淺談特高壓變電站監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)化布局及運維策略

國網(wǎng)山東省電力公司檢修公司 于倩 王繼偉

淺談特高壓變電站監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)化布局及運維策略

國網(wǎng)山東省電力公司檢修公司 于倩 王繼偉

近年來，1000 kV特高壓交流電網(wǎng)進入快速發(fā)展期，大批特高壓變電站陸續(xù)投產(chǎn)。文中以目前主流的特高壓變電站監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計方案為例，對特高壓變電站監(jiān)控系統(tǒng)的整體架構(gòu)進行了研究，重點分析了特高壓變電站監(jiān)控系統(tǒng)運行維護策略，為日后新建特高壓變電站監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計及運行維護提供重要參考依據(jù)。

特高壓 監(jiān)控系統(tǒng) 運行維護

隨著我國電力工業(yè)的發(fā)展，特高壓輸電技術(shù)應(yīng)用日益廣泛。在“十三五”規(guī)劃中，特高壓工程規(guī)劃分三批建設(shè)，將主要的負荷中心和能源輸出地連接起來，優(yōu)化全國的能源配置格局。伴隨著特高壓交流工程的廣泛建設(shè)，對應(yīng)用于特高壓變電站監(jiān)控系統(tǒng)的探索研究將更加重要和迫切。

本文結(jié)合近年來新投特高壓變電站監(jiān)控系統(tǒng)，對用于特高壓監(jiān)控系統(tǒng)的整體架構(gòu)進行了研究，仔細分析了特高壓變電站監(jiān)控系統(tǒng)的主要設(shè)備類型及功能，并對特高壓變電站監(jiān)控系統(tǒng)的特點進行了介紹和總結(jié)，對監(jiān)控系統(tǒng)維護工作進行了相應(yīng)的探討。

1 系統(tǒng)構(gòu)成概述

與500 kV變電站相比，1000 kV特高壓變電站具有電壓等級高、監(jiān)測控制點多、數(shù)據(jù)信息流量大、站內(nèi)電磁環(huán)境復(fù)雜等基本特征。因此，建設(shè)一個安全先進的變電站監(jiān)控系統(tǒng)，對于保障變電站主設(shè)備及系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行具有重大意義。

目前，特高壓變電站監(jiān)控系統(tǒng)采用分散式計算機監(jiān)控系統(tǒng)，為分層分布式、開放式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，站控層各計算機均直接接入站級主干網(wǎng), 采用跨平臺操作系統(tǒng), 以獲得高速通訊、資源共享和界面友好的效果，采用IEC61850規(guī)約，打造統(tǒng)一的平臺模型，滿足變電站內(nèi)各裝置的通信需求。站控層和間隔層均按雙以太網(wǎng)配置，以光纖互聯(lián)，站控層采用千兆網(wǎng)，間隔層采用百兆網(wǎng)，提供更寬的帶寬、更好的網(wǎng)絡(luò)可靠性以及更快的應(yīng)用響應(yīng)時間，從而保證變電站正常運行和事故時的可靠告警。

站控層負責整個系統(tǒng)的集中監(jiān)控，設(shè)備布置在主控室或計算機室，包括操作員工作站、監(jiān)控主機、數(shù)據(jù)服務(wù)器、綜合應(yīng)用服務(wù)器、圖形網(wǎng)關(guān)機和Ⅰ、Ⅱ區(qū)及Ⅲ/Ⅳ區(qū)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機、工程師工作站、會議終端、公用接口設(shè)備以及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等。間隔層負責各間隔就地監(jiān)控，間隔層設(shè)備布置在各相應(yīng)保護小室，主要由保護裝置、測控單元和網(wǎng)絡(luò)交換機等設(shè)備組成。

按照“安全分區(qū)、網(wǎng)絡(luò)專用、橫向隔離、縱向認證”的思路，將電力網(wǎng)絡(luò)劃分為一區(qū)、二區(qū)、三區(qū)和四區(qū)，其中一區(qū)為生產(chǎn)實時控制大區(qū)、二區(qū)為生產(chǎn)非實時控制大區(qū)、三區(qū)為生產(chǎn)管理區(qū)、四區(qū)為管理信息區(qū)。站內(nèi)兩臺監(jiān)控系統(tǒng)專用防火墻分別安裝于站控層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備屏A/B內(nèi)，正反向隔離裝置安裝在Ⅲ/Ⅳ區(qū)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機屏內(nèi)。

為保證監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性，關(guān)鍵設(shè)備均采用雙重化冗余配置。一是雙機配置，監(jiān)控主機、操作員工作站主機、圖形網(wǎng)關(guān)機和Ⅰ區(qū)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機等設(shè)備均雙重化，提高了整個系統(tǒng)的可靠性；二是雙網(wǎng)配置，站控層、間隔層均配置A、B網(wǎng)，確保網(wǎng)絡(luò)信通狀態(tài)良好；三是雙遠動配置，配備雙機雙通道切換裝置，實現(xiàn)與各級調(diào)度中心的電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)通信，保證調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)通道暢通；四是雙GPS 時鐘系統(tǒng)配置，自動切換, 保證監(jiān)控系統(tǒng)的同步對時精度和對時接口要求；五是雙UPS電源配置，站控層監(jiān)控系統(tǒng)各屏柜均已引雙路UPS，確保監(jiān)控系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。

