特高壓練塘站自動化系統(tǒng)并網(wǎng)運行的分析與研究

張 蓉，李 敏

（1.上海交通大學，上海 200030；2.國網(wǎng)上海市電力公司檢修公司，上海 200063）

特高壓皖電東送工程的滬西站是落地在上海的第一個1 000kV交流特高壓變電站，與晉東南—南陽—荊門特高壓交流工程的3座變電站不同的是，滬西站是在原有500kV練塘站的基礎(chǔ)上升壓擴建而成，故在投運后命名為1 000kV特高壓練塘站。為區(qū)分方便，本文將原有500kV練塘站簡稱為練塘站，新建1 000kV特高壓練塘站簡稱為滬西站。滬西站按照一體化監(jiān)控智能站設(shè)計，與練塘站統(tǒng)籌考慮，一體化布置。滬西站投運后，兩站運行監(jiān)控將由練塘站切換到滬西站。兩站電壓等級高、規(guī)模大，這對監(jiān)控系統(tǒng)的安全性和可靠性提出了更高的要求。

特高壓滬西站自動化系統(tǒng)并網(wǎng)運行的實施，不僅需要考慮練塘站已運行部分的數(shù)據(jù)正確的遷移到新系統(tǒng)，從技術(shù)上保障新系統(tǒng)圖庫與現(xiàn)場已運行一次設(shè)備的一致性；還需要考慮現(xiàn)場調(diào)試工作對已運行部分的影響，保障練塘站已運行部分的安全穩(wěn)定運行。

1 練塘站自動化網(wǎng)絡(luò)通信結(jié)構(gòu)

練塘站自動化系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)（見圖1），包括站控層和間隔層。其中間隔層完成數(shù)據(jù)的采集、測量控制和保護功能，并將采集和處理后的數(shù)據(jù)信號，經(jīng)報文編制規(guī)范（MMS）網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)秸究貙印Ｕ究貙油瓿扇緮?shù)據(jù)處理、運行監(jiān)視、控制及信息遠傳功能。站控層包括監(jiān)控系統(tǒng)、遠動系統(tǒng)、故障信息子系統(tǒng)、五防；間隔層包括保護裝置、測控裝置。間隔層和站控層之間通信全面采用數(shù)字化變電站通信標準IEC 61850。

為提高系統(tǒng)可靠性，兩層之間通信采用雙星形光纖以太網(wǎng)（圖1中MMS A網(wǎng)和B網(wǎng)）。滬西站仍將采用該自動化網(wǎng)絡(luò)通信結(jié)構(gòu)，全面采用IEC 61850標準。

2 自動化并網(wǎng)前的準備——模擬對點

由于練塘站在電網(wǎng)中起著至關(guān)重要的作用，所以此次并網(wǎng)調(diào)試、試驗均需要在練塘站不停電的情況下進行。既不能影響練塘站的運行，又要保證練塘站接入系統(tǒng)的正確性，這對并網(wǎng)提出了很高的要求。因此提出了“模擬對點”的方案來實現(xiàn)練塘站平滑地切入滬西站新監(jiān)控系統(tǒng)，即在滬西變現(xiàn)場進行練塘站設(shè)備的模擬驗證。模擬對點的實現(xiàn)方案如圖2所示。

圖2 模擬對點實現(xiàn)方案圖

在站控層中，滬西站CSGC3000監(jiān)控主機將替代練塘站的監(jiān)控主機CSC2000（V2）。投運后，所有監(jiān)盤、操作、報表等均在滬西站監(jiān)控主機上完成，因此需導入滬西站和練塘站所有的數(shù)據(jù)；滬西五防主機替代練塘站五防機，包括了滬西站和練塘站所有的閉鎖邏輯；滬西站遠動主機包括滬西站和練塘站的數(shù)據(jù)，并與調(diào)度建立連接。

