變電站廠站端程序化操作改造及應(yīng)用

謝紹宇

(廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司廣州供電局，廣東 廣州 510620)

變電站自動(dòng)化系統(tǒng)經(jīng)過多年發(fā)展已達(dá)到較高的技術(shù)水平，但變電站電氣操作大多仍然采用現(xiàn)場(chǎng)常規(guī)操作，操作過程中需運(yùn)行人員現(xiàn)場(chǎng)檢查設(shè)備狀況。這耗費(fèi)了大量的人力和時(shí)間，使得無人值班變電站的優(yōu)勢(shì)難以發(fā)揮。隨著變電站操作量的增加，倒閘操作過程中過多的人工干預(yù)，從一定程度上也增加了誤操作的可能，給電網(wǎng)安全運(yùn)行帶來隱患。運(yùn)行人員數(shù)量有限且呈現(xiàn)只減不增的趨勢(shì)，使得現(xiàn)有的人員配置難以滿足日益增長的變電運(yùn)維工作量，如何妥善處理倒閘操作量日益增長和運(yùn)行人員嚴(yán)重不足之間的矛盾是當(dāng)前亟待解決的問題。因此，在提高電氣操作的安全性和效率的基礎(chǔ)上，可以利用自動(dòng)化程序替代人來自動(dòng)檢查并完成多個(gè)電氣操作。變電站電力設(shè)備的數(shù)字化發(fā)展，為實(shí)施程序化操作提供了技術(shù)條件[1-5]，程序化操作已成為無人值班變電站的發(fā)展趨勢(shì)。

本文以一個(gè)實(shí)際220 kV數(shù)字化變電站為例，從一次設(shè)備、保護(hù)安穩(wěn)裝置、二次空開、后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)等方面進(jìn)行改造，并通過視頻系統(tǒng)輔助檢查現(xiàn)場(chǎng)位置，研究改進(jìn)主變、線路、10 kV饋線停送電、倒母線等操作的程序化控制方法，并在變電站試點(diǎn)檢驗(yàn)應(yīng)用效果。

1 程序化操作

1.1 程序化操作的含義

程序化操作是指由計(jì)算機(jī)、智能終端、操作機(jī)構(gòu)等按照嚴(yán)格的操作條件、規(guī)范的操作順序、智能的判別條件，代替現(xiàn)場(chǎng)人工自動(dòng)完成一系列設(shè)備倒閘操作任務(wù)。

變電站程序化操作由程序化操作系統(tǒng)根據(jù)操作票對(duì)變電站設(shè)備進(jìn)行系列化操作，依據(jù)設(shè)備執(zhí)行結(jié)果信息的變化來判斷每步操作是否到位，確認(rèn)到位后自動(dòng)或半自動(dòng)執(zhí)行下一個(gè)指令，直至所有指令執(zhí)行完畢。

1.2 程序化操作實(shí)現(xiàn)方式

變電站的程序化操作通常采用調(diào)度端和站端兩種實(shí)現(xiàn)方式[6-10]。

站端程序化操作票庫部署在后臺(tái)監(jiān)控主機(jī)，站端程序化操作由站端監(jiān)控主機(jī)解析操作票，并根據(jù)操作順序依次向測(cè)控裝置下發(fā)控制命令，達(dá)到程序化控制操作的目的，如圖1所示。

圖1 站端程序化操作示意圖

調(diào)度端程序化操作由主站系統(tǒng)生成并解析操作票，根據(jù)操作順序通過遠(yuǎn)動(dòng)裝置依次向測(cè)控裝置下發(fā)控制命令，或由主站系統(tǒng)通過智能遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)調(diào)用站端操作票，經(jīng)站端監(jiān)控主機(jī)實(shí)現(xiàn)程序化操作，如圖2所示。

圖2 主站系統(tǒng)程序化操作示意圖

在這兩種方式的基礎(chǔ)上，出現(xiàn)一種新的程序化模式：第一步，主站系統(tǒng)下發(fā)程序化操作票調(diào)閱命令，廠站端監(jiān)控主機(jī)根據(jù)操作票調(diào)用命令在典型票庫中查找匹配的程序化操作票，并將結(jié)果返回主站；第二步，主站系統(tǒng)下發(fā)操作票執(zhí)行命令，廠站端系統(tǒng)結(jié)合五防模塊完成操作票預(yù)演并回傳預(yù)演結(jié)果，預(yù)演成功后繼續(xù)執(zhí)行并且分步回傳執(zhí)行結(jié)果，直至操作完成。

1.3 不同模式下程序化操作分析

(1)調(diào)度端模式。在調(diào)度能源管理系統(tǒng)或者運(yùn)行控制系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)，主要控制一次設(shè)備實(shí)現(xiàn)運(yùn)行、熱備用、冷備用以及檢修狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，不涉及二次操作；可以利用拓?fù)湮宸馈⒕W(wǎng)絡(luò)潮流等實(shí)現(xiàn)安全校核；便于部署推廣到不同變電站，軟件開發(fā)綜合成本低。缺點(diǎn)是五防邏輯無法考慮臨時(shí)接地線，并且操作基本不考慮一、二次設(shè)備之間的配合，這種模式仍然需要人員到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行部分操作。

