調(diào)控中心監(jiān)控自動化系統(tǒng)與通訊功能淺析

齊 超，周志宇

（1.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 黑龍江 哈爾濱 150001；2.華北電力大學(xué) 北京 102206）

“大運行”建設(shè)體系目標(biāo)，是統(tǒng)籌電網(wǎng)調(diào)度和設(shè)備運行資源，推進(jìn)輸變電設(shè)備運行與電網(wǎng)調(diào)度運行的業(yè)務(wù)融合，開展變電設(shè)備運行集中監(jiān)控、輸變電設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測與業(yè)務(wù)分析，提高駕馭大電網(wǎng)的調(diào)控能力和優(yōu)化配置資源能力。地市級調(diào)控中心負(fù)責(zé)地區(qū)電網(wǎng)調(diào)控運行，即負(fù)責(zé)承擔(dān)地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度運行、系統(tǒng)運行、調(diào)度計劃、自動化等專業(yè)管理職能和變電站設(shè)備運行集中監(jiān)控業(yè)務(wù)、輸變電設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測與業(yè)務(wù)分析，實現(xiàn)調(diào)控一體化。

本文從調(diào)控中心監(jiān)控自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能和工作原理展開，針對調(diào)控中心設(shè)備在運行監(jiān)控與通訊功能中存在的電網(wǎng)系統(tǒng)故障監(jiān)控系統(tǒng)事故報文繁瑣，遙信狀態(tài)量錯誤及監(jiān)控自動化系統(tǒng)設(shè)備安裝質(zhì)量不高等問題，提出建議，今后調(diào)控中心在此方面加以改進(jìn)。

1 監(jiān)控系統(tǒng)將向智能化方向邁進(jìn)

1.1 監(jiān)控系統(tǒng)全面智能化

監(jiān)控自動化系統(tǒng)在運行集中監(jiān)控方面應(yīng)按照設(shè)計總體方案、程序化操作，進(jìn)行集中監(jiān)控、監(jiān)控防誤閉鎖、保護(hù)與監(jiān)控接口和遠(yuǎn)動通信規(guī)約、信息分層分類優(yōu)化、運行管理規(guī)范、視頻系統(tǒng)、系統(tǒng)調(diào)試規(guī)范等課題專題研究，同時考慮安全監(jiān)測信號采集和系統(tǒng)調(diào)試的規(guī)范化[1]。

監(jiān)控功能將以調(diào)度安全風(fēng)險防控和運營績效管理兩大業(yè)務(wù)方向為突破，加強(qiáng)技術(shù)支撐建設(shè)、組織優(yōu)化保障、理論研究儲備，建成高級調(diào)控中心，向決策智能、反應(yīng)靈敏、組織高效、創(chuàng)新持續(xù)的未來調(diào)度方向邁進(jìn)。

1.2 監(jiān)控系統(tǒng)滿足互聯(lián)大電網(wǎng)安全穩(wěn)定需要

監(jiān)控自動化系統(tǒng)將實現(xiàn)廣域動態(tài)實時監(jiān)控，提供系統(tǒng)綜合應(yīng)用穩(wěn)態(tài)、動態(tài)和暫態(tài)數(shù)據(jù)，為調(diào)度人員提供高質(zhì)量的系統(tǒng)實時動態(tài)信息和輔助決策信息，增強(qiáng)電力市場輔助服務(wù)監(jiān)測，幫助運行人員提高電網(wǎng)分析準(zhǔn)確度，從而提高電網(wǎng)監(jiān)視和運行水平，提高輸電能力和電網(wǎng)運行的可靠性[2]。同時也為智能電網(wǎng)提供安全穩(wěn)定分析與控制的技術(shù)和裝備。

監(jiān)控系統(tǒng)將遵循并突破原有監(jiān)控自動化技術(shù)路線，采用先進(jìn)的通信、信息技術(shù)，實現(xiàn)電網(wǎng)運行數(shù)據(jù)的統(tǒng)一斷面無損采集，提供變電站實時全景模型并實現(xiàn)共享；采用先進(jìn)的自動控制、人工智能技術(shù)，全面提升時時控制、動態(tài)調(diào)整技術(shù)水平，實現(xiàn)各類電源及用戶的無擾接入、故障隔離，系統(tǒng)和設(shè)備具備自描述、自適應(yīng)、自診自愈能力。