在間隔層中，除了新增的1 000kV保護測控單元、主變及110kV保護測控單元外，特別部署了多臺計算機作為練塘站裝置模擬機，在每個計算機中加載練塘站所有設(shè)備的系統(tǒng)配置文件（SCD模型文件）。

練塘站的間隔層和站控層全面采用IEC 61850標準通信，其繼電保護、測控單元、遠動設(shè)備、后臺監(jiān)控系統(tǒng)、保護子站、故障錄波等專業(yè)集成了多家公司的二十余種型號的產(chǎn)品，這些裝置均按IEC 61850標準模型建模。通過設(shè)計系統(tǒng)配置器，以設(shè)備能力描述文件（ICD）和系統(tǒng)描述文件（SSD）為輸入，經(jīng)過系統(tǒng)集成商的干預，輸出供監(jiān)控系統(tǒng)和遠動使用的系統(tǒng)配置文件（SCD）和間隔層裝置配置描述文件（CID）［2］。

配置過程文件的流程如圖3所示。

模擬機中的軟件就是通過分析原始SCD文件，提取出各裝置的CID模型文件后，將該模型文件模擬成實際在運行的裝置，如同實際裝置運行一樣，同時生成IEC 61850運行所需的datamap，logcfg，osicfg等文件，滬西站監(jiān)控系統(tǒng)就可以把它當做一個實際在運行的保護或測控裝置［3］。

圖1 練塘站自動化網(wǎng)絡(luò)通信結(jié)構(gòu)示意圖［1］

圖3 系統(tǒng)配置流程圖

在模擬機中解析出各數(shù)據(jù)集，可以對其中的遙信進行置數(shù)對點，設(shè)置遙測變化來核對，設(shè)置定值以供滬西監(jiān)控調(diào)取，修改等。其中最重要的是遙控對點功能，當滬西監(jiān)控對模擬機的一個間隔開關(guān)或閘刀進行遙控時，模擬機會根據(jù)收到的遙控命令來模擬開關(guān)或閘刀的實際變位，以此來確認控點的正確性。也可以通過設(shè)置，在滬西監(jiān)控進行遙控的時候，模擬機界面彈出對話框，告知滬西監(jiān)控遙控的是具體哪個設(shè)備，對話框會提示原SCD中建模時的控點名稱，以此來保證準確性。模擬機同時具有雪崩實驗等功能，能夠模擬實際運行時有很多遙信遙測上送而導致的網(wǎng)絡(luò)流量變化很大的問題，這對于站內(nèi)有眾多設(shè)備需要模擬的情況來說很有必要。

本次并網(wǎng)前采用6臺計算機模擬練塘站的裝置與滬西站的新監(jiān)控系統(tǒng)進行模擬對點試驗。在每臺模擬機上模擬練塘各裝置的遙信、遙測點，從滬西站CSGC3000／SA監(jiān)控主機和練塘站CSC2000（V2）監(jiān)控主機上核對信號是否一致，并與調(diào)度端核對數(shù)據(jù)。從CSGC3000監(jiān)控主機上進行單點遙控操作，然后從V2監(jiān)控主機上進行同樣的操作，核對操作結(jié)果是否一致。通此次模擬對點工作（包括遙控、遙信、遙測的所有采樣點），可以保證練塘站數(shù)據(jù)與滬西站新監(jiān)控系統(tǒng)中練塘站的數(shù)據(jù)的正確性，具備并網(wǎng)運行條件。使用模擬機來進行信號核對其準確性、實用性以及便利性在本次工程中得到充分的驗證，未出現(xiàn)遙信遙測錯誤甚至遙控錯誤的問題。

3 自動化系統(tǒng)并網(wǎng)

滬西站投入運行后，練塘站的運行監(jiān)控將全部切換到滬西站實行（見圖4）。從圖4可以看，所有的二次設(shè)備，包括各電壓等級的保護設(shè)備、測控設(shè)備、故障錄波器、保護子站等，均以IEC 61850通信規(guī)約通過MMS網(wǎng)口直接接至MMS網(wǎng)上。因此，需要將練塘站原有二次設(shè)備，通過練塘站計算機室站控層交換機，級聯(lián)到滬西站計算機室站控層交換機，完成全站網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通。

