超高壓集控中心自動化系統的設計

李 軍，蔡利敏(.中國移動通信集團設計院有限公司陜西分公司，陜西 西安 70077；.西北電力設計院，陜西 西安 70075)

近年來，隨著我國電網規模的不斷擴大，少人值守甚至無人值班變電站的不斷推廣，以及計算機、通信、控制技術的發展，電力系統自動化處理的信息量越來越大，直接可觀測的范圍越來越廣。電力系統的運行管理模式也發生了重大變化。調度人員不僅承擔著電網調度的責任，還要承擔對所屬變電站設備的監視和控制工作，調度員的工作量不斷增加，不利于保證電網的安全、經濟運行。

基于電網安全運行的需求，出現了對多個變電站實現集中控制的集控中心運行方式。我國目前已建成多個110 kV/220kV集控中心，對于330 kV以上電壓等級的超高壓集控中心的建設也在開展之中。而750 kV雖然綜合自動化裝備水平高，但從安全可靠的角度去考慮750 kV現有條件還不能無人值守，750 kV將成為今后的集控點。集控中心有利于資源的優化配置，是變電運行工作努力的方向，符合國網公司提出的加強人財物集約化管理、加強信息化建設的企業發展新要求。

對于超高壓集控中心的設計，應堅持“面對現實、著眼長遠”的原則，不拘于現狀，積極考慮智能化的發展方向，使其更加科學、合理。

1 超高壓集控中心自動化系統的特點

超高壓集控中心是實現330 kV及以上電壓等級變電站無人值班的一種運行管理模式，負責各所屬變電站的遠方運行監視、倒閘操作、事故異常處理、設備的巡視與維護以及文明生產等全面運行管理工作。超高壓集控中心自動化系統是集實時監控(SCADA)、遙視監控、五防防誤操作、智能操作票管理以及變電站運行管理等功能于一體的自動化系統，超高壓集控中心的運行人員可通過該系統監測所屬變電站設備的運行情況，并根據需要對設備進行遠方控制。自動化系統是超高壓集控中心建設的核心系統，承擔著超高壓集控中心所有功能的順利實現。

超高壓集控中心的自動化系統具有如下特點：

⑴ 信息量大。超高壓集控中心自動化系統面向超高壓變電站設備，注重反映設備的各方面狀態，是運行人員監控設備的工具，因此設備的所有運行信息都要采集，從而使系統的信息量巨大。其中包括了調度自動化系統所需要的與電網運行方式有關的所有遙測、遙信、遙控和遙調量，還包括了與設備運行有關的四遙信息與遙視信息。

⑵ 有完善的操作票編寫系統，能夠圖形化智能生成操作票，也能圖形化單步生成操作票。該系統根據運行人員在接線圖上的模擬操作自動生成操作票，并能夠實現在編寫過程中自動或手動檢查各操作步驟的正確性。同時可結合遙視系統進行遙控操作聯動，以檢查實際操作是否依照模擬執行。

⑶ 大范圍設備的遙控操作。超高壓集控中心自動化系統需要對超高壓站內大量的開關和刀閘進行遙控。電力系統中對于遙控操作的安全性具有很高的要求，一旦發生誤操作將有可能直接燒毀設備，引起大的系統事故。因此，超高壓集控中心自動化系統對于遙控操作的安全性要求較之調度自動化系統更高。在保證遙控操作安全的基礎上，還應盡量減少中間環節，節省時間，提高效率，做到方便快捷。

2 超高壓集控中心自動化系統的設計

2.1 系統的構成

超高壓集控中心自動化系統的組成基本與調度自動化系統相似，通常由以下幾個子系統組成：實時監控子系統(SCADA)、遙視監控子系統、集控管理子系統以及安全防護子系統。

實時監控子系統由SCADA服務器、數據采集系統、監控工作站、五防工作站、報表工作站、時鐘同步系統以及打印機等的外設組成，同時配備相應的操作系統、支撐軟件以及SCADA應用軟件。該子系統提供與所屬變電站設備的通信鏈路，完成數據的采集和處理功能以及實現對所屬變電站的監視和控制功能。

遙視監控子系統由視頻服務器、視頻工作站、視頻數據的采集設備以及相應的遙視軟件組成。該子系統提供對所屬變電站的環境狀況、設備運行狀況、文明生產等各類情況加以視頻監視，實現對無人值班變電站全方位的監視和控制，保證安全生產。

集控管理子系統由集控管理服務器、集控管理工作站、WEB發布工作站以及配套的運行管理軟件組成。該子系統可根據調度操作需要完成智能操作票的生成及預演和打印，能夠實現對所屬變電站設備的運行維護管理以及對生產運行分析與事故處理指導。

安全防護子系統由防火墻、正/反向隔離設備、縱向加密認證設備以及相應的防病毒軟件組成。根據《電力二次系統安全防護規定》及行業主管部門安全防護的有關要求，電力系統各主站端與廠站端的各應用系統、功能設置均應在正確的安全分區內。安全防護子系統實現了對超高壓集控中心內各子系統的安全分區，以確保超高壓集控中心與變電站、與調度中心通信的安全。

