tǒng)，其操作閉鎖方式也為分層分級(jí)式閉鎖而與該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相適應(yīng)。每個(gè)間隔的測(cè)控裝置，已引入該間隔的交流電流、電壓、斷路器位置及刀閘輔助接點(diǎn)作為遙測(cè)、遙信之用，這也為實(shí)現(xiàn)本間隔內(nèi)的斷路器及刀閘操作的防誤操作提供了必要條件。智能型裝置可很方便地利用上述信息進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)該間隔的操作閉鎖功能。

　　對(duì)于全站的涉及多個(gè)電氣間隔和多個(gè)電壓等級(jí)間的操作閉鎖，目前有3種不同的實(shí)現(xiàn)方式。其一，用軟件實(shí)現(xiàn)，即將全站的防誤操作閉鎖用軟件編程置于監(jiān)控主機(jī)之內(nèi)。監(jiān)控主機(jī)可從通信網(wǎng)上獲得全站所有開關(guān)、刀閘的狀態(tài)信息及每個(gè)間隔控制終端的操作信息，引入設(shè)備操作規(guī)則，進(jìn)行軟件編程即可實(shí)現(xiàn)全站的操作閉鎖功能。該方式應(yīng)該說是最簡單經(jīng)濟(jì)可靠的方案之一。其二，硬件閉鎖，即西門子公司的8TK模式。西門子公司的LSA-678變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的一個(gè)主要特點(diǎn)便是8TK操作閉鎖裝置的相對(duì)獨(dú)立性，8TK純粹作為控制及操作閉鎖之用，每個(gè)間隔的刀閘信息進(jìn)8TK1實(shí)現(xiàn)該間隔的操作閉鎖，各間隔的刀閘信息經(jīng)重動(dòng)后都進(jìn)入8TK2裝置，母聯(lián)刀閘及母線地刀等直接引入8TK2裝置，8TK2裝置實(shí)現(xiàn)間隔之間的操作閉鎖功能。其三，軟硬相結(jié)合的閉鎖方式，間隔之間的閉鎖采用8TK及類似裝置實(shí)現(xiàn)閉鎖功能，監(jiān)控主機(jī)內(nèi)做一套全站的軟件操作閉鎖。該模式即為浙江金華雙龍500?kV變采用的操作閉鎖方式。

　　軟硬兩級(jí)閉鎖，其可靠性高，監(jiān)控系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)故障不影響全站的安全可靠操作，但該模式接線復(fù)雜，且價(jià)格昂貴，金華500?kV變的該套8TK閉鎖裝置約花費(fèi)人民幣300萬元。

　　以軟件實(shí)現(xiàn)全站的操作閉鎖，對(duì)于一套成熟的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)來說，也應(yīng)該是高可靠性的；既然整個(gè)變電站的監(jiān)控功能都由監(jiān)控主機(jī)實(shí)現(xiàn)，那么操作閉鎖軟件功能做在監(jiān)控主機(jī)內(nèi)也應(yīng)是安全可靠的。對(duì)于雙機(jī)系統(tǒng)冗余配置，閉鎖軟件也為雙套設(shè)置。筆者認(rèn)為對(duì)于220?kV及以下自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的無人值班站采用這種模式可靠、安全、經(jīng)濟(jì)適用。

　　對(duì)于一個(gè)半開關(guān)接線的500?kV變電站，筆者認(rèn)為500?kV系統(tǒng)每個(gè)斷路器及兩側(cè)刀閘的操作閉鎖由相應(yīng)測(cè)控裝置實(shí)現(xiàn)以外，每串內(nèi)的斷路器及刀閘之間的閉鎖采用專門一套硬件閉鎖裝置以提高其可靠性。至于220?kV系統(tǒng)為簡化接線，節(jié)約資金，可不必配置用于間隔之間操作閉鎖的專用硬件裝置。

　　上述三種模式都可高效可靠地實(shí)現(xiàn)變電站所有斷路器及刀閘的控制。而且都具有順控功能，例如：操作某條線路送/停電、旁母代/倒線路、母線切換等各種常規(guī)順序操作，只需在監(jiān)控主機(jī)的鍵盤上敲入相應(yīng)指令，便可自動(dòng)完成。常規(guī)站可能要花費(fèi)幾個(gè)小時(shí)的操作，在這里幾分鐘便可完成。

