±500kV常規(guī)換流站智能化建設(shè)

鄭映斌，黃晨，劉會鵬，羅理

(國網(wǎng)湖南省電力公司檢修公司，湖南 長沙410004)

1 改造常規(guī)換流站監(jiān)控系統(tǒng)

±500 kV 常規(guī)換流站監(jiān)控系統(tǒng)是高壓直流(下簡稱:HVDC)輸電系統(tǒng)中非常重要的組成部分，通過站監(jiān)控LAN 網(wǎng)、遠(yuǎn)動工作站、站監(jiān)控服務(wù)器、直流線路故障定位裝置、同步時(shí)鐘裝置等子系統(tǒng)和模塊的協(xié)同作用，實(shí)現(xiàn)HDVC 輸電系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)視、交流系統(tǒng)運(yùn)行控制、系統(tǒng)信號傳輸以及數(shù)據(jù)采集和處理〔1－2〕。

目前，±500 kV 常規(guī)換流站監(jiān)控系統(tǒng)只實(shí)現(xiàn)控制層和運(yùn)行人員控制層的網(wǎng)絡(luò)化，而現(xiàn)場層還未實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化的信息共享。除直流互感器輸出數(shù)字信號并通過光纖與直流保護(hù)設(shè)備實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)連接外，其它還是由傳統(tǒng)電流/電壓互感器通過二次電纜向監(jiān)測、控制及保護(hù)設(shè)備提供測量值，須進(jìn)行數(shù)字化升級改造〔3〕。其輔助監(jiān)控系統(tǒng)也不完善，大量常規(guī)定期工作仍須到現(xiàn)場進(jìn)行抄錄、維護(hù)和查看，不滿足無人值班或少人值守目標(biāo)。

為進(jìn)一步提升常規(guī)換流站監(jiān)控系統(tǒng)性能和換流站運(yùn)行指標(biāo)，以及對未來智能電網(wǎng)中換流站的建設(shè)提供可行性思路，建設(shè)±500 kV 換流站/變電站集中控制中心，其結(jié)構(gòu)如圖1 所示:

2 完善輔助監(jiān)控系統(tǒng)

2.1 遠(yuǎn)程圖像監(jiān)控系統(tǒng)

±500 kV 常規(guī)換流站圖像監(jiān)控系統(tǒng)主要功能是對室外一次設(shè)備進(jìn)行查看，其攝像機(jī)易受電磁干擾、惡劣天氣影響，鏡頭易黑屏、起霧。宜對換流站內(nèi)攝像頭進(jìn)行升級，提高抗電磁干擾、防水和防霧氣等能力，增加攝像頭數(shù)量，雙極閥廳安裝軌道攝像頭，增加定期自動紅外測溫監(jiān)控系統(tǒng)，達(dá)到可對設(shè)備狀態(tài)(開關(guān)、刀閘狀態(tài))和輔助設(shè)備進(jìn)行全面監(jiān)視、發(fā)現(xiàn)過熱點(diǎn)及時(shí)報(bào)警、提醒監(jiān)控人員。圖像監(jiān)控系統(tǒng)還能與開關(guān)、刀閘等設(shè)備的操作進(jìn)行聯(lián)動，實(shí)現(xiàn)一次設(shè)備操作后實(shí)際位置的遠(yuǎn)程檢查;其電子圍欄監(jiān)視系統(tǒng)應(yīng)與當(dāng)?shù)嘏沙鏊M(jìn)行告警聯(lián)動，實(shí)現(xiàn)±500 kV 常規(guī)換流站/變電站安保的快速響應(yīng);最后，圖像監(jiān)視系統(tǒng)應(yīng)與集中控制中心的控制系統(tǒng)很好地配合起來，實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控。

圖1 ±500 kV 換流站/變電站集中控制中心結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 智能機(jī)器人巡檢系統(tǒng)

相對傳統(tǒng)的人工巡視，智能機(jī)器人巡檢系統(tǒng)能夠?qū)σ淮卧O(shè)備本體以及連接頭等的溫度、SF6氣體壓力等進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和監(jiān)控，并采用同類分析、三相設(shè)備對比及歷史趨勢分析等手段，對以上數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析和診斷，實(shí)現(xiàn)對設(shè)備故障的判別和自動報(bào)警，并以全自主、本地或遠(yuǎn)方遙控模式代替或輔助人工進(jìn)行巡檢。

通過合理規(guī)劃機(jī)器人巡視路線，定時(shí)對室外一次設(shè)備進(jìn)行巡視，智能機(jī)器人巡檢系統(tǒng)能及時(shí)發(fā)現(xiàn)漏油、外觀損壞、瓷瓶破裂等設(shè)備異常狀況，彌補(bǔ)高空攝像頭無法巡視設(shè)備低處的死角和少人值班后巡檢次數(shù)減少未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常的情況。