2.2 系統的總體技術要求

⑴ 可靠性原則：超高壓集控中心是對所屬無人值班變電站運行狀況進行監控的唯一手段，其穩定性和可靠性極其重要。系統的結構設計、設備配置、軟件編制要保證超高壓集控中心自動化系統的可靠運行。重要的設備、軟件和數據應具有冗余配置及備份措施，并為系統故障的隔離和排除提供快捷的技術手段。

⑵ 實時性原則：超高壓集控中心自動化系統是一個實時性較高的系統，必須保證信息的即時處理和數據的及時傳輸，使系統響應時間的各項指標滿足要求。

⑶ 實用性原則：系統應操作方便，易于使用，結構設計應注重系統的可維護性、實用性和多樣性相結合。系統應有較高的信息處理能力，可對信息進行屏蔽以及分類操作等。

⑷ 開放性原則：系統應遵循開放性原則，采用開放式體系結構和分布式系統設計，軟、硬件接口符合國際標準，滿足軟件平臺、硬件平臺的兼容及各子系統間的互聯，便于第三方軟件集成。

⑸ 防誤性原則：從值班員的培訓、管理功能嚴密、報警的多樣性、操作權限分級和防誤操作閉鎖等方面入手達到微機監控系統全面防誤性能的實現。

⑹ 安全性原則：采用安全防護措施，提供嚴格的用戶認證和管理手段以及身份認證技術，對用戶和信息進行授權與管理，并考慮信息保密的時效性，保證系統及其數據的安全。

2.3 系統的功能簡述

應國家電網公司數字化、智能化的發展方向，超高壓集控中心自動化系統應具有數據采集、數據處理、數據通訊、遙控和五防操作閉鎖、遙視、報表打印、操作票管理、系統維護、事件和事故處理、事故追憶及反演、系統時鐘同步、電壓無功控制、WEB實時瀏覽、系統運行管理以及電子化值班等的功能。

系統應能夠實時監控電網運行的穩定裕度(域)、有功損耗(無功補償)狀態，及時發現電網運行的穩定隱患，自動預防控制，降低電網發生穩定事故的概率，降低系統損耗。能夠通過自動語音報警等功能，降低調度員的工作量，增強調度自動化系統對電網的自動分析與控制能力，提高電網安全、經濟運行水平。

⑴ 系統能夠采集所屬各變電站遠動遙測、遙信、脈沖量、數字量、微機保護、各種記錄等信息，并能夠對變電站的各種模擬量、狀態量、電能量、保護信息等進行處理、統計和計算。

⑵ 系統能夠利用所采集的實時信息，通過專家知識庫的篩選，提煉出關鍵信息和智能告警信息概要，分析故障位置，降低人工分析告警信息的出錯概率，為運行人員對事故的判斷與處理贏得時間。

⑶ 系統能夠實時監視電網的電壓穩定和功角穩定模式、系統穩定裕度及邊界、有功損耗、無功補償狀態、穩定和有功損耗的相對關系。能夠進行預防控制和事故預警。

⑷ 系統應能夠支持各種類型的通訊規約(包括部頒CDT、SC1801、DNP3.0、IEC870-5-101、IEC870-5-103、IEC870-5-104等)，能和上級調度自動化系統進行數據交換，具備接收省調或地調自動化系統的遙調遙控命令，并通過本系統實現遙調及遙控的功能。采集通道主備冗余，能夠自動切換，并且具備對通道狀態的實時監視與顯示。

⑸ 系統能夠對監控系統中的遙控操作加入閉鎖判斷條件，在遙控操作實施前進行五防判斷，可靈活地錄入、修改、導入、導出邏輯公式，能夠實現遙控、遙調操作權閉鎖、監護閉鎖、五防閉鎖、設備掛牌閉鎖，并能夠對所有的遙控、遙調操作進行統計。

⑹ 系統能夠實現在視頻工作站上同時顯示所屬變電站內的任意多個畫面，并且切換靈活，優先級控制可設。能夠對采集的視頻圖像進行數字錄像，并能進行錄像資料的查詢和播放。具備操作聯動功能，能夠與超高壓集控中心監控子系統配合，在模擬預演、預操作、實際操作三個階段均能夠對具體設備位置進行查看，最大限度降低誤操作的可能性。具備警視聯動功能，能夠根據安防和消防自動化系統的信息自動調整攝像機對準監視目標。

⑺ 系統能按站、按數據屬性，如遙測、遙信、電度的生成日報表、月報表、年報表，電壓合格率、正常 /事故變位次數、報警、越限等自動生成上述表格，同時提供用戶工具自定義表格形式。

⑻ 系統能夠提供操作票生成工具，幫助生成系統建立標準操作票庫，進行備檔和統計。能夠生成新的操作票，并能夠存儲和調用操作票。能夠提供三種操作票的生成方式：智能生成，圖形化單步生成，典型票生成。對于其中操作票一體化平臺的設計，把實用性放在第一位，使調度的操作預令在網上傳發流轉，110千伏及以上電壓等級變電站，具有可直接從內網查詢調度操作預令的功能，通過技術手段進一步保證調度命令在接、發的準確性。