2 調(diào)控中心監(jiān)控自動化系統(tǒng)具備功能

2.1 監(jiān)控系統(tǒng)涉及兩項關(guān)鍵技術(shù)

監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備運行集中調(diào)控是在子站監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上實現(xiàn)的。其中的監(jiān)控功能是通過子站端監(jiān)控系統(tǒng)的遠(yuǎn)動機(jī)上送本地采集的各類信息來實現(xiàn)SCADA功能。

1）監(jiān)控技術(shù) 窗口式操作系統(tǒng)（Windows、Unix）、分布式數(shù)據(jù)庫管理軟件、后臺監(jiān)控系統(tǒng)功能維護(hù)軟件、后臺監(jiān)控系統(tǒng)實時監(jiān)控軟件。

2）通訊技術(shù) 以太網(wǎng)通訊技術(shù)、現(xiàn)場總線通訊技術(shù)、通用通訊接口技術(shù)（RS232、RS485）、遠(yuǎn)動通訊技術(shù)（載波通訊、光纖通訊、網(wǎng)路通訊）、通訊規(guī)約。

調(diào)控中心監(jiān)控功能綜合利用工況信息、在線監(jiān)測信息、電氣間隔環(huán)境信息（含音視頻）實現(xiàn)電氣設(shè)備和變電站的安全監(jiān)控與預(yù)警系統(tǒng)，在一個集中的平臺電能質(zhì)量控制。監(jiān)控自動化系統(tǒng)將利用先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)和信息處理技術(shù)等實現(xiàn)對變電站二次設(shè)備，包括繼電保護(hù)、控制、監(jiān)測 、信號、故降錄波、自動裝置及遠(yuǎn)動功能進(jìn)行重新組合、優(yōu)化設(shè)計，對變電站全部設(shè)備的運行情況執(zhí)行監(jiān)視、控制和協(xié)調(diào)的一種綜合性的自動化系統(tǒng)[3]。通過變電站綜合自動化系統(tǒng)內(nèi)各設(shè)備間相互交換信息，數(shù)據(jù)共享，完成變電站運行監(jiān)視和控制任務(wù)。

2.2 形成功能一體化綜合預(yù)警平臺

監(jiān)控系統(tǒng)功能將實現(xiàn)設(shè)備智能狀態(tài)監(jiān)測、自檢測、自診斷，對變電站告警信息進(jìn)行分類告警、信號過濾、基于邏輯推理的濃縮告警，提出事故及異常處理方案；采集開發(fā)故障診斷算法和系統(tǒng)研究，能夠進(jìn)行數(shù)字化或綜合自動化變電站故障特征信息的診斷，分析電網(wǎng)一次設(shè)備數(shù)據(jù)庫上形成監(jiān)控、安全監(jiān)測和預(yù)警等形成功能一體化綜合預(yù)警平臺。

2.3 緊急運行狀態(tài)下實現(xiàn)自適應(yīng)保護(hù)功能

調(diào)控中心與變電站協(xié)調(diào)配合，可動態(tài)改變繼電保護(hù)和穩(wěn)定控制的策略和參數(shù)；實現(xiàn)站域保護(hù)及智能集成保護(hù)，全方位綜合利用全站信息提高保護(hù)性能；支持設(shè)備信息和運行維護(hù)策略與調(diào)度中心和集控中心實現(xiàn)全面互動，實現(xiàn)基于設(shè)備狀態(tài)的全壽命周期管理；具有向大用戶實時傳送電價、電量、電能質(zhì)量及電網(wǎng)負(fù)荷信息的功能，實現(xiàn)智能電網(wǎng)各環(huán)節(jié)的協(xié)調(diào)運行[4]。

采用同步測量技術(shù)實現(xiàn)實時采集與處理變電站外用戶及線路帶時標(biāo)信息；應(yīng)用直觀圖形界面，在站控層和遠(yuǎn)端實現(xiàn)可視化閉環(huán)控制和安全校驗。

2.4 調(diào)控中心輔助監(jiān)控管理系統(tǒng)-視頻監(jiān)控

視頻監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)能實現(xiàn)與SCADA系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)、消防、保衛(wèi)等相關(guān)系統(tǒng)的互聯(lián)，并根據(jù)制定的規(guī)則進(jìn)行自動化聯(lián)動。監(jiān)視系統(tǒng)設(shè)備結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 監(jiān)控自動化系統(tǒng)設(shè)備結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Monitoring automation system equipment structure