3.1 五防工程制作及校核

將練塘站優(yōu)特五防主機遷移到滬西，優(yōu)特五防按照間隔擴建的方式進行。優(yōu)特五防提供的IEC 61850模型，與練塘站模型具備一致性。監(jiān)控按照模型重載的方式，加載優(yōu)特五防新模型，不影響原有設(shè)備閉鎖點，從而不影響原有五防配置。監(jiān)控配置新增設(shè)備的遙控邏輯，串聯(lián)優(yōu)特五防上送的設(shè)備閉鎖點，并進行五防閉鎖驗證。

圖4 滬西站與練塘站網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)示意圖

3.2 監(jiān)控遷移及校核

首先將練塘站操作員站B遷移到滬西站，開通練塘到滬西的級聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，練塘站與滬西站形成一個統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)。開啟遷移到滬西的原練塘操作員站B。參照部署在滬西站的練塘操站操作員站B主機，對滬西站監(jiān)控進行功能驗證，驗證過程中，練塘CSC2000（V2）監(jiān)控作為備用系統(tǒng)。驗證階段結(jié)束后，關(guān)閉練塘站原有運行的CSC2000V2監(jiān)控系統(tǒng)。

3.3 遠動遷移及校核

斷開練塘站原有遠動AB主機接入、轉(zhuǎn)出網(wǎng)絡(luò)。1 000kV練塘站自動化系統(tǒng)并網(wǎng)后網(wǎng)絡(luò)通信結(jié)構(gòu)示意圖如圖5所示。滬西站I區(qū)通信網(wǎng)關(guān)AB機接入、轉(zhuǎn)出插件接通網(wǎng)絡(luò)，采用練塘站遠動主機IP與主站通信。與主站核對練塘站運行數(shù)據(jù)的一致性。進行滬西新增部分的傳動實驗。驗證無誤后，關(guān)閉練塘站原有遠動主機A、B。

4 自動化并網(wǎng)后的遙控驗證

滬西站與練塘站MMS網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)后，不僅需要對原練塘站的每個間隔進行遙控試驗，以進一步確保數(shù)據(jù)的正確性，還需在并網(wǎng)情況下對滬西站新擴設(shè)備進行遙控，以驗證最終實際運行的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境是否會帶來其他影響。

為了防止在遙控滬西站新擴設(shè)備時，由于點號錯誤導致誤遙控練塘站運行設(shè)備，通過對傳統(tǒng)遙控驗證方法的比較討論，認為3種傳統(tǒng)方法：聲音、電壓、返校法進行遙控驗證都有一個嚴重的隱患，它們均無法保證一一對應的關(guān)系驗證。例如，控制室發(fā)A開關(guān)跳閘，無法保證A開關(guān)的控制信號是傳輸?shù)紸開關(guān)的控制回路中。由于所有的安全措施全部在A開關(guān)側(cè)布置，其他開關(guān)側(cè)并沒有任何安全措施。所以，如果A開關(guān)的控制信號發(fā)送到B開關(guān)的控制回路中，將使B開關(guān)動作，從而造成重大的運行責任事故。本次并網(wǎng)后的驗證過程中，提出了改進型的遙控驗證方法，節(jié)省了大量核對工作量，提高了工作效率，加快了工程進度如圖6所示。

圖6中虛線上部是為了驗證遙控回路是否存在一對多的現(xiàn)象。如將需要檢驗的一次設(shè)備切換到近控后，遠方預置信號都應該返回失敗信息，如果返回預置成功，則說明遙控預置信號沒有到指定的間隔的預置繼電器，從而說明網(wǎng)絡(luò)配置有錯誤，存在一對多的現(xiàn)象。