2.3 保護(hù)及故障信息管理系統(tǒng)

500kV 交流保護(hù)裝置的遙測、遙信、動作信號、裝置告警信號、通訊狀態(tài)、定值，錄波裝置的錄波文件及附加信息通過1 臺故障與信息管理子站工控機(jī)以網(wǎng)絡(luò)通訊方式上傳至調(diào)度，發(fā)生通訊中斷或子站故障，將影響數(shù)據(jù)上傳和查看。宜對故障與信息管理子站進(jìn)行升級，子站及通訊網(wǎng)絡(luò)采用雙系統(tǒng)冗余配置，連接至集控中心，提高可靠性;同時(shí)在集控中心配置2 臺高性能微機(jī)作為保護(hù)與故障錄波信息工作站，接收與處理各個保護(hù)與故障錄波管理信息子站所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，便于遠(yuǎn)程故障錄波分析、保護(hù)定值的遠(yuǎn)方召喚、遠(yuǎn)方復(fù)歸信號、軟件壓板的遠(yuǎn)方投退和遠(yuǎn)方切換保護(hù)定值區(qū)等功能。

2.4 在線監(jiān)測系統(tǒng)

±500 kV 常規(guī)換流站在線監(jiān)視系統(tǒng)主要是對換流站內(nèi)各種電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視，顯示各電氣設(shè)備的模擬量和開關(guān)狀態(tài)等數(shù)據(jù)，并將采集的數(shù)據(jù)信息以友好的界面提供給運(yùn)行人員?，F(xiàn)在線監(jiān)測設(shè)備所監(jiān)測量均在不同顯示終端，例如，部分避雷器在線監(jiān)測、換流變壓器在線監(jiān)測、各個設(shè)備室溫濕度實(shí)時(shí)監(jiān)測、蓄電池在線監(jiān)測、工業(yè)水池水位監(jiān)測等。須完善所有避雷器的在線監(jiān)測功能，添加500 kV 開關(guān)動作次數(shù)和SF6壓力在線監(jiān)測功能，同時(shí)宜將分散式在線監(jiān)測數(shù)據(jù)傳遞到集控中心，以達(dá)到就地現(xiàn)場查看效果，實(shí)現(xiàn)隨時(shí)對各電氣設(shè)備和輔助系統(tǒng)的電流、電壓、頻率、溫度和開關(guān)狀態(tài)、開關(guān)動作次數(shù)及SF6壓力、避雷器動作次數(shù)、水位、溫濕度、保護(hù)動作信息和故障錄波數(shù)據(jù)進(jìn)行查看、分析和監(jiān)視。

2.5 智能監(jiān)盤管理系統(tǒng)

當(dāng)前運(yùn)行人員工作站發(fā)出異常告警和跳閘事件記錄，運(yùn)行人員結(jié)合現(xiàn)場檢查情況、故障錄波圖情況并參考?xì)v史異常情況綜合判斷處理，編寫短信匯報(bào)主管生產(chǎn)部門;建立完善智能監(jiān)盤管理系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)事先將典型告警事件記錄和故障處理步驟按照告警等級錄入數(shù)據(jù)庫，采用高清攝像頭對事件記錄和系統(tǒng)運(yùn)行方式進(jìn)行實(shí)時(shí)掃描，將掃描的告警事件記錄直接讀取相應(yīng)的異常處理情況，并設(shè)置聲音告警提示和短信聯(lián)動發(fā)送功能，省去運(yùn)行人員參考?xì)v史異常情況或事故處理預(yù)案的時(shí)間以及編寫發(fā)送短信的時(shí)間，提高工作效率和事故處理的正確性。

2.6 電能計(jì)量管理系統(tǒng)

±500 kV 常規(guī)換流站電能計(jì)量系統(tǒng)采用1 臺數(shù)據(jù)采集器采集電能數(shù)據(jù)，無法自動抄錄和進(jìn)行電量計(jì)算。宜對電能計(jì)量系統(tǒng)進(jìn)行升級，增加后臺電能量計(jì)費(fèi)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)集控中心遠(yuǎn)程在線數(shù)據(jù)抄錄、數(shù)據(jù)上報(bào)、電量計(jì)算和異常監(jiān)視功能，滿足±500 kV 常規(guī)換流站無人值班或少人值守的電量管理要求。