通過綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)直接采集變電站視頻監(jiān)控信息，實現(xiàn)對變電站現(xiàn)場的視頻監(jiān)視。當(dāng)發(fā)生故障或設(shè)備報警時，運行監(jiān)控人員可調(diào)閱站內(nèi)相應(yīng)視頻畫面，在線查看重點關(guān)注設(shè)備狀態(tài)，實時掌握設(shè)備現(xiàn)場情況。監(jiān)視的內(nèi)容包括：

①安全防盜：通過移動自動跟蹤并與安防報警設(shè)備（如紅外微波探頭、門禁傳感器等）配合聯(lián)動，可及時將報警信號和相應(yīng)的視頻圖像傳給集控中心和安全保衛(wèi)部門，使得公安保衛(wèi)人員能夠及時做出相應(yīng)處理。

②變電站內(nèi)環(huán)境 ：與消防報警系統(tǒng)聯(lián)動，實現(xiàn)變電站站內(nèi)關(guān)鍵部位（主控室、高壓室、電容器室、獨立通信室、電纜夾層等）防火圖像自動監(jiān)視，滿足防火、防爆、防浸、防水、防泄漏、消防設(shè)施安全等監(jiān)測需要[5]。為實現(xiàn)真正意義上的變電站無人值守奠定基礎(chǔ)。

③變電站設(shè)備巡檢、設(shè)備監(jiān)視：監(jiān)視變電站內(nèi)隔離開關(guān)和接地刀閘的分合狀態(tài)；監(jiān)視變壓器油位、風(fēng)扇，斷路器壓力的運行情況；監(jiān)視變電站內(nèi)變壓器、電抗器、電容器、CT、PT和絕緣子等高壓設(shè)備的外觀運行狀態(tài)；監(jiān)視變電站內(nèi)其他充油設(shè)備、易燃設(shè)備的外觀狀態(tài)。

④設(shè)備操作遠(yuǎn)方圖像監(jiān)控：通過與SCADA系統(tǒng)的聯(lián)動，當(dāng)進(jìn)行刀閘設(shè)備操作時，視頻監(jiān)控系統(tǒng)可以及時顯示操作對象的視頻圖像，集控中心操作人員和調(diào)度中心調(diào)度員能夠馬上看到操作結(jié)果，及時發(fā)現(xiàn)錯誤，從而減少或避免生產(chǎn)事故的發(fā)生。

3 目前監(jiān)控系統(tǒng)存在問題

調(diào)控中心監(jiān)控功能在原有監(jiān)控自動化系統(tǒng)技術(shù)路線基礎(chǔ)上應(yīng)實現(xiàn)技術(shù)突破。目前，綜合監(jiān)控自動化系統(tǒng)經(jīng)多年運行，已日臻成熟完善。但也存在的個中不足。下面就監(jiān)控自動化系統(tǒng)多年運行中存在問題進(jìn)行分析，以便今后調(diào)控中心加以避免。

3.1 電網(wǎng)系統(tǒng)故障時事故報文繁瑣

在電網(wǎng)系統(tǒng)故障時，監(jiān)控系統(tǒng)后臺監(jiān)控機(jī)給出的事故報文十分繁瑣，尤其監(jiān)控中心的監(jiān)控畫面，在系統(tǒng)發(fā)生事故后，每個畫面都含有大量繁瑣的事故報文滾動顯示，不利于運行人員分析事故性質(zhì)。

當(dāng)故障發(fā)生，眾多后臺信號同時顯示時。運行人員不能迅速找出其中重點，作出正確的分析判斷。例如發(fā)生事件時，監(jiān)控系統(tǒng)告警事件窗體對話框內(nèi)對同一事件多次重復(fù)告警滾動顯示，如圖2所示。

圖2 監(jiān)控系統(tǒng)告警事件窗體對話框Fig.2 Monitoring system alarm event form diagram of the dialogue

建議廠家對事故后，重要報文與非重要報文用不同顏色加以區(qū)分，或?qū)ΡＷo(hù)動作情況報文及開關(guān)動作變位報文加以區(qū)分，其他在事故發(fā)生中某些不重要的告警信息可以屏蔽。并建議改進(jìn)監(jiān)控數(shù)據(jù)庫，將后臺信號按重要等級、變電站名稱，劃分“保護(hù)出口，開關(guān)跳閘”、“I類缺陷，告警”、“II、III 類缺陷，告警”、“輔助電氣量位置變化，提示”4 類，并分類顯示。建議改進(jìn)監(jiān)控數(shù)據(jù)庫，形成類似于在告警設(shè)置窗口的事件類型窗體使用不同顏色加以區(qū)分的各種信息分類，將每條告警信息按照重要報文與非重要報文用不同顏色加以區(qū)分。例同告警設(shè)置窗口事件類型告警設(shè)置對話框如圖3所示。

