變電站自動(dòng)化運(yùn)行與管理

摘要：隨著我國計(jì)算機(jī)、通信技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展，電力系統(tǒng)監(jiān)控與保護(hù)技術(shù)在我國得到了長足發(fā)展，其中綜合變電站自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展較快。比較而言，常規(guī)站運(yùn)行管理問題較多，文章就變電站自動(dòng)化系統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行探討，為變電站自動(dòng)化運(yùn)行與控制提供參考。

關(guān)鍵詞：變電站；自動(dòng)化系統(tǒng)；運(yùn)行操作

中圖分類號(hào)：TM73 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2012）26-0092-02

變電站的自動(dòng)化水平經(jīng)過多年的發(fā)展，已經(jīng)達(dá)到了一定的水平。我國城鄉(xiāng)電網(wǎng)建設(shè)與改造過程中不僅大量采用先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)，同時(shí)逐步實(shí)現(xiàn)了中低壓變電站的無人值班模式。在220 kV及以上電壓等級(jí)電網(wǎng)中也大量采用新的自動(dòng)化技術(shù)，大大提高了整個(gè)電網(wǎng)的現(xiàn)代化水平，增強(qiáng)了電網(wǎng)調(diào)度、配電的可靠性，提高了電能質(zhì)量。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，智能化開關(guān)、光電式電流電壓互感器以及變電站運(yùn)行操作模擬仿真等技術(shù)的日漸完善，借助高科技的計(jì)算機(jī)技術(shù)，全數(shù)字化的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)將成為未來電網(wǎng)運(yùn)行的主要模式。

目前我國技術(shù)應(yīng)用還不夠成熟，運(yùn)行管理模式仍然處于探索之中，母線采用的多為分層分布式結(jié)構(gòu)，每一間隔的一次設(shè)備和二次設(shè)備是一致對(duì)應(yīng)的。采用分布式機(jī)構(gòu)，能夠縮短傳輸距離和傳輸密度，能在一定程度上節(jié)省和簡化二次電纜。

1 變電站自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行中的問題

①雙機(jī)系統(tǒng)切換問題。以串口通信為主、以太網(wǎng)為輔的雙機(jī)相互監(jiān)視狀態(tài)，在理論上能夠保證主設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)正確。但是，有時(shí)候在切換雙機(jī)過程中會(huì)出現(xiàn)兩臺(tái)通信控制器同時(shí)轉(zhuǎn)為備用的情況，會(huì)導(dǎo)致通信控制器死機(jī)，造成遙控失效。

②遙控信號(hào)錯(cuò)誤。自動(dòng)化變電站的通信控制器多是借助串口與MODEN相連接，MODEN與通道相連接，最后送到主站。主站保護(hù)規(guī)約多而復(fù)雜，在對(duì)主站的保護(hù)規(guī)約進(jìn)行擴(kuò)展，完成接口運(yùn)行工作過程中會(huì)出現(xiàn)遙控信號(hào)誤動(dòng)的錯(cuò)誤，這可能是規(guī)約問題，也可能是測(cè)控單元不穩(wěn)定造成的。

③保護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)故障。在變電站的保護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)中，一些事故和預(yù)警信號(hào)受到后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)的控制，當(dāng)后臺(tái)監(jiān)控不能工作時(shí)，事故和預(yù)警信號(hào)不能夠及時(shí)發(fā)出，往往使得值班人員不能及時(shí)對(duì)故障或事故進(jìn)行處理，對(duì)變電站的安全造成嚴(yán)重威脅。

④運(yùn)行管理模式落后?，F(xiàn)階段自動(dòng)化技術(shù)還不夠成熟，當(dāng)自動(dòng)化系統(tǒng)投入使用后，有些變電站仍然保持著常規(guī)站的管理模式，沒有體現(xiàn)出減人增效的優(yōu)點(diǎn)。而有些在使用過程中會(huì)出現(xiàn)一些失控情況。

2 變電站自動(dòng)化系統(tǒng)

在對(duì)變電站進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，首先需要考慮的就是系統(tǒng)運(yùn)行控制的可靠性，同時(shí)要將自動(dòng)化系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)緊密結(jié)合在一起。為了確保系統(tǒng)控制操作的高可靠性，一般用于高電壓等級(jí)的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的自動(dòng)化產(chǎn)品都擁有多級(jí)多地點(diǎn)控制功能和軟件多次返校的特點(diǎn)。

