基于PCS9700監(jiān)控系統(tǒng)的智能變電站順序控制研究

劉興勇，傅振宇，呂昕昕，盧卓群，薛 超

(國(guó)網(wǎng)朝陽(yáng)供電公司，遼寧 朝陽(yáng) 122000)

隨著智能變電站數(shù)量的增多，電網(wǎng)架構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜，導(dǎo)致操作任務(wù)也越來(lái)越多。如果仍然使用傳統(tǒng)倒閘操作方式，則會(huì)極大地增加運(yùn)維人員的工作量，增大操作失誤的可能性。順序控制以智能變電站強(qiáng)大的硬件和軟件為支撐，減少了操作過(guò)程中的人為錯(cuò)誤，提高了倒閘操作的效率，提高了變電站運(yùn)行的安全可靠性，降低了操作失誤的幾率。順序控制功能的應(yīng)用也為應(yīng)對(duì)變電站運(yùn)維人員緊缺提供了一條新的途徑。

本文以南瑞繼保公司的PCS9700監(jiān)控系統(tǒng)為平臺(tái)，研究了集中式順序控制功能在智能變電站中的應(yīng)用。并以220 kV河碩智能變電站為例，介紹了智能變電站順序控制的具體實(shí)現(xiàn)方案。

1 智能變電站順序控制

變電站順序控制是由順序控制服務(wù)器根據(jù)倒閘操作票對(duì)變電站設(shè)備進(jìn)行的程序化操作，根據(jù)采集到的結(jié)果信息來(lái)判斷執(zhí)行是否到位，確認(rèn)無(wú)誤后，繼續(xù)執(zhí)行下一條指令，直到執(zhí)行完所有的操作指令。

1.1 智能變電站實(shí)現(xiàn)順序控制功能需具備的條件

a.滿足無(wú)人值守變電站的要求。

b.現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備滿足遙控操作功能。

c.監(jiān)控系統(tǒng)能自動(dòng)生成各種典型操作流程。

d.保護(hù)裝置具備投退軟壓板功能；應(yīng)具備急停功能。

e.現(xiàn)場(chǎng)操作具備可視化界面功能[1]。

1.2 智能變電站順序控制方案

順序控制目前的實(shí)現(xiàn)方式主要有：集中式、集中式與分布式相結(jié)合2種。

a.集中式順序控制是通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)、網(wǎng)關(guān)機(jī)解析典型操作票，并根據(jù)解析的操作順序依次向測(cè)控裝置下發(fā)指令，從而達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)操作順序控制的目的。集中式順序控制方案是在某臺(tái)站控層設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)操作票的存儲(chǔ)、執(zhí)行和操作邏輯及狀態(tài)的判斷。具有實(shí)現(xiàn)方式簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠，無(wú)需改動(dòng)現(xiàn)存設(shè)備、無(wú)規(guī)約要求的優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是監(jiān)控系統(tǒng)與間隔層測(cè)控裝置配合較復(fù)雜[2]。

b.集中式與分布式相結(jié)合的方式是指對(duì)于單間隔順序控制操作由該間隔相應(yīng)的測(cè)控裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)，對(duì)于跨間隔的順序控制操作，則采用集中式的方案實(shí)現(xiàn)。集中式與分布式方案是在間隔層IED裝置中，實(shí)現(xiàn)對(duì)操作票的存儲(chǔ)、執(zhí)行和操作邏輯及狀態(tài)的判斷功能。具有執(zhí)行速度快、效率高、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)，其缺點(diǎn)是在單間隔操作時(shí)，往往會(huì)涉及到多個(gè)IED，但跨IED的操作方法，目前沒(méi)有統(tǒng)一的方案。

2 智能變電站順序控制硬件與軟件平臺(tái)

2.1 硬件平臺(tái)

智能變電站順序控制硬件平臺(tái)要求現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備滿足系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分層分布化布置、一次設(shè)備高度智能化、二次設(shè)備高度集成網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化采集站內(nèi)信息。設(shè)備能實(shí)時(shí)準(zhǔn)確采集各狀態(tài)信息，并根據(jù)操作票邏輯、操作順序發(fā)出各類控制命令。同時(shí)還要具備一定的容錯(cuò)機(jī)制。智能變電站無(wú)論執(zhí)行單間隔、跨間隔還是跨電壓等級(jí)的操作，由于都是采用IEC61850標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議和高速工業(yè)以太網(wǎng)通信，都可以通過(guò)智能控制單元內(nèi)部或智能控制單元之間的信息交互實(shí)現(xiàn)，不需要另外設(shè)置順序控制工作站或順序控制單元。因此，智能變電站順序控制的硬件平臺(tái)應(yīng)滿足以下要求。