圖3 事件類型告警設(shè)置對話框圖Fig.3 Event type alarm settings dialogue diagram

3.2 遙信狀態(tài)量錯誤

調(diào)度監(jiān)控自動化系統(tǒng)事件信息的準(zhǔn)確采集決定于信息源（電磁保護(hù)設(shè)備和微機(jī)保護(hù)及自動裝置）、RTU裝置的可靠工作，測控裝置和二次設(shè)備的良好匹配以及功能的不斷完善和擴(kuò)展。

綜合自動化變電站遠(yuǎn)程控制具有的功能為：1）對現(xiàn)場信息實時采集數(shù)據(jù)，包括模擬控制量，開關(guān)信息量等重要的遙信量。這些遙信量可以向控制調(diào)度中心反映當(dāng)前變電站設(shè)備的實時運行狀態(tài)。2）控制調(diào)度中心根據(jù)收到的遙信量給變電站設(shè)備發(fā)出指令，可以控制和改變當(dāng)前運行設(shè)備的狀態(tài)，因此，遠(yuǎn)程控制調(diào)節(jié)是自動化電力系統(tǒng)有效安全運行的經(jīng)濟(jì)方式。要實現(xiàn)變電站的自動化有效控制，遙信量是整個自動化系統(tǒng)中最關(guān)鍵的信息量。一旦遙信誤發(fā)或者漏發(fā)，調(diào)度員就不能正確地對斷路器進(jìn)行遠(yuǎn)程控制操作，電力系統(tǒng)自動化就不能正常運行，延誤了對電力網(wǎng)絡(luò)故障或者事故的判斷和處理。由此可見，遙信量的誤發(fā)和漏發(fā)概率越低越好，這樣才能保證電力自動化系統(tǒng)的正常運行，提高自動化變電站的抗干擾能力。

遙信狀態(tài)量來自監(jiān)測對象的輔助接點，多為空接點。輔助接點與遠(yuǎn)動裝置的距離較遠(yuǎn)，現(xiàn)場干擾大，在干擾存在且遠(yuǎn)距離傳輸時，遙信狀態(tài)量會出現(xiàn)誤碼。雖然為提高遙信信號的傳輸距離和抗干擾能力，遙信取樣回路都施加24 V、48 V、220 V直流電壓，但是還不足以克服產(chǎn)生的誤碼性能。建議解決方案：隔離。為了不使二次信號可能夾雜的干擾侵入到計算機(jī)系統(tǒng)，還需要采取信號隔離措施，常采用的兩種隔離方法：繼電器隔離，光電耦合隔離。

3.3 監(jiān)控自動化系統(tǒng)設(shè)備安裝質(zhì)量不高

目前，監(jiān)控系統(tǒng)在運行過程中出現(xiàn)的問題大多數(shù)是由于設(shè)備安裝質(zhì)量和產(chǎn)品質(zhì)量問題引起的，主要存在著安裝人員操作不規(guī)范，沒有按要求進(jìn)行安裝、調(diào)試，在運行過程中表現(xiàn)出了很大的誤差，使得系統(tǒng)在實際的使用過程中存在著誤發(fā)信號等。建議監(jiān)控人員對綜合自動化變電站的設(shè)備巡視應(yīng)包含“實設(shè)備”和“虛設(shè)備”的巡視。即巡視中不僅要巡視查看每個具體的裝置（包括通信設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、圖監(jiān)控設(shè)備等），還要對監(jiān)控后臺系統(tǒng)中的全部信號（光字牌或遙信表）、全部遙測量、通信工況、歷史報警信息、畫面刷新等進(jìn)行定期巡視檢查，而且這種檢查往往更為重要。另外，主監(jiān)視圖中的畫面可能只顯示主要的遙測信息，如不定期進(jìn)行全面遙測量的巡視，也會帶來極其嚴(yán)重的問題。還有，保護(hù)事件等信息由于處理上的方法不同，不能做成直觀的光字牌等畫面顯示，只有依賴報警窗。如果短時間段內(nèi)操作過多或發(fā)生事故，信號就會很多，而實時報警窗儲存的報警信號條數(shù)（容量）是有限的，滿容量后，系統(tǒng)會自動將最先發(fā)生的信號自動轉(zhuǎn)存到歷史報警庫中。因此必須檢查歷史報警庫中的報警信息，建議監(jiān)控人員不定時同子站人員核對監(jiān)控畫面數(shù)據(jù)與保護(hù)信息，以確證遠(yuǎn)傳信息的正確性。