2.1 多級(jí)多地點(diǎn)控制功能自動(dòng)化系統(tǒng)操作方式

對(duì)于多級(jí)多地點(diǎn)控制功能的自動(dòng)化系統(tǒng)，有三種操作方式：就地控制、站控、遠(yuǎn)方控制。

就地控制：就地控制又被成為后備控制方式，在電力網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障或者監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，可就近通過間隔層的測(cè)控單元中的小開關(guān)進(jìn)行手動(dòng)控制，或者借助就地監(jiān)控單元中的薄膜鍵盤進(jìn)行就地控制操作。站控：站控是指運(yùn)行人員在變電站層的監(jiān)控主機(jī)上向下發(fā)出操作指令，借助交互式的對(duì)話方式，對(duì)操作對(duì)象和操作性質(zhì)進(jìn)行選擇，進(jìn)而一步步完成某一個(gè)控制操作過程的全部要求。遠(yuǎn)方控制：遠(yuǎn)方控制就是遠(yuǎn)方遙控，調(diào)度人員在故障遠(yuǎn)處從調(diào)度端向下發(fā)出下行的控制指令。

多級(jí)多地點(diǎn)功能自動(dòng)化系統(tǒng)的三種操作方式可以借助軟件和使能開關(guān)進(jìn)行相互切換，當(dāng)切換到就地控制方式時(shí)，站控和遠(yuǎn)方控制不能執(zhí)行。而相應(yīng)的，當(dāng)切換到站控方式時(shí)，就地控制的手動(dòng)控制將不會(huì)產(chǎn)生任何作用，主要是因?yàn)樵谕粫r(shí)刻一臺(tái)計(jì)算機(jī)對(duì)一臺(tái)設(shè)備只能執(zhí)行一條控制指令，在計(jì)算機(jī)同時(shí)接受到超過一條的指令組或者是跟預(yù)操作指令不相符時(shí)，計(jì)算機(jī)拒絕執(zhí)行指令，同時(shí)會(huì)發(fā)出錯(cuò)誤警示信號(hào)。所以，每一個(gè)被控制對(duì)象只能以一種控制方式進(jìn)行操作。

2.2 軟件多次返校特點(diǎn)

軟件多次返校特點(diǎn)是指操作人員在工作站中發(fā)出操作指令后，每一條命令都需要經(jīng)過一次校核一次執(zhí)行等操作，在上一條命令的返校操作通過后再對(duì)下一步驟進(jìn)行執(zhí)行。返校過程中任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)錯(cuò)誤，操作指令都會(huì)被中斷，系統(tǒng)會(huì)給出相應(yīng)的警告提示信息。在每一次操作結(jié)束后，系統(tǒng)會(huì)對(duì)當(dāng)次操作進(jìn)行自動(dòng)記錄和存盤操作。

為了杜絕操作人員誤操作或者進(jìn)行非法操作，變電站自動(dòng)化系統(tǒng)都有操作員權(quán)限設(shè)密功能。目前技術(shù)比較成熟的監(jiān)控系統(tǒng)都有較好的容錯(cuò)能力，包括軟件和硬件設(shè)備，即使操作人員在操作過程中產(chǎn)生了一些一般性的錯(cuò)誤操作，都不會(huì)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生任何不好的影響，或者引起系統(tǒng)某些功能喪失，而對(duì)于意外突發(fā)情況引起的故障，系統(tǒng)都具有一定的自我恢復(fù)功能。

220 kV及以上電壓等級(jí)的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)多是雙機(jī)雙網(wǎng)配置，監(jiān)控主配置主要作為人機(jī)接口，采用熱備用方式，確保在任何設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)對(duì)系統(tǒng)的控制功能不會(huì)產(chǎn)生影響。目前通常采用的是以以太網(wǎng)連接監(jiān)控主站，并且借助HUB對(duì)以太網(wǎng)進(jìn)行管理。在網(wǎng)絡(luò)上任何一處出現(xiàn)異常狀況時(shí)，都可以將熱備用設(shè)備轉(zhuǎn)換為主機(jī)替代主機(jī)進(jìn)行工作。而變電站監(jiān)控系統(tǒng)采用硬件冗余配置方式、系統(tǒng)分層分布式結(jié)構(gòu)，能夠?yàn)樽冸娬镜倪\(yùn)行與控制提供可靠性保證。