a.一次設(shè)備能夠進(jìn)行遙控操作。斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、接地刀閘、手車開(kāi)關(guān)等一次設(shè)備，應(yīng)采用電動(dòng)操作，能通過(guò)接收遙控指令實(shí)現(xiàn)斷路器、隔離開(kāi)關(guān)的分合，手車的推入和拉出等。其位置信號(hào)的采集應(yīng)采用雙輔助接點(diǎn)遙信且具備完善的防誤閉鎖功能。一次設(shè)備設(shè)計(jì)、工藝應(yīng)合格，有較高的可靠性以保證遙控操作較高的操作成功率。

b.二次設(shè)備滿足IEC61850規(guī)約的要求，高度集成網(wǎng)絡(luò)化設(shè)計(jì)。二次設(shè)備在順序控制功能實(shí)現(xiàn)中起到關(guān)鍵作用，是具體執(zhí)行順控功能的重要組成部分，同時(shí)負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地采集一次設(shè)備的狀態(tài)。因此，二次設(shè)備必須具有較高的可靠性，能夠依據(jù)操作票的邏輯和操作順序正確發(fā)出控制命令，準(zhǔn)確實(shí)時(shí)地采集一次設(shè)備信息，保證順序控制的順利執(zhí)行。在實(shí)際應(yīng)用中，智能變電站二次設(shè)備應(yīng)采用32位以上高速CPU、64 M以上的大容量存儲(chǔ)器、多接口高速工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)、支持GPS、北斗對(duì)時(shí)功能。二次設(shè)備除具有常規(guī)的保護(hù)測(cè)控功能外，還應(yīng)具備一定的容錯(cuò)機(jī)制、支持多任務(wù)操作功能[3]。

2.2 軟件平臺(tái)

智能變電站順序控制的軟件平臺(tái)，主要包括智能控制單元和監(jiān)控系統(tǒng)2個(gè)部分。智能控制單元負(fù)責(zé)存儲(chǔ)本間隔內(nèi)操作，與本間隔有關(guān)的跨間隔、跨電壓等級(jí)操作需要的所有順序控制操作程序；監(jiān)控系統(tǒng)負(fù)責(zé)存儲(chǔ)站內(nèi)所有的順序控制操作程序。站內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)支持IEC61850等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，能夠?qū)崿F(xiàn)站內(nèi)智能電氣設(shè)備間的相互操作和信息共享。滿足常規(guī)變電站、智能變電站及電廠電氣監(jiān)控對(duì)后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)的需求。監(jiān)控系統(tǒng)執(zhí)行順序控制操作時(shí)，應(yīng)先讀取智能控制單元中的操作規(guī)則，然后與健康系統(tǒng)存儲(chǔ)的操作規(guī)則進(jìn)行比較。如果操作規(guī)則一致則繼續(xù)操作，如果操作規(guī)則不一致則發(fā)出報(bào)警，提醒運(yùn)行人員對(duì)待執(zhí)行的操作規(guī)則進(jìn)行核對(duì)。智能控制單元和監(jiān)控系統(tǒng)存儲(chǔ)的順序控制操作程序應(yīng)隨變電站增容擴(kuò)建等變化而做相應(yīng)的改變。

3 集中式順序控制在和碩變電站的應(yīng)用

河碩220 kV 智能變電站位于朝陽(yáng)市喀左縣，為即將投運(yùn)的京沈高鐵提供安全可靠的動(dòng)力。全站采用三層兩網(wǎng)結(jié)構(gòu)，二次系統(tǒng)建立在IEC61850通信技術(shù)規(guī)范基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)站內(nèi)智能電氣設(shè)備(IED)間的信息共享及互操作。220 kV系統(tǒng)保護(hù)裝置、合并單元、智能終端均為雙套配置，66 kV站用變保護(hù)、本體智能終端、合智一體裝置為單套配置。線路及母線保護(hù)均采用直采直跳(點(diǎn)對(duì)點(diǎn))方式。站控層網(wǎng)絡(luò)采用A、B雙網(wǎng)配置，自動(dòng)切換，配置有3臺(tái)服務(wù)器。其中監(jiān)控機(jī)采用南瑞繼保公司的PCS9700監(jiān)控系統(tǒng)雙套配置、互為主備，兼作服務(wù)器、操作員站，完成實(shí)時(shí)監(jiān)控功能，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)及設(shè)備的數(shù)據(jù)采集、可視化展示、操作控制及綜合分析等功能。微機(jī)防誤系統(tǒng)獨(dú)立配置，與監(jiān)控機(jī)實(shí)現(xiàn)遙控操作閉鎖。