4 調(diào)控中心通訊系統(tǒng)功能及存在問題

調(diào)控中心與變電站間的通訊技術(shù)是調(diào)控中心的關(guān)鍵技術(shù)，在綜合自動化系統(tǒng)的安裝、調(diào)試和運行維護(hù)過程中，通訊問題解決得好壞，關(guān)系到系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和可靠性。

4.1 遠(yuǎn)動通訊工作站功能

遠(yuǎn)動通訊工作站的功能要保證與子站智能設(shè)備通訊搜集實時信息；根據(jù)需要對信號進(jìn)行合成處理；按給定的通訊規(guī)約與調(diào)度通訊。

4.2 通信系統(tǒng)的任務(wù)

通信包括兩個方面的內(nèi)容:一是子站內(nèi)部各部分之間的信息傳遞，如保護(hù)動作信 號傳遞給中央信號系統(tǒng)報警；二是子站與操作控制中心的信息傳遞，即遠(yuǎn)動通信。向控制中心傳遞變電站的實時信息，如電壓、電流、功率的數(shù)值大小，斷路器位置狀態(tài)、事件記錄等；接收控制中心發(fā)出的斷路器操作控制命令以及查詢和其他操作控制命令[6]。調(diào)度系統(tǒng)/保護(hù)主站與變電站各設(shè)備之間通訊交換信息關(guān)系，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 調(diào)度系統(tǒng)/保護(hù)主站與變電站各設(shè)備之間網(wǎng)絡(luò)交換圖Fig.4 Scheduling system/protection stood and substation equipment network exchange between figure

4.3 現(xiàn)場級通信主要解決以下問題

主要解決自動化系統(tǒng)內(nèi)部各子系統(tǒng)與上位機(jī) （監(jiān)控主機(jī)）和各子系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)通信和信息交換問題，它們的通信范圍是變電站內(nèi)部。對于集中組屏的綜合自動化系統(tǒng)來說，實際是在主控制室內(nèi)部；對于分散安裝的自動化系統(tǒng)來說，其通信范圍擴(kuò)大至主控室與子系統(tǒng)的安裝地 （如開關(guān)柜），使通信距離加長了?，F(xiàn)場級的通信方式有并行通信、串行通信、局域網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場總線等多種方式[7]。

大集控模式下變電站與上級調(diào)度通信主要解決以下問題。大集控模式變電站必須兼有RTU的全部功能，應(yīng)該能夠?qū)⑺杉哪M量和開關(guān)狀態(tài)信息以及事件順序記錄等遠(yuǎn)傳至調(diào)度端；同時應(yīng)該能接收調(diào)度端下達(dá)的各種操作、控制、修改定值等命令。即完成新型RTU等全部四搖功能[8]。規(guī)約必須符合部頒的規(guī)定。

5 結(jié) 論

文中針對傳統(tǒng)的監(jiān)控中心在設(shè)備運行集中監(jiān)控、輸變電設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測與操作功能方面不能夠滿足現(xiàn)代電網(wǎng)提高駕馭大電網(wǎng)的調(diào)控能力和調(diào)控一體化出發(fā)，從調(diào)控中心監(jiān)控自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能及通訊工作原理展開，分析調(diào)控中心設(shè)備在運行監(jiān)控與通訊功能中存在的電網(wǎng)系統(tǒng)故障監(jiān)控系統(tǒng)后臺機(jī)事故報文繁瑣，遙信狀態(tài)量錯誤及監(jiān)控自動化系統(tǒng)設(shè)備安裝質(zhì)量不高等存在不足，提出建議進(jìn)而加以完善。提出調(diào)控中心在設(shè)計過程中采用新標(biāo)準(zhǔn)新規(guī)范應(yīng)與時俱進(jìn)。更好地開展變電設(shè)備運行集中監(jiān)控、輸變電設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測與業(yè)務(wù)分析，實現(xiàn)調(diào)控一體化，提高駕馭大電網(wǎng)的調(diào)控能力和優(yōu)化配置資源能力。

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