3 自動(dòng)化系統(tǒng)操作閉鎖實(shí)現(xiàn)

為了確保變電站控制和操作系統(tǒng)的可靠性和準(zhǔn)確性，需要做好變電站防誤操作的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。變電站自動(dòng)化系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)監(jiān)控方式，可以輕松方便地實(shí)現(xiàn)多級(jí)聯(lián)鎖。在分層分布式自動(dòng)化系統(tǒng)中，操作閉鎖方式也是分層分級(jí)式閉鎖，并且跟系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相適應(yīng)。自動(dòng)化系統(tǒng)中每一個(gè)間隔的測(cè)控裝置都已經(jīng)將間隔的交流電流、電壓，斷路器位置以及刀閘的輔助接點(diǎn)等引入，用于遙測(cè)、遙信，這同時(shí)為該間隔中的刀閘和斷路器的防誤操作提供了條件?，F(xiàn)在的各種智能裝置都能夠利用以上各種信息進(jìn)行快捷準(zhǔn)確編程，實(shí)現(xiàn)該間隔內(nèi)的各種操作閉鎖功能。

在變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中可以通過三種方式實(shí)現(xiàn)多個(gè)電氣間隔和多個(gè)電壓等級(jí)間的操作閉鎖功能。

3.1 硬件實(shí)現(xiàn)閉鎖

利用西門子公司的8TK模式可以方便地實(shí)現(xiàn)硬件閉鎖。8TK操作閉鎖裝置的獨(dú)立性是西門子公司的LSA變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的主要特色，該模式只用于控制和操作閉鎖。當(dāng)每個(gè)間隔的刀閘信號(hào)進(jìn)入8TKt后，就可以實(shí)現(xiàn)該間隔的操作閉鎖。而刀閘信息經(jīng)過重動(dòng)后進(jìn)入8TK2，同時(shí)引入母聯(lián)刀閘和母線地刀等，可實(shí)現(xiàn)間隔間的操作閉鎖。

3.2 軟件實(shí)現(xiàn)

軟件實(shí)現(xiàn)就是利用軟件編程實(shí)現(xiàn)全站的防誤操作閉鎖，編程工作在監(jiān)控主機(jī)內(nèi)實(shí)現(xiàn)。軟件實(shí)現(xiàn)應(yīng)當(dāng)是最經(jīng)濟(jì)可靠且簡單的閉鎖方案。監(jiān)控主機(jī)能夠通過通信網(wǎng)絡(luò)提供全站的刀閘、開關(guān)狀態(tài)信息和各個(gè)間隔控制終端的信號(hào)。軟件實(shí)現(xiàn)利用監(jiān)控主機(jī)提供的信息和設(shè)備操作規(guī)則，可以迅速準(zhǔn)確地編程實(shí)現(xiàn)全站內(nèi)的操作閉鎖。

3.3 軟硬件結(jié)合的閉鎖方式

軟硬件結(jié)合方式兼顧了軟件實(shí)現(xiàn)和硬件閉鎖的優(yōu)點(diǎn)，利用監(jiān)控主機(jī)實(shí)現(xiàn)全站的軟件閉鎖，利用8TK等類似的裝置實(shí)現(xiàn)間隔間的閉鎖功能。

對(duì)于一套技術(shù)成熟的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)，軟件實(shí)現(xiàn)全站的操作閉鎖應(yīng)該是最可靠方便的方式。整個(gè)變電站都是監(jiān)控主機(jī)在進(jìn)行監(jiān)控，在監(jiān)控主機(jī)中實(shí)現(xiàn)軟件操作閉鎖應(yīng)該是安全可靠的。