3 建立集中控制中心

±500 kV 常規(guī)換流站的采集裝置、控制裝置、保護(hù)裝置、通信裝置要求高度可靠，能夠準(zhǔn)確實(shí)時(shí)發(fā)送、接收和轉(zhuǎn)換各種遠(yuǎn)動信號〔5〕。集中控制中心監(jiān)控系統(tǒng)的安全防誤操作必須從值班員的培訓(xùn)管理、報(bào)警多樣性、操作權(quán)限分級和軟件聯(lián)鎖防誤等全方位來防止誤操作發(fā)生。集中控制中心監(jiān)控系統(tǒng)是一個實(shí)時(shí)性較高的系統(tǒng)，應(yīng)有極高的處理容量和處理速度，保證系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間的各項(xiàng)指標(biāo)滿足要求〔4〕。

遵循開放性原則，即采用通用的、主流的軟硬件及通訊協(xié)議等，以便系統(tǒng)升級和系統(tǒng)重建〔5〕。通過添加功能模塊文件來擴(kuò)充功能，提供函數(shù)接口以方便其他程序共享數(shù)據(jù)。集中控制中心與換流站/變電站之間的通信通道要求高度可靠、抗干擾能力強(qiáng)、可擴(kuò)展性強(qiáng)，以滿足電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展。

集控中心應(yīng)具備安全操作功能、信息處理功能、在線計(jì)算及制表功能、系統(tǒng)自診斷與自恢復(fù)功能、友好人機(jī)界面、主設(shè)備的運(yùn)行監(jiān)視功能，實(shí)現(xiàn)所轄換流站/變電站視頻和安防的監(jiān)視，運(yùn)行情況監(jiān)視、入侵探測、防盜報(bào)警、出入口控制、安全檢查等。

4 優(yōu)化暫態(tài)電磁抗干擾系統(tǒng)

隨著電網(wǎng)自動化水平的提高，±500 kV 常規(guī)換流站一次設(shè)備、二次設(shè)備、輔助設(shè)備、在線監(jiān)測裝置和圖像視頻監(jiān)控系統(tǒng)等向著高集中化的方向發(fā)展，其工作環(huán)境是在電磁干擾極其嚴(yán)重的強(qiáng)電場所中，如無抗干擾措施，采集數(shù)據(jù)傳輸在強(qiáng)電磁場干擾下將會產(chǎn)生負(fù)面影響。例如:換流站內(nèi)高壓設(shè)備操作、雷電引起的浪涌電壓、電氣設(shè)備周圍的靜電場、電磁波輻射和輸電線路或設(shè)備短路故障所引起的瞬變過程等都會產(chǎn)生電磁干擾。

當(dāng)前，±500 kV 常規(guī)換流站電磁干擾問題的核心是電磁兼容問題，包括干擾(設(shè)備和系統(tǒng)抵抗電磁干擾的能力)和電磁發(fā)射控制(設(shè)備和系統(tǒng)發(fā)射的電磁能量的控制)兩方面。

解決電磁干擾的方法有:1)抑制干擾源產(chǎn)生的電磁干擾(加裝交直流濾波器、盤柜加裝屏蔽和接地);2)切斷干擾的傳播途徑;3)提高敏感設(shè)備抗電磁干擾能力(采用數(shù)字接口的電子式互感器/傳感器，光纖傳輸)。

5 結(jié)論

文中在分析±500 kV 常規(guī)換流站監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，從進(jìn)一步提高換流站監(jiān)控系統(tǒng)穩(wěn)定性的角度考慮，發(fā)現(xiàn)站監(jiān)控系統(tǒng)、在線監(jiān)測系統(tǒng)和輔助監(jiān)控系統(tǒng)的潛在不足，針對性地提出完善和優(yōu)化所有監(jiān)控系統(tǒng)的方案和措施，為推進(jìn)±500 kV 常規(guī)換流站向智能化、數(shù)字化發(fā)展提供實(shí)際應(yīng)用參考價(jià)值。

〔1〕趙畹君． 高壓直流輸電工程技術(shù)〔M〕． 北京:中國電力出版社，2010:93-114．

〔2〕惠州直流分部． ±500 kV 鵝城換流站現(xiàn)場運(yùn)行規(guī)程〔S〕．2012:50-120．

〔3〕梁旭明，常乃超． 數(shù)字化智能換流站〔J〕． 電力系統(tǒng)自動化，2009，33(24):98-102．

〔4〕劉云，張晉華，王明新，等． 換流站集中控制中心研究〔J〕．電網(wǎng)技術(shù)，2006． 30(S2):185-189．

〔5〕竇曉波，胡敏強(qiáng)，吳在軍，等． 數(shù)字化變電站通信網(wǎng)絡(luò)的組建與冗余方案〔J〕． 電力自動化設(shè)備，2008，28(1):38-42．