　　這3種模式適用于全控(斷路器及隔離刀閘采用電動(dòng)操作)的變電站，當(dāng)變電站的隔離刀閘采用手動(dòng)操作時(shí)，站級(jí)的操作閉鎖方式有所不同。方法一，類似上述的軟件閉鎖模式一，只是在主機(jī)上外掛一個(gè)電腦鑰匙，手動(dòng)操作的隔離刀閘配置相應(yīng)的機(jī)械編碼鎖。方法二，配置專用五防PC機(jī)與監(jiān)控主機(jī)串口或以太網(wǎng)絡(luò)相聯(lián)，該P(yáng)C機(jī)完成全站的操作閉鎖功能。監(jiān)控主機(jī)通過系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接受來自間隔層測(cè)控單元采集的開關(guān)位置信息，也可通過電腦鑰匙回送部分非實(shí)時(shí)開關(guān)狀態(tài)，使主機(jī)一次系統(tǒng)運(yùn)行圖與當(dāng)前的實(shí)際運(yùn)行狀況相一致。上述兩種方法實(shí)現(xiàn)的功能如下：首先操作員在監(jiān)控主站上預(yù)演操作，并對(duì)每一操作依據(jù)系統(tǒng)的防誤規(guī)則進(jìn)行檢驗(yàn)。如果有錯(cuò)則立即報(bào)警，如果正確則生成操作票。內(nèi)容包括動(dòng)作、對(duì)象、結(jié)果、鎖的編號(hào)或其它提示性的內(nèi)容。預(yù)演結(jié)束后，打印機(jī)打印出操作票，并將正確的操作內(nèi)容及順序輸入智能鑰匙。操作人員拿智能鑰匙，按照其顯示的設(shè)備編號(hào)及操作順序，操作相應(yīng)的電氣裝置。這兩種方式相比較，前者操作閉鎖與監(jiān)控主機(jī)融為一體聯(lián)系緊密；后者防誤操作裝置相對(duì)獨(dú)立，在監(jiān)控系統(tǒng)停用或工作不正常的情況下，五防PC裝置仍能正常運(yùn)行。究竟選擇哪種方式，可根據(jù)用戶的習(xí)慣確定。

　　可見變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的防誤操作分層分級(jí)考慮，其可靠程度明顯優(yōu)于常規(guī)站的防誤設(shè)計(jì)。

　　3　操作過程

　　下面以浙江金華雙龍500?kV變?yōu)槔?，介紹變電站自動(dòng)化系統(tǒng)站控的一般操作流程。

　　金華500?kV變自動(dòng)化系統(tǒng)的間隔層是LSA-678系統(tǒng)，變電站層是BSJ-200系統(tǒng)。該站實(shí)現(xiàn)了全站所有設(shè)備的計(jì)算機(jī)鍵盤控制，屬站級(jí)軟硬件兩級(jí)閉鎖模式，合計(jì)控制點(diǎn)424點(diǎn)，具體控制對(duì)象如下：
　　(1)?500?kV系統(tǒng)所有斷路器、隔離刀閘、接地刀閘和母線地刀的分合；
　　(2)?220?kV系統(tǒng)所有斷路器、隔離刀閘的分合；
　　(3)?35?kV系統(tǒng)所有斷路器和主變35?kV總出口隔離刀閘的分合；
　　(4)?主變和所用變分接頭調(diào)節(jié)控制。

　　該站典型的開關(guān)合閘操作過程如下：
　　(1)?輸入密碼，取得控制權(quán)限，進(jìn)入控制主畫面，選中控制對(duì)象；
　　(2)?監(jiān)控主機(jī)起動(dòng)控制順控，軟件檢查站級(jí)閉鎖邏輯，確認(rèn)操作是否合法，若開關(guān)在合位或電氣聯(lián)鎖條件不滿足，提示后退出；
　　(3)?操作合法，則將命令傳給通信前置管理機(jī)(這里包括規(guī)約轉(zhuǎn)換器和主單元)返校正確后，再將命令傳給相應(yīng)的I/O測(cè)控單元；
　　(4)?I/O單元通過雙接點(diǎn)將命令傳給8TK裝置，8TK再一次進(jìn)行電氣連鎖檢查；
　　(5)?檢查通過，則起動(dòng)7VK同期裝置，滿足同期則出口合閘；
　　(6)?合閘成功，操作完畢后，將新的狀態(tài)輸入系統(tǒng)，重新回到控制主畫面，釋放控制權(quán)限。