2 特高壓變電站監(jiān)控系統(tǒng)特點

2.1 應(yīng)用一體化五防系統(tǒng)

特高壓變電站采用一體化五防，一方面節(jié)約成本，減少了硬件上的開支，不需要監(jiān)控主機與防誤主機間額外的通信連接，節(jié)約電纜和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備；另一方面提高可靠性，一體化五防系統(tǒng)可直接訪問實時數(shù)據(jù)庫，從數(shù)據(jù)庫中讀取所需設(shè)備的實際狀態(tài)，用于五防閉鎖邏輯運算，一旦發(fā)現(xiàn)錯誤可立即閉鎖相關(guān)操作，能夠快速、可靠回傳操作的執(zhí)行情況，不受外部電磁干擾。而且一體化五防的配置維護相對簡單，無需為防誤主機單獨配置圖形界面，對運檢人員來說，通過集中管理，有利于操作執(zhí)行狀態(tài)的監(jiān)控，提高工作效率，也減少了圖形維護的工作量。

2.2 呈現(xiàn)多種在線監(jiān)測數(shù)據(jù)

特高壓設(shè)備電壓等級高、現(xiàn)場運行環(huán)境復(fù)雜，其絕緣部分缺陷及劣化將會對電網(wǎng)的安全運行產(chǎn)生不可估量的影響。為此，特高壓變電站主設(shè)備加裝了相對完備的在線監(jiān)測系統(tǒng)，有助于提前發(fā)現(xiàn)危害設(shè)備運行的潛伏性故障，并為今后實現(xiàn)狀態(tài)檢修提供了必要的技術(shù)支持。

特高壓變電站在線監(jiān)測系統(tǒng)主要有以下幾種：1000 kV GIS局放在線監(jiān)測系統(tǒng)；1000 kV、500 kV GIS SF6密度在線監(jiān)測系統(tǒng)、1000 kV主變油色譜及鐵芯/夾件在線監(jiān)測系統(tǒng)；1000 kV高抗油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)。各種在線監(jiān)測系統(tǒng)自行組網(wǎng)后采用IEC61850規(guī)約上傳至監(jiān)控系統(tǒng)綜合應(yīng)用服務(wù)器，不單獨配置在線監(jiān)測系統(tǒng)后臺，并通過Ⅱ區(qū)網(wǎng)關(guān)機采用104規(guī)約送地方省調(diào)，同時通過Ⅲ/Ⅳ區(qū)網(wǎng)關(guān)機采用I2規(guī)約傳本地電科院。后臺對數(shù)據(jù)的遙測越限告警進行判斷，并能生成歷史曲線圖和報表進行對比、分析，有利于運檢人員監(jiān)視設(shè)備運行狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷，避免發(fā)生設(shè)備事故，減少非計劃停電次數(shù)，對保證變電站安全、可靠運行起著重要的作用。

2.3 監(jiān)控信息和保護信息共網(wǎng)傳輸，故障錄波單獨組網(wǎng)

特高壓變電站監(jiān)控信息和保護信息實行共網(wǎng)傳輸，各保護裝置通過雙網(wǎng)口直接接入監(jiān)控系統(tǒng)在各保護小室配置的MMS A/B網(wǎng)交換機，各繼電器小室不再單獨設(shè)置子站采集屏，從而更好地保證了保護信息上送的實時性和可靠性。保護及故障錄波子站接在站控層MMS雙網(wǎng)上，各保護裝置的保護信息通過監(jiān)控及保護的MMS雙網(wǎng)接入保信子站通訊及數(shù)據(jù)服務(wù)器，并上傳調(diào)度。此外，在監(jiān)控后臺還可對保護裝置進行復(fù)歸、告警查詢、召喚定值、查看模擬量、狀態(tài)量、故障錄波、投退軟壓板等操作，有利于運檢人員對保護裝置的日常維護、監(jiān)視，及事故時對保護動作情況的查看。

特高壓變電站故障錄波單獨組網(wǎng)，各保護小室故障錄波屏通過3個光口，一路采用IEC61850通信規(guī)約通過光纜接入計算機室保護信息管理子站，并上傳調(diào)度；另兩路采用IEC61850通信規(guī)約通過光纜直接接入國家電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)和網(wǎng)調(diào)分中心。故障錄波單獨組網(wǎng)可避免在電力系統(tǒng)發(fā)生故障、保護跳閘的情況下, 網(wǎng)上數(shù)據(jù)流量突增可能導(dǎo)致的數(shù)據(jù)丟失, 保證信息實時性和完整性。

2.4 增設(shè)智能排水系統(tǒng)及變電站室內(nèi)外照明控制系統(tǒng)

為防止汛情發(fā)生，部分特高壓變電站會增設(shè)智能排水系統(tǒng)，可在監(jiān)控后臺實時監(jiān)測水池水位，越限報警，當超過定值時，自動開啟水泵排水，水位下降后自動停止。運檢人員還可通過監(jiān)控后臺遠程起停水泵，杜絕水患威脅。