圖6中虛線下部是將返校法和測電壓法結(jié)合在一起，不僅確保了遙控回路與一次設(shè)備一一對應的關(guān)系，同時迅速確認了故障點位置。通過圖6虛線上部的流程確定了遙控回路是一對一的，但是不能保證返?；芈纺苷_動作。所以，這里采用測電壓法和返校法相結(jié)合，如果在遠控時，預置無法成功，但是能測得電壓的話就說明返?；芈烦霈F(xiàn)故障。如果預置成功則說明遙控回路無異常。

相比傳統(tǒng)的不停電試驗方法，改進型的不停電遙控試驗方法有以下幾個優(yōu)點。

圖51 000kV練塘站自動化系統(tǒng)并網(wǎng)后網(wǎng)絡(luò)通信結(jié)構(gòu)示意圖

圖6 改進型遙控驗證方法

（1）確保了遙控回路與一次設(shè)備的一一對應關(guān)系，彌補了傳統(tǒng)遙控試驗中的最大問題。通過遠近控的切換，確認了一一對應的關(guān)系后再進行下一步的操作，避免了其他回路誤動作的可能性。

（2）快速定位故障點，節(jié)約了人力資源，有效提高工作進度。通過改進型的不停電遙控試驗方法可以初步定位故障點，可以有針對性地對相關(guān)地址配置表進行排查，避免了盲目核對所有地址配置表，節(jié)約了勞動力，提高了工程進度。

（3）通過先試驗后檢查的方式，彌補了傳統(tǒng)不停電遙控試驗中可能出現(xiàn)的人為錯誤，保障了電網(wǎng)的安全可靠。

改進型的不停電遙控試驗方法的具體防誤措施如下。

（1）測控裝置。斷路器控制回路圖如圖7所示。從圖7可以看出，遙控操作時，自動化后臺發(fā)出的遠方控制命令首先到達測控屏進行返校與預置，成功后后臺遠方執(zhí)行命令經(jīng)過測控出口繼電器到操作繼電器屏使SHJ勵磁后手合接點閉合，命令到達就地控制柜斷路器合閘回路，從而實現(xiàn)遠方合閘。只要在測控屏上將“遠方／就地”控制手柄切到“就地”位置，切斷控制回路，即使滬西站后臺控點錯誤，遙控至練塘站測控上，后臺即會顯示“遙控預置失敗”，不會誤出口而導致誤分合運行設(shè)備。因此，在進行滬西站設(shè)備遙控期間，將練塘站500、220、35kV設(shè)備的23面測控屏中所有測控裝置的遠近控切換把手切至“就地”位置，并將鑰匙取下保管，這是從源頭的安全保障措施。

圖7 斷路器控制回路圖

（2）自動化后臺。滬西站自動化后臺上對練塘站所有間隔進行掛牌，掛牌之后，相應間隔將屏蔽遙控功能，無法進行遙控操作。在實際遙控驗證過程中，通過此兩方案“雙管齊下”，合理有效地確保了并網(wǎng)時不會誤控練塘站設(shè)備。

5 結(jié)論

本文通過詳細研究滬西站與練塘站自動化系統(tǒng)并網(wǎng)的實施方案與分析過程中的安全可靠性，提出了兩站“合監(jiān)合控”過程中自動化并網(wǎng)的可行性方案，并在特高壓練塘站投運前得到驗證，取得了良好的效果，對今后大運行模式下多站自動化并網(wǎng)運行提供的實施方向與參考思路。

［1］ 張蓉.IEC 61850在變電站的應用分析［J］.電工技術(shù)，2013（02）：11-13.ZHANG Rong.The application of IEC 61850in substation analysis［J］.Electric Engineering，2013（02）：11-13.

［2］ 國際電工委員會.IEC 61850標準第一版［S］.2005.

［3］ 李勇亮.IEC 61850V2.0版本簡介及其在智能電網(wǎng)中的應用［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2010（4）：11-16.LI Yong-liang，LI Gang.An introduction to 2nd edition of IEC 61850and prospects of its application in smart grid［J］.Power System Technology，2010（4）.