⑼ 系統能夠對其自身的運行狀態進行監視，并具有故障自恢復功能。系統應支持通過MODEM撥號方式的遠程維護。

⑽ 系統能夠提供事件順序記錄(SOE)、系統異常事件以及用戶操作事件的顯示、存儲、打印和檢索。系統具有完善的報警機制，對于顯示的各級報警信息，能夠提供報警的確認、存儲、打印和檢索功能。

⑾ 系統能夠設置事故發生前后紀錄時間的長度，事故追憶被觸發時，能夠自動打印事故追憶報表，并將報表內容存入數據庫中。在進行事故分析時，能夠進行事故重演。

⑿ 系統應能夠接受同步時鐘系統的標準校時信號，具有時鐘同步網絡傳輸校正措施，可保證時鐘同步率達到精確度要求。

⒀ 系統能夠根據各變電站的運行方式和控制物理量(電壓、功率因數)狀態確定控制策略，并對變電站所有的投入的且控制方式為自動控制的控制對象(變壓器、電容、電抗、靜止無功補償器、同步調相機等)實施自動控制，優化網絡潮流。

⒁ 系統能夠提供對于實時畫面以及相關報表和歷史事件的瀏覽。系統還應具備完備的系統運行日志服務以及設備信息管理服務。

⒂ 系統能夠利用手機短信業務將電力調度自動化系統中的實時事件通過短消息方式發送到指定系統維護人員或者相關主管領導的手機上，從而保障系統的安全可靠運行，同時也便于事故的及時處理。

2.4 系統的技術指標

⑴ 數據容量

系統的基本數據容量應根據具體將接入的變電站類型及其數量進行計算，并留有一定的擴充裕量。并且，隨著的科技發展，超高壓集控中心采集的信息將越來越多，本文暫按目前西北一新建的典型330kV變電站信息量進行考慮，數據容量如下：

模擬量( YC)： 1024 點/站

狀態量( YX)： 2048點/站

脈沖量( PC)： 500點/站

遙控量( YK)： 512點/站

遙調量( YT)： 200點/站

SOE量：128點/站

事故追憶點： 2048點/站

VQC(單臺)： 兩臺變壓器，2×4組電容

⑵ 系統的實時性指標

遙測傳送時間：不大于4 s

遙信變化傳送時間：不大于3 s

事故時遙信變位傳送時間：不大于2 s

遙控、遙調命令傳送時間：不大于4 s

畫面調用響應時間：85%的畫面不大于2 s，其它畫面不大于3 s

畫面實時數據刷新周期為：5～10 s

雙機自動切換到基本監控功能恢復時間：不大于20 s

電度量廣播凍結和讀出量值時間：不大于10 min

打印報表輸出周期：可由用戶自行設置

2.5 系統的結構配置圖

超高壓集控中心自動化系統可適應不同的網絡規模組網需要，既可在簡單至幾臺PC機組成的單網上運行，也可在雙網、雙服務器、雙前置機及多工作站的情況下運行，實現冗余設備的可靠管理。兩種相應的系統結構配置圖如下圖1與圖2所示。

圖1 單網結構的超高壓集控中心自動化系統

圖2 雙網冗余結構的超高壓集控中心自動化系統

根據上文所述的集控自動化系統要求，我們推薦采用第二種系統配置模式。

2.6 系統的供電電源及機房要求

按照《電力系統調度自動化系統設計技術規程》以及《地區電網調度自動化設計技術規程》的要求，為保證供電的可靠性和質量，超高壓集控中心自動化系統應配置交流不間斷電源(UPS)供電。UPS的容量可根據具體的系統設備配置計算。電源要求在交流電源消失后，UPS蓄電池在滿負荷情況下維持供電時間應不小于60分鐘，不同超高壓集控中心還可根據自身的重要性給予適當的增加。

超高壓集控中心自動化系統的大部分設備(包括服務器、各種網絡設備等)均應放置在自動化機房中，只有監控工作站、視頻工作站以及大屏幕顯示設備等放置在監控室中。自動化機房內要求具備良好的接地系統，并能夠保持一定的溫度和濕度。

3 結論

本文對超高壓集控中心自動化的設計進行了研討，提出了超高壓集控中心自動化系統應實現的功能以及技術性能等指標，并在此基礎上給出了推薦的超高壓集控中心自動化系統配置方案圖。

超高壓集控中心自動化系統的設計采取先進實用的技術，對電網安全穩定運行、提高系統運行管理水平都具有積極而又深遠的影響。隨著超高壓集控中心自動化系統的建立，只要輕輕一點鼠標發出一個操作信號，其所屬的330 kV及以上電壓等級的變電站開關都能自動實現遠程分閘操作，整個過程只要數10秒，隨之也將大大提高電網的智能化程度，設備操作、事故處理等速度也將得到有效提高。