可視化/程序化操作在宜興 110kV變電站的應(yīng)用

沈亮

(宜興市供電公司,江蘇 宜興 214206)

0 引言

隨著電網(wǎng)建設(shè)的飛速發(fā)展,變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)也發(fā)展到了較高的水平。為了適應(yīng)電網(wǎng)的發(fā)展,提高勞動(dòng)生產(chǎn)率,變電站基本上實(shí)現(xiàn)了無(wú)人值班。但電網(wǎng)技術(shù)含量和設(shè)備性能的提高使網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造、操作程序更為復(fù)雜,同時(shí),電網(wǎng)覆蓋面的擴(kuò)大和基建的頻繁又使各種操作量大大增加,也相應(yīng)增加了操作的安全風(fēng)險(xiǎn)。一方面,大多數(shù)操作仍需要操作人員趕到變電站現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施,耗費(fèi)了大量的人力和時(shí)間;另一方面,隨著操作密度的增加,操作過(guò)程中人工干預(yù)程度高,給運(yùn)行人員帶來(lái)了越來(lái)越大的壓力,從一定程度上講,也提高了誤操作的可能性,影響了電網(wǎng)的安全運(yùn)行水平。因此,從電氣操作的安全可靠性和提高工作效率的角度出發(fā),采用計(jì)算機(jī)軟件代替人工進(jìn)行自動(dòng)檢查并完成多個(gè)電氣操作,以實(shí)現(xiàn)變電站的程序化操作。

1 程序化操作設(shè)計(jì)思路

1.1 可靠性和安全性

鑒于程序化變電站的順序控制操作全部依托于計(jì)算機(jī)指令自動(dòng)完成,對(duì)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)可靠性提出了非常高的要求。為此,在渚東變電站程序化設(shè)計(jì)中,把如何提高計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)程序化操作的可靠性作為一個(gè)重要問(wèn)題來(lái)考慮。在順控邏輯庫(kù)從監(jiān)控后臺(tái)下載到遠(yuǎn)動(dòng)裝置過(guò)程中,采用了文件加密及嚴(yán)格的順控邏輯校驗(yàn)機(jī)制,嚴(yán)格保證下載的順控邏輯庫(kù)的正確性,并且采取定期的動(dòng)態(tài)校驗(yàn)手段,按預(yù)定的時(shí)間持續(xù)地檢驗(yàn)順控邏輯庫(kù)文件的完整性和正確性,一旦檢測(cè)到邏輯庫(kù)文件出現(xiàn)損壞或異常,則向監(jiān)控中心和后臺(tái)監(jiān)控報(bào)警并閉鎖順控操作,實(shí)現(xiàn)在操作前即發(fā)現(xiàn)故障存在的目的。另外,變電站監(jiān)控系統(tǒng)采用完備的順序操作邏輯校驗(yàn)及防誤閉鎖功能,即在任何操作方式下,都嚴(yán)格按照預(yù)定的步驟和控制條件執(zhí)行順控操作,一旦出現(xiàn)控制條件不符或異常情況,立即停止控制執(zhí)行并給出告警信息,對(duì)每一順控組控制對(duì)象的啟動(dòng),都要經(jīng)過(guò)選擇→反校→確認(rèn)的過(guò)程,防止后臺(tái)及監(jiān)控中心的誤操作。

系統(tǒng)的安全性也是程序化變電站需要著重考慮的重要問(wèn)題,為此,宜興 100kV渚東變電站從計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)通信、平臺(tái)安全、系統(tǒng)監(jiān)控操作等多方面考慮來(lái)提高順序控制的安全性。一方面,在遠(yuǎn)動(dòng)通信服務(wù)器上采用 Linux操作系統(tǒng)并集成防火墻技術(shù),通過(guò)專(zhuān)用的通信協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)端口實(shí)現(xiàn)順控邏輯庫(kù)的上裝和下載,以提高系統(tǒng)的安全性;另一方面,在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)上采用監(jiān)控系統(tǒng)獨(dú)立組網(wǎng),通過(guò)安全認(rèn)證設(shè)備與遠(yuǎn)方調(diào)度進(jìn)行通信,進(jìn)一步提高系統(tǒng)的安全性。

