數(shù)字化變電站綜合測控裝置通訊中斷故障對電網(wǎng)的影響

張明輝

(深圳供電局有限公司，廣東深圳518000)

0 引言

數(shù)字化變電站對比常規(guī)綜自站的優(yōu)勢數(shù)字化變電站就是將信息采集、傳輸、處理、輸出過程完全數(shù)字化。全站采用統(tǒng)一的通訊規(guī)約IEC61850 構(gòu)建通訊網(wǎng)絡(luò)，保護(hù)、測控、計量、監(jiān)控、遠(yuǎn)動、AVC 等系統(tǒng)均用同一網(wǎng)絡(luò)接收電流、電壓和狀態(tài)信息，各個系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信息共享。

數(shù)字化變電站的主要優(yōu)點(diǎn)有幾個方面:一是各種功能共用統(tǒng)一的信息平臺，避免設(shè)備重復(fù)投入。二是測量精度高、無飽和、無CT 二次開路。三是二次接線簡單。四是光纖取代電纜，電磁兼容性能優(yōu)越。五是信息傳輸通道都可自檢，可靠性高。六是管理自動化。但是在實(shí)際運(yùn)行當(dāng)中，由于設(shè)備長時間運(yùn)行，例如測控裝置等設(shè)備出現(xiàn)死機(jī)而造成通訊中斷的情況時有發(fā)生，直接導(dǎo)致綜自后臺母線電壓數(shù)據(jù)壞死，與實(shí)際運(yùn)行電壓不符，出現(xiàn)實(shí)際運(yùn)行電壓過高或過低不能正常檢測，從而影響電壓質(zhì)量的情況。

1 異常情況說明

五村站有用戶投訴電壓過高，現(xiàn)場檢查后發(fā)現(xiàn)10 kV 母線電壓值正常，但是電壓數(shù)據(jù)保持不變是死數(shù)據(jù)，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)數(shù)字式綜合裝置測控屏上數(shù)字式綜合測控裝置“8#模塊通訊中斷”報警。經(jīng)查閱電壓曲線圖(以10 kV 1M 電壓為例):從5 月21 日 12 點(diǎn)以后至 5 月 22 日 12 時 15 分，10 kV 1M 電壓一直保持在10.49 kV(電壓曲線顯示為一條直線，沒有任何波動，顯然為死數(shù)據(jù)，10 kV 其他母線電壓均為死數(shù)據(jù))，5 月22 日12時15 分經(jīng)重啟數(shù)字式測控裝置后顯示10 kV 1M 電壓只有9.925 kV，經(jīng)過AVC 動作，10 kV 1M 電容器動作合閘后10 kV 1M 電壓恢復(fù)正常。

2 保護(hù)測控裝置模塊功能

1)本裝置的管理主模塊實(shí)際上是兩個由MCU 組成的系統(tǒng)，它們之間通過SPI 接口通信。一個是由摩托羅拉32 位處理器形成的主模塊(以下簡稱CPU)，它的總線不出本板。與其他子模塊一樣是從裝置背后插拔;另一個是由單片機(jī)形成的鍵盤現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)(以下簡稱HMI)，它作為一個外設(shè)裝于前面板內(nèi)側(cè)。裝置的所有其他子模塊都是總線不出芯片的系統(tǒng)，可靠性高、抗干擾性強(qiáng)。裝置硬件按功能分為:電源(POWER)模塊、管理主模塊(CPU、HMI)、智能交流采集模塊(AC4 -2、AC-U)、智能開入模塊(DI)、智能開出模塊(OUT)、智能控制模塊(CTR)、智能溫度直流模塊(TDC)、實(shí)現(xiàn)功能分散處理，模塊之間通過高速數(shù)據(jù)總線(CAN)交換信息，提高了裝置整體性能(圖1)。

圖1 PSR660 系列模塊關(guān)系示意圖

2)管理主模塊主要由CPU 系統(tǒng)和HMI 系統(tǒng)構(gòu)成。CPU 系統(tǒng)由 MCU、RAM、ROM、Flash Memory 等構(gòu)成，高性能的32 位處理器，大容量的存儲空間，使得該CPU 模塊具有極強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力及記錄能力(圖2)。

圖2 主模塊原理示意圖

3)管理主模塊輸入輸出數(shù)據(jù):該類模塊上下行數(shù)據(jù)主要有:遙測值、遙信狀態(tài)、SOE、事件信息(裝置上電、裝置出錯信息等)、軟壓板(軟壓板、定值及內(nèi)部定值參見定值章節(jié)說明)等。從以上幾點(diǎn)不難看出故障點(diǎn)就在于交流采集模塊(AC -U)出現(xiàn)故障。

3 測控裝置通訊中斷與AVC

出現(xiàn)通訊故障以后，由于不能正確監(jiān)視電壓數(shù)據(jù)，因此，當(dāng)出現(xiàn)電壓波動時AVC 的作用就不能體現(xiàn)出來。針對出現(xiàn)的異常情況對AVC 進(jìn)行分析，首先要了解有那些方式能夠閉鎖AVC。

1)遙信與工況狀態(tài)閉鎖遙信閉鎖，主要是在系統(tǒng)運(yùn)行方式發(fā)生變化時，根據(jù)遙信的變化進(jìn)行相應(yīng)閉鎖。在很多變電站自動化系統(tǒng)中的各個CPU，包括監(jiān)控和保護(hù)單元的運(yùn)行狀況能反應(yīng)到后臺，后臺AVC 系統(tǒng)應(yīng)能根據(jù)運(yùn)行工況投退變化能閉鎖相應(yīng)AVC 調(diào)節(jié)，例如，采集母線線電壓的測量單元發(fā)生故障不能通訊，顯然此時應(yīng)閉鎖以此電壓為參考值的相關(guān)AVC 調(diào)節(jié)。