對(duì)于220 kV及以下電壓等級(jí)的無人值班變電站自動(dòng)化系統(tǒng)采用軟件實(shí)現(xiàn)閉鎖模式是經(jīng)濟(jì)可靠、安全的。而對(duì)于簡化接線的220 kV系統(tǒng)，考慮到資金問題，可以不配置間隔間的操作閉鎖硬件裝置。然而，500kV系統(tǒng)每個(gè)間隔和刀閘不僅需要利用相應(yīng)的測(cè)控裝置實(shí)現(xiàn)操作閉鎖功能，還需要在每一串?dāng)嗦菲骱偷堕l間加裝一套硬件閉鎖裝置，專門用于該串內(nèi)的操作閉鎖，提高閉鎖可靠性。

利用以上三種閉鎖方式可有效地實(shí)現(xiàn)變電站中所有斷路器和刀閘的操作閉鎖，且可以實(shí)現(xiàn)順控功能。

4 變電站自動(dòng)化技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

綜上所述，分層分布式變電站自動(dòng)化系統(tǒng)從軟硬件兩方面考慮了變電站的運(yùn)行和防誤閉鎖操作，這大大提高了變電站運(yùn)行管理的可靠性和可控性。

綜合自動(dòng)化變電站可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方、當(dāng)?shù)睾途偷厝?jí)控制，而常規(guī)站卻只能借助控制屏實(shí)現(xiàn)把手控制。變電站自動(dòng)化系統(tǒng)可以方便地實(shí)現(xiàn)多級(jí)多地點(diǎn)控制，其可靠性較高，而常規(guī)站電氣聯(lián)系復(fù)雜，實(shí)際運(yùn)行中設(shè)備提供的節(jié)點(diǎn)有限并且各級(jí)電壓間聯(lián)系困難，閉鎖回路常常出現(xiàn)多余閉鎖或者閉鎖缺失等情況。

綜合自動(dòng)化變電站以系統(tǒng)監(jiān)控主機(jī)為核心，利用技術(shù)成熟的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可方便實(shí)現(xiàn)整個(gè)變電站的操作和控制功能，包括數(shù)據(jù)采集與處理、事件記錄等，其功能齊全、可靠性高。而常規(guī)站以人為核心，人的感官信息難免會(huì)受到各種因素的干擾，往往會(huì)導(dǎo)致判斷錯(cuò)誤。并且人類接受信息水平有限，不能很好地接收快速變化的信息。且每個(gè)人的知識(shí)水平、責(zé)任心、工作經(jīng)驗(yàn)都有差異，信息處理的準(zhǔn)確信和可靠性都不高。

綜合變電站自動(dòng)化系統(tǒng)可以方便地實(shí)現(xiàn)變電站的各種運(yùn)行操作，快捷完成各種復(fù)雜的順控操作，可以在幾分鐘內(nèi)完成常規(guī)站需要幾個(gè)小時(shí)才能完成的全站、全線路的倒閘操作，并且可以大大降低誤操作的可能性。

綜合自動(dòng)化變電站一改常規(guī)變電站電纜傳輸信息及控制命令的形式，利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)將命令轉(zhuǎn)換為數(shù)字指令，大大提高了信息傳輸?shù)目煽啃耘c準(zhǔn)確性。在綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中利用光纜聯(lián)系各個(gè)保護(hù)小間與主控室，很大程度上提高了回路的抗電磁干擾能力。同時(shí)，利用分散式布置方式可以大大縮減控制電纜長度，降低回路電壓降，提高斷路器動(dòng)作的準(zhǔn)確性。

5 結(jié) 語

變電站自動(dòng)化技術(shù)日趨完善，但目前運(yùn)行中仍然存在一些問題，而綜合自動(dòng)化變電站將利用高科技技術(shù)降低誤操作概率，提高變電站運(yùn)行控制可靠性，為電網(wǎng)安全運(yùn)行經(jīng)濟(jì)可靠性出力。綜合自動(dòng)化變電站將以全新的模式、完善的功能、靈活多樣的手段解決常規(guī)站中出現(xiàn)的各種問題，滿足電網(wǎng)安全運(yùn)行的需要，也是我國電網(wǎng)未來發(fā)展的趨勢(shì)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 柯志鳳.淺析變電站自動(dòng)化運(yùn)行管理[J].城市建設(shè)理論研究，2012，(5).

[2] 梁鑫.變電站自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能的實(shí)現(xiàn)研究[J].中國電子商務(wù)，2011，(8).