(2)廠站端模式。操作程序部署在站端監(jiān)控后臺(tái)系統(tǒng)；可以進(jìn)行全面的五防邏輯校驗(yàn)，如接地線校驗(yàn)；可以充分利用站端采集到的遙測(cè)、遙信量，缺點(diǎn)是對(duì)于線路操作無法校核對(duì)側(cè)系統(tǒng)狀態(tài)，也無法進(jìn)行大系統(tǒng)安全校核。如果站端原先不具備程序化操作功能，并且因后臺(tái)廠家、系統(tǒng)版本不一致，需要單站實(shí)施。對(duì)于新變電站，建議在基建階段明確功能需求。

2 程序化操作改進(jìn)

2.1 傳統(tǒng)倒閘操作模式耗時(shí)分析

傳統(tǒng)倒閘操作存在耗時(shí)過長、人員需求量大、工作效率低等問題，如220 kV主變停電標(biāo)準(zhǔn)配置為4人，經(jīng)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)操作時(shí)間、等調(diào)度令的時(shí)間占據(jù)總耗時(shí)的91.7%；220 kV線路停電標(biāo)準(zhǔn)配置為3人，經(jīng)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)操作時(shí)間、等調(diào)度令的時(shí)間占據(jù)總耗時(shí)的85.4%，如表1所示。其中，操作時(shí)間占據(jù)了大部分，因在實(shí)際操作中涉及到的步驟較為復(fù)雜，經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)主要存在如下原因。

(1)操作票檢查項(xiàng)需要就地完成。如10 kV饋線操作過程中，需要等待運(yùn)行人員現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)帶電顯示指示燈信號(hào)，影響操作效率，浪費(fèi)人力資源。

(2)五防模擬耗時(shí)較長，五防模擬和操作分開完成，而且操作需要多次輸入賬號(hào)密碼，這要消耗大量的時(shí)間。

(3)需要就地操作的設(shè)備涉及地點(diǎn)轉(zhuǎn)換，運(yùn)行人員在操作過程中容易消耗過多體力。

(4)地刀需要就地驗(yàn)電，就地操作。在冷備用與檢修的狀態(tài)進(jìn)行切換時(shí)，傳統(tǒng)模式需要從主控室去到主變處接地線現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)電并接地，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。

(5)部分刀閘和二次壓板無法遠(yuǎn)方遙控。

表1 220 kV主變和線路典型操作耗時(shí)統(tǒng)計(jì)

2.2 關(guān)鍵技術(shù)改進(jìn)

(1)10 kV帶電顯示器信號(hào)接入自動(dòng)化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)后臺(tái)驗(yàn)電。

主要問題：10 kV設(shè)備操作過程中，需要等待運(yùn)行人員現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)帶電顯示指示燈信號(hào)，影響操作效率，浪費(fèi)人力資源。

改進(jìn)措施：在10 kV饋線間隔、電容器間隔、曲折變間隔、站用變間隔增加高壓帶電顯示指示光字牌后，將現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)傳輸?shù)胶笈_(tái)，程序化操作時(shí)取后臺(tái)帶電顯示信號(hào)，自動(dòng)確認(rèn)10 kV設(shè)備是否帶電，大大縮短10 kV設(shè)備停送電操作時(shí)間。單間隔單次?；蛩碗姡汉笈_(tái)確認(rèn)需要2 s，現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)至少需要5 min。

(2)主變變低母線橋裝設(shè)電動(dòng)地刀。

主要問題：在冷備用與檢修的狀態(tài)進(jìn)行切換時(shí)，傳統(tǒng)模式需要從主控室去到主變處接地線現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)電并接地，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。

改進(jìn)措施：在主變變低母線橋裝設(shè)電動(dòng)地刀，取代傳統(tǒng)就地裝拆接地線的方式，可節(jié)省大量人力物力，縮短操作時(shí)間，提高工作效率。

(3)綜合安自軟壓板開放遙控權(quán)限。

主要問題：主變及220 kV線路停送電等部分操作涉及到安自壓板投退，傳統(tǒng)檢查模式需要到安自主機(jī)屏處投退相關(guān)硬壓板，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。

改進(jìn)措施：試點(diǎn)開放變電站綜合安自軟壓板遙控權(quán)限，完成變電站后臺(tái)安自軟壓板遙控和調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)安自軟壓板遙控改造。

(4)母聯(lián)操作電源電動(dòng)空開改造。

主要問題：220 kV及110 kV母線倒母線操作中涉及到現(xiàn)場(chǎng)退出母聯(lián)操作電源空開的操作，傳統(tǒng)檢查模式需要到智能組件柜處現(xiàn)場(chǎng)投退空開，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。