該站采用集中式順序控制，能自動(dòng)識(shí)別當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)，根據(jù)順控操作票自動(dòng)尋找切換方向，執(zhí)行順控操作票，其操作流程如圖1所示。

該站220 kV線路在實(shí)際運(yùn)行中主要的狀態(tài)及轉(zhuǎn)換流程如圖2所示。

圖1 順序控制操作流程

圖2 線路運(yùn)行狀態(tài)及轉(zhuǎn)換流程

河碩220 kV 智能變電站為雙母雙分段接線，本文以I、II段母線上的220 kV線路倒閘操作為例介紹順序控制在變電站中的實(shí)際應(yīng)用，其檢修狀態(tài)接線圖如圖3所示。

圖3 220 kV線路檢修狀態(tài)圖

圖4 220 kV線路I母運(yùn)行狀態(tài)圖

220 kV線路I母運(yùn)行狀態(tài)圖如圖4所示。

Ⅰ、Ⅱ段母線檢修狀態(tài)轉(zhuǎn)為I母運(yùn)行狀態(tài)操作票如表1所示。

上述典型操作票在生成后應(yīng)由運(yùn)維人員在微機(jī)防誤系統(tǒng)上進(jìn)行核對(duì)性模擬預(yù)演，無(wú)誤后，檢查PCS9700監(jiān)控系統(tǒng)無(wú)異常信號(hào)，各斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、接地刀閘、把手、軟壓板在正確位置。上述項(xiàng)目結(jié)束后， PCS9700監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)入順序控制模式，按照操作票規(guī)定的步驟逐項(xiàng)操作，每操作一步前向微機(jī)防誤系統(tǒng)發(fā)送解鎖請(qǐng)求，允許后進(jìn)行操作。操作結(jié)束后順序控制程序退出，恢復(fù)到正常運(yùn)行界面。

220 kV線路II母運(yùn)行狀態(tài)圖如圖5所示。

在執(zhí)行順序控制操作時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題如下。

a.控制源的唯一性。目前，河碩智能變電站的控制源有裝置本身、監(jiān)控系統(tǒng)、各級(jí)調(diào)度中心等。在實(shí)際操作中應(yīng)具有完備的互鎖、閉鎖機(jī)制，確保同一時(shí)刻每個(gè)控制對(duì)象只能接受唯一的控制源操作。

b.系統(tǒng)的安全性。該站通信系統(tǒng)采用了局域網(wǎng)的模式，并在不同的網(wǎng)絡(luò)分區(qū)加裝了隔離裝置與加密裝置。在運(yùn)行維護(hù)中應(yīng)特別注意操作人員的身份驗(yàn)證與操作權(quán)限的管理，確保操作的正確性和安全性。

圖5 220 kV線路II母運(yùn)行狀態(tài)圖

表1 Ⅰ、Ⅱ段母線檢修狀態(tài)轉(zhuǎn)為I母運(yùn)行狀態(tài)操作票

c.設(shè)備狀態(tài)的判別。應(yīng)有2個(gè)及以上非同源或非同樣原理的判據(jù)均滿足時(shí)，才能確定設(shè)備狀態(tài)。

d.與視頻監(jiān)控系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)。在順序控制程序執(zhí)行時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)自動(dòng)把視頻監(jiān)控畫(huà)面切換到相應(yīng)操作設(shè)備。運(yùn)維人員通過(guò)監(jiān)控畫(huà)面直觀的觀察設(shè)備當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)、切換過(guò)程和最終狀態(tài)。當(dāng)出現(xiàn)異常情況可以對(duì)順序控制程序進(jìn)行人工干預(yù)。

e.應(yīng)具備合理的自動(dòng)判斷功能。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生異常告警信號(hào)、設(shè)備分合不到位或不滿足操作條件時(shí)，順序控制應(yīng)自動(dòng)停止執(zhí)行。告警信號(hào)消除后或狀態(tài)無(wú)異常，順序控制程序能自動(dòng)繼續(xù)執(zhí)行。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文以PCS9700監(jiān)控系統(tǒng)為平臺(tái)，介紹了智能變電站集中式順序控制在220 kV河碩智能變電站的應(yīng)用，提高了變電站倒閘操作的效率，降低了誤操作的風(fēng)險(xiǎn)，節(jié)省了大量的人力、物力，實(shí)踐證明順序控制操作模式具有較高的有效性和實(shí)用性。隨著智能變電站的大力推廣，順序控制在未來(lái)會(huì)有廣闊的應(yīng)用前景。