　　該站投產(chǎn)試驗(yàn)時(shí)，站內(nèi)全部操作在主控樓計(jì)算機(jī)鍵盤上進(jìn)行，操作速度明顯快于對(duì)側(cè)的常規(guī)變電所，每分鐘可以操作一個(gè)對(duì)象，且未發(fā)生誤動(dòng)作。該站自投產(chǎn)以來，運(yùn)行良好。對(duì)于站級(jí)間軟件閉鎖的模式，控制指令下達(dá)間隔層測(cè)控單元時(shí)，僅進(jìn)行本間隔的閉鎖邏輯判斷，沒有傳送至8TK2的再次判斷環(huán)節(jié)。

　　4　變電站自動(dòng)化控制與常規(guī)模式的比較

　　分層分布式自動(dòng)化系統(tǒng)從軟硬件上分層分級(jí)考慮了變電站的控制與防誤操作，提高了變電站的可控性及控制與操作的可靠性。綜合自動(dòng)化站可采用遠(yuǎn)方、當(dāng)?shù)?、就?級(jí)控制，而常規(guī)站只能通過控制屏KK把手控制；常規(guī)站電氣聯(lián)鎖設(shè)計(jì)聯(lián)系復(fù)雜，在實(shí)際使用中，設(shè)備提供的接點(diǎn)有限且各電壓等級(jí)間的聯(lián)系很不方便，使得閉鎖回路的設(shè)計(jì)出現(xiàn)多余閉鎖及閉鎖不到的情況。綜合自動(dòng)化站可方便地實(shí)現(xiàn)多級(jí)操作閉鎖，可靠性高。

　　常規(guī)站，人是整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的核心，人的感官對(duì)信息的接受不可避免地存在誤差，其結(jié)果就會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤的判斷和處理。人接受信息的速度有一定限制，對(duì)于變化快的信息，有時(shí)來不及反應(yīng)，可能導(dǎo)致不正確的處理。而且個(gè)人的文化水平、工作經(jīng)驗(yàn)、責(zé)任心等因素都會(huì)影響信息的處理，可以說常規(guī)站人處理信息的準(zhǔn)確性和可靠性是不高的。運(yùn)行的實(shí)踐證明，值班人員的誤判斷、誤處理常有發(fā)生。綜合自動(dòng)化站的核心為系統(tǒng)監(jiān)控主機(jī)，用成熟可靠的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)整個(gè)變電站的控制與操作、數(shù)據(jù)采集與處理、運(yùn)行監(jiān)視、事件記錄等功能，可靠性高且功能齊全。

　　變電站自動(dòng)化系統(tǒng)簡化了變電站的運(yùn)行操作，可方便地實(shí)現(xiàn)各種類型步驟復(fù)雜的順控操作，且操作安全快速，對(duì)于全控的變電站，線路的倒閘操作幾分鐘便可完成；而常規(guī)站實(shí)現(xiàn)同樣的操作往往需要幾個(gè)小時(shí)，且仍存在誤操作的隱患。

　　常規(guī)變電站控制一般采用強(qiáng)電一對(duì)一的控制方式，信息及控制命令都是通過控制電纜傳輸。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)控制命令的傳輸由模擬式變成數(shù)字指令，提高了信息傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和可靠性。特別是分層分布式自動(dòng)化系統(tǒng)，各保護(hù)小間與主控室之間采用光纜傳輸，提高了信息傳輸回路的抗電磁干擾能力。分散式布置，控制電纜長度大為縮減，在相同控制電纜截面時(shí)，斷路器控制回路的電壓降減少，有利于斷路器的準(zhǔn)確動(dòng)作。規(guī)劃院最近將全國5個(gè)500?kV站作為綜合自動(dòng)化的試點(diǎn)，也從側(cè)面反應(yīng)電力系統(tǒng)業(yè)內(nèi)人士對(duì)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)可靠性的認(rèn)同。

　　5　結(jié)束語

　　綜上所述，變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的控制與操作是可靠的，它的成熟和進(jìn)步還需在變電站的實(shí)際運(yùn)行中不斷得到完善。