2)遙測值閉鎖采樣的遙測值大于或小于某值，可閉鎖AVC 調(diào)節(jié)，如當(dāng)通過主變的負(fù)荷太大或太小時，均可以閉鎖對主變分接頭開關(guān)操作。

3)主變分接頭開關(guān)與電容器開關(guān)動作后，有一定的閉鎖時間，防止短時間內(nèi)頻繁操作設(shè)備。另外，在調(diào)節(jié)過程中，分節(jié)頭與電容器開關(guān)拒動次數(shù)超過設(shè)定次數(shù)，則閉鎖對該設(shè)備的操作且該拒動信號的閉鎖必須人為解除，不能自動解除。

4)保護(hù)信號閉鎖，在綜合自動化系統(tǒng)中，大部分保護(hù)信號是以通訊報文形式通知后臺，故需增加保護(hù)閉鎖條件。該閉鎖條件應(yīng)能分清報文中的預(yù)告信號與事故信號，只對事故信號進(jìn)行閉鎖，同時閉鎖后能夠人為解鎖。

采集母線線電壓的測量單元發(fā)生故障不能通訊即母線電壓將會保持不變?yōu)樗罃?shù)據(jù)，出現(xiàn)AVC 閉鎖情況，因此，當(dāng)出現(xiàn)用戶電壓過高或過低時AVC 不能自動調(diào)節(jié)而調(diào)度手動進(jìn)行投切電容器和調(diào)整主變分接頭就貌似不起作用，但實(shí)際運(yùn)行電壓已經(jīng)出現(xiàn)更高或更低的情況。一旦測控裝置通訊中斷恢復(fù)后，檢測到母線電壓偏低，AVC 閉鎖解除，從而投入相應(yīng)的電容器，補(bǔ)償電壓。

4 測控裝置模塊通訊中斷與調(diào)度監(jiān)控

從綜自后臺電壓曲線圖及告警查詢發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)測控裝置報警時間到處理恢復(fù)時間已經(jīng)有24 h，站內(nèi)SOE 時間記錄上可以查到“8#模塊通訊中斷信號”，但SCADA 系統(tǒng)并無收到此信號，根據(jù)“深圳供電局有限公司調(diào)度及廠站監(jiān)控系統(tǒng)信息采集和接入規(guī)范(試行)”5.3.6.2 規(guī)定:調(diào)度自動化系統(tǒng)對所采集的實(shí)時信息分類應(yīng)遵循以下原則:主次分明、清晰明確、便于分析、總量適當(dāng)。根據(jù)對電網(wǎng)直接影響的輕重緩急程度細(xì)分為四大類。

4.1 事故信息

事故信息是由于電網(wǎng)或設(shè)備故障等引起斷路器跳閘信號或發(fā)生對人身、系統(tǒng)、設(shè)備有嚴(yán)重威脅的缺陷信號等，需實(shí)時監(jiān)控、立即處理的重要信息。例如，斷路器事故分閘、10 kV 母線接地、直流系統(tǒng)接地、主變冷卻器全停、斷路器SF6 壓力低閉鎖分合閘等信號。斷路器事故分閘告警信號由調(diào)度自動化主站系統(tǒng)根據(jù)廠站斷路器變位信息判斷生成。

4.2 故障信息

故障信息是反映一、二次設(shè)備運(yùn)行異常情況、威脅電網(wǎng)安全與設(shè)備運(yùn)行和影響設(shè)備遙控操作的信號，需實(shí)時監(jiān)控、及時處理的重要信息。例如，主變溫度高、斷路器SF6 壓力低告警、保護(hù)裝置異常、測控裝置通訊中斷等信號。

4.3 越限信息

越限信息是反映電網(wǎng)重要遙測量超出報警上下限區(qū)間的信息。重要遙測量主要有斷面潮流、電壓、電流、負(fù)荷、主變油溫等，是需實(shí)時監(jiān)控、及時處理的重要信息。例如，主變或線路負(fù)荷越限、電壓越限等信號。

4.4 告知信息

告知信息是反映電網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行情況、狀態(tài)監(jiān)測的一般信息。這一類信息不需進(jìn)行處理，無需實(shí)時監(jiān)視。例如，隔離開關(guān)、接地刀閘位置狀態(tài)、主變運(yùn)行檔位及設(shè)備正常操作時的伴生信號，保護(hù)功能壓板投/退，保護(hù)動作出口信號、測控裝置就地/遠(yuǎn)方等。

從規(guī)定中可以看到測控裝置通訊中斷信號是需實(shí)時監(jiān)控、及時處理的重要信息，而SCADA 信號中并無此信號，因此必須將此信號接入調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)，便于及時發(fā)現(xiàn)并處理。

5 結(jié)語

當(dāng)前采用 IEC61850 構(gòu)建的數(shù)字化變電站，對符合IEC61850 通信接口要求的智能設(shè)備，其配套標(biāo)準(zhǔn)完善、長期穩(wěn)定性、可靠性、驗證、認(rèn)證以及運(yùn)行維護(hù)等方面，也尚存在諸多需要逐步解決的問題。相信在各個專業(yè)的協(xié)作下，數(shù)字化變電站將會取得蓬勃的發(fā)展。

［1］徐禮葆.開放式數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)的討論［J］.繼電器，2004，32(6):40 -43.

［2］于永源，楊綺雯.電力系統(tǒng)分析［M］.北京;中國電力出版社，2004.

［3］吳在軍，胡敏強(qiáng).基于IEC61850 標(biāo)準(zhǔn)的變電站自動化系統(tǒng)研究［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2003，27(10):61 -65.