1.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案考慮

方案 1。由變電站的總控單元(或通信服務(wù)器)負(fù)責(zé)程序化操作執(zhí)行,程序化操作命令序列包存儲(chǔ)在總控單元(或通信服務(wù)器)內(nèi),監(jiān)控中心或后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)遙控命令啟動(dòng)總控單元(或通信服務(wù)器)內(nèi)的順序控制序列,完成順控功能。

方案 2。基于總控單元與保護(hù)測(cè)控設(shè)備配合完成程序化操作,即僅涉及 1個(gè)電氣間隔的操作程序執(zhí)行全部并由這個(gè)間隔對(duì)應(yīng)的測(cè)控保護(hù)設(shè)備完成,涉及多個(gè)電氣間隔的操作程序執(zhí)行并由監(jiān)控主機(jī)完成。

第 1種方案結(jié)構(gòu)清晰,程序化順控組全部可以由總控單元(通信服務(wù)器)完成,由于總控單元(通信服務(wù)器)與所有間隔層設(shè)備互聯(lián)并掌控了全站的所有信息,因此,在總控單元(通信服務(wù)器)既可以完成單元間隔的程序化控制,也可以完成跨間隔的程序化控制,且程序化控制順控組序列全部存儲(chǔ)在總控單元(通信服務(wù)器)內(nèi),保證全站順控庫(kù)的一致性比較容易,工程實(shí)施和維護(hù)都較為方便。

第 2種方案主要考慮到在間隔層的保護(hù)測(cè)控設(shè)備完成本間隔的順序控制,無(wú)通信上的延時(shí),順控執(zhí)行速度相對(duì)于通過(guò)通信協(xié)調(diào)順序控制速度更快,這種方式系統(tǒng)的離散性較大,工程實(shí)施和日后的維護(hù)都面臨一定的困難,裝置內(nèi)的順控信息主要靠被操作設(shè)備的狀態(tài)變位反映,進(jìn)一步的信息如邏輯出錯(cuò)、條件非法等信息無(wú)法傳送,導(dǎo)致程序化控制透明度低。

考慮到變電站綜自系統(tǒng)站內(nèi)以太網(wǎng)通信技術(shù)已經(jīng)發(fā)展得十分成熟,另外,工程所采用的遠(yuǎn)動(dòng)通信服務(wù)器具有系統(tǒng)性能可靠、軟硬件資源豐富的特點(diǎn),根據(jù)渚東變電站實(shí)際運(yùn)行條件,最終選擇方案 1。將程序化控制的執(zhí)行放到站控層中進(jìn)行,當(dāng)?shù)睾笈_(tái)監(jiān)控則完成順控票定義和管理、本地順控操作的啟動(dòng)、順控執(zhí)行過(guò)程監(jiān)測(cè)等功能。

1.3 程序化操作方式

實(shí)現(xiàn)線路或間隔的程序化操作,需要確定對(duì)象的所有運(yùn)行狀態(tài),然后根據(jù)運(yùn)行狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系配置順控票。以 20 kV出線為例,該線路共有運(yùn)行(R)、熱備用(W)、冷備用(C)、檢修 (S)4種狀態(tài),因此,各個(gè)狀態(tài)間的切換可以有以下 12種操作:R→W,R→W→C,R→W→C→S,W→C,W→C→S,C→S,W→R,C→W→R,S→C→W→R,C→W,S→C→W,S→C,分別對(duì)應(yīng)著 12個(gè)順控票,包含了從初始狀態(tài)到目標(biāo)狀態(tài)所要進(jìn)行的所有操作指令。

負(fù)責(zé)程序化控制執(zhí)行的遠(yuǎn)動(dòng)裝置接收到從本地后臺(tái)監(jiān)控或者遠(yuǎn)方主站發(fā)來(lái)的順控啟動(dòng)指令后,根據(jù)具體的順控指令以及當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)調(diào)出對(duì)應(yīng)的順控票配置文件,讀取文件中每一步操作步驟內(nèi)容,依次向站內(nèi)保護(hù)測(cè)控裝置發(fā)出遙控指令,直到該票中所有步驟執(zhí)行完成。