改進(jìn)措施：在220 kV及110 kV母聯(lián)間隔換裝開關(guān)控制電源電動(dòng)空開后，將現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)傳輸?shù)胶笈_(tái)，倒母線程序化操作時(shí)自動(dòng)投切電源空氣開關(guān)，自動(dòng)確認(rèn)空開位置，大大縮短220 kV線路、110 kV線路、主變變高、變中設(shè)備倒母線操作時(shí)間。單間隔倒母線操作：后臺(tái)投/切一次母聯(lián)空開需要4 s，現(xiàn)場(chǎng)投/切至少需要15 min。

(5)完善站端順控。

主要問題：站端順控在設(shè)置之初，五防模擬和操作分開完成，而且操作需要逐步多次輸入賬號(hào)密碼，部分步驟需要去到現(xiàn)場(chǎng)，需要消耗大量時(shí)間、人力資源。

改進(jìn)措施：通過對(duì)站端順控邏輯、操作界面完善，并進(jìn)行操作試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)五防模擬、操作一鍵式完成，整個(gè)過程只需輸入一次間隔編號(hào)及操作密碼，可節(jié)省大量人力物力，縮短操作時(shí)間，提高工作效率。

(6)通過視頻系統(tǒng)輔助檢查現(xiàn)場(chǎng)位置。

主要問題：傳統(tǒng)檢查模式需要人力到現(xiàn)場(chǎng)檢查電氣機(jī)械指示、壓板位置，費(fèi)時(shí)費(fèi)力等。

改進(jìn)措施：利用攝像頭通過圖像識(shí)別完成氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備(Gas Insulated Switchgear，簡稱GIS)的開關(guān)刀閘位置、壓板位置的識(shí)別，可節(jié)約人力資源，縮短操作時(shí)間，提高工作效率。

3 應(yīng)用分析

3.1 效率比對(duì)

結(jié)合停電對(duì)一座220 kV變電站進(jìn)行程序化改造及操作試驗(yàn)。該220 kV試點(diǎn)站改造后，各間隔操作耗時(shí)統(tǒng)計(jì)如表2所示，倒母操作耗時(shí)統(tǒng)計(jì)如表3所示。

表2 220 kV試點(diǎn)站各間隔操作耗時(shí)統(tǒng)計(jì)表

表3 220 kV試點(diǎn)站倒母操作耗時(shí)統(tǒng)計(jì)表

由表2和表3可以看出，220 kV試點(diǎn)站程序化操作應(yīng)用后，操作效率大幅提升，其中主變變高開關(guān)及220 kV線路倒母操作效率提升達(dá)到了91.7%，各間隔操作效率提升普遍在80%以上，大幅減少了操作工時(shí)，節(jié)約了大量人力資源。

3.2 經(jīng)濟(jì)效益

相比于2017年8月，2018年8月該試點(diǎn)站倒閘操作節(jié)約116工時(shí)(不包含行車耗時(shí))，操作效率提升86%。經(jīng)計(jì)算，該站一個(gè)月能夠節(jié)約人力成本：116(工時(shí))×150(元/工時(shí))=17 400(元)。

如果100座變電站全部采用程序化操作，110 kV變電站倒閘操作工作量按220 kV變電站的一半計(jì)算，數(shù)量按220 kV 變電站的4倍計(jì)算，暫不考慮500 kV變電站的倒閘操作工作量，每年將節(jié)約資金：(20×12+80×12×0.5)×17 400×=1 252.8(萬元)。

4 結(jié)語

程序化操作的前提是一次設(shè)備、保護(hù)安自軟壓板、二次空開等具備遙控功能，以及告警信號(hào)具備遠(yuǎn)方復(fù)歸功能。本文程序化操作控制范圍不僅涵蓋了開關(guān)、刀閘、地刀等常規(guī)一次設(shè)備，還包括了二次軟壓板、空氣開關(guān)等，可真正實(shí)現(xiàn)程序化操作。

(1)設(shè)備選型上采用了帶電動(dòng)底盤和電動(dòng)地刀的10 kV開關(guān)柜，并通過對(duì)高壓帶電顯示裝置的信號(hào)改造實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)方核查帶電情況，實(shí)現(xiàn)了10 kV饋線一鍵從運(yùn)行到檢修的操作。

(2)通過在主變變低母線橋加裝電動(dòng)地刀，實(shí)現(xiàn)了主變停電一鍵從運(yùn)行到檢修。

(3)通過二次設(shè)備數(shù)字化改造，實(shí)現(xiàn)保護(hù)及安穩(wěn)裝置二次軟壓板的遠(yuǎn)方投退，實(shí)現(xiàn)了程序化操作中一、二次操作的無縫銜接。

(4)通過母聯(lián)操作電源二次空開的電動(dòng)化改造，實(shí)現(xiàn)了熱倒母線的一鍵式操作。

采用變電站程序化操作后，大幅縮短由于倒閘操作帶來的停電時(shí)間，節(jié)約人力資源成本，有效緩解日益增長的工作量和運(yùn)行人員短缺之間的矛盾。

下一步計(jì)劃探索調(diào)度端及廠站端程序化操作后設(shè)備位置自動(dòng)確認(rèn)技術(shù)，進(jìn)一步減少人工干預(yù)。