為使照明控制更加靈活和人性化，配置屋內(nèi)外照明控制系統(tǒng)，可在監(jiān)控后臺對各保護室及設(shè)備區(qū)照明進行控制，滿足運維工作的多種要求。

2.5 建立一體化電源監(jiān)控平臺

配置1套一體化電源監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)將站內(nèi)交流電源系統(tǒng)、直流電源系統(tǒng)、逆變電源系統(tǒng)、通信電源系統(tǒng)統(tǒng)一設(shè)計，通過數(shù)字一體化監(jiān)控平臺將站用電源各子系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)化，實現(xiàn)站用電源信息共享、控制一體化。各功能監(jiān)測模塊運行工況和信息數(shù)據(jù)通過一體化電源監(jiān)控單元展示并通過IEC61850規(guī)約接入計算機監(jiān)控系統(tǒng)綜合應(yīng)用服務(wù)器，實時監(jiān)測各裝置進線回路和母線的電壓、電流、斷路器運行狀態(tài)以及直流母線和各饋電支路的絕緣狀況，實現(xiàn)監(jiān)控后臺對整個電站電源的交流、直流系統(tǒng)、逆變電源系統(tǒng)、通信系統(tǒng)進行監(jiān)控和分析，提高系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化、智能化程度，確保供電安全。

3 對特高壓變電站監(jiān)控系統(tǒng)維護工作的幾點看法

監(jiān)控系統(tǒng)對保障變電站的安全、穩(wěn)定運行具有十分重要的意義。目前，特高壓變電站仍處于發(fā)展階段，在新電氣設(shè)備、新技術(shù)手段、新管理理念等大力推廣應(yīng)用的形勢下，對特高壓變電站監(jiān)控系統(tǒng)提出了更高的要求，這就需要做好監(jiān)控系統(tǒng)運行維護工作。

3.1 加強監(jiān)控系統(tǒng)巡檢工作

結(jié)合變電站例行巡視、全面巡視和專項巡視工作，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備告警、裝置異常等情況，建立設(shè)備預(yù)警、診斷分析機制，找出監(jiān)控系統(tǒng)可能存在的運行隱患，及時處理異常，從根本上杜絕事故產(chǎn)生。

3.2 關(guān)注設(shè)備運行環(huán)境

對監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備的運行環(huán)境進行合理調(diào)整，保證設(shè)備運行不受電磁、溫度、濕度、振動、灰塵等因素的影響，各設(shè)備風(fēng)扇運行無異常，主機散熱良好，定期清理過濾網(wǎng)，確保CPU正常運行。

3.3 建立現(xiàn)場、后臺數(shù)據(jù)對比機制

結(jié)合設(shè)備定檢、巡檢等工作，對后臺數(shù)據(jù)及設(shè)備實際情況進行分析對比，確保測控、在線監(jiān)測等裝置數(shù)據(jù)上送正確，遙測符合精度要求。

3.4 逐步完善監(jiān)控系統(tǒng)功能

根據(jù)變電站實際運行情況，對監(jiān)控系統(tǒng)進行升級改造。充分利用特高壓變電站年檢機會，解決監(jiān)控系統(tǒng)軟件信號誤報、系統(tǒng)軟硬件老化、網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備阻塞等問題，提高設(shè)備運行可靠性。并適度增加監(jiān)控目標數(shù)量和系統(tǒng)覆蓋規(guī)模，完善在線監(jiān)測項目，提升變電站智能化運維水平。此外，還應(yīng)根據(jù)變電站擴建工程，及時完善后臺數(shù)據(jù)，做好系統(tǒng)軟件維護工作，對軟件異地備份，避免數(shù)據(jù)庫發(fā)生問題。

4 結(jié)語

隨著特高壓網(wǎng)架不斷壯大，技術(shù)快速升級發(fā)展，特高壓變電站監(jiān)控手段及功能要求也將出現(xiàn)新課題、新變化。因此，需要不斷深化監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)研究，以及運維模式探索，持續(xù)完善系統(tǒng)策略，更有效地維護變電站監(jiān)控系統(tǒng)正常運行，確保特高壓變電站安全穩(wěn)定運行。

[1]周浩，余宇紅．我國發(fā)展特高壓輸電中一些問題的討論[J]．電網(wǎng)技術(shù)，2005，29（12）：1-9．

[2]殷小祥，吳隗平，陜?nèi)A平．交流特高壓變電的監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)[J]．電網(wǎng)技術(shù)，2008，32（4）：31-35．

[3]王遠璋．變電站綜合自動化現(xiàn)場技術(shù)與運行維護[M]．北京：中國電力出版社，2004．

[4]張惠剛．變電站綜合自動化原理與系統(tǒng)[M]．北京：中國電力出版社,2004．12．

[5]沈金官．電網(wǎng)監(jiān)控技術(shù)[M]．北京：中國電力出版社,1997．

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《電力設(shè)備管理》雜志社編輯部

2017.6.15