2 110kV渚東變電站程序化實(shí)施情況

2.1 站內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)功能劃分

110kV渚東變電站內(nèi)對(duì)程序化控制所需完成的功能進(jìn)行了劃分,包含程序控制邏輯定義(文件)、程序控制、日志管理等功能。其中程序控制邏輯定義(以下簡(jiǎn)稱(chēng)邏輯定義)采取預(yù)設(shè)的電氣操作組生成對(duì)應(yīng)的程序控制指令集,用于程序化控制軟件識(shí)別;程序控制即收到外部的程序控制命令后,取出對(duì)應(yīng)的邏輯定義,解析出指令集并按照指令集完成程序化控制;日志管理即記錄程序控制過(guò)程中失敗信息,用于分析失敗原因。

為了滿足程序化控制安全可靠的要求,程序化控制在邏輯定義中加入條件表達(dá)式和結(jié)果表達(dá)式,還加入了詞法、語(yǔ)法等檢查功能。程序在執(zhí)行每個(gè)指令前需判斷條件表達(dá)式是否滿足,如果滿足則發(fā)送控制命令至測(cè)控裝置,如果不滿足則中止操作并記錄原因。

全站程序控制邏輯定義管理也是系統(tǒng)管理需重點(diǎn)考慮的問(wèn)題,變電站內(nèi)間隔設(shè)備比較多,對(duì)應(yīng)的邏輯定義也非常多。因此,在邏輯定義編輯時(shí),首先考慮從通信服務(wù)器下載全站的程序控制邏輯定義,以保證程序控制邏輯定義的唯一性(防止定義混亂)。

2.2 監(jiān)控中心可視化操作的界面

原有程序化變電站在調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)上基本采用虛遙控點(diǎn)啟動(dòng)順控票,采用開(kāi)關(guān)、刀閘狀態(tài)及虛遙信點(diǎn)反映站內(nèi)順控票執(zhí)行的情況,這種方式存在以下 2個(gè)問(wèn)題:

(1)監(jiān)控中心操作界面不友好,操作員無(wú)法看到完整的順控票內(nèi)容,只能通過(guò)開(kāi)關(guān)、刀閘和虛遙信點(diǎn)的變位判斷順控票的執(zhí)行狀態(tài),操作不直觀,增加了操作監(jiān)視難度。

(2)在站內(nèi)后續(xù)維護(hù)或擴(kuò)建時(shí),站內(nèi)通信服務(wù)器的虛遙控點(diǎn)對(duì)應(yīng)的順控票有可能調(diào)整,如監(jiān)控中心未同步調(diào)整,存在順控票誤操作隱患。

針對(duì)以上問(wèn)題,在渚東變電站工程實(shí)施中提出了監(jiān)控中心的可視化順控操作方式,即在順控操作中增加了監(jiān)控中心順控票瀏覽確認(rèn)機(jī)制,把站內(nèi)遠(yuǎn)動(dòng)通信服務(wù)器內(nèi)的順控票上傳到監(jiān)控中心并以直觀操作票的模式展現(xiàn)給操作人員,通過(guò)瀏覽該順控票,確認(rèn)操作的正確性后,啟動(dòng)順控執(zhí)行。通過(guò)監(jiān)控中心順控票可視化確認(rèn)機(jī)制,大大增加了監(jiān)控中心程序化操作的可靠性,避免了因系統(tǒng)配置問(wèn)題導(dǎo)致誤操作的隱患。

2.2.1 監(jiān)控中心可視化順控操作的通信設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)此功能,渚東變電站與監(jiān)控中心的遠(yuǎn)動(dòng)通信協(xié)議 IEC61870-5-104進(jìn)行擴(kuò)展,通過(guò)文件傳輸服務(wù)來(lái)實(shí)現(xiàn)此功能。變電站通信服務(wù)器收到監(jiān)控中心的程序化控制命令后,把該命令對(duì)應(yīng)的順控票文件調(diào)入緩存,并上送該文件對(duì)應(yīng)的信息地址。然后,監(jiān)控中心發(fā)送該信息地址的文件召喚命令,通信服務(wù)器向監(jiān)控中心傳送該文件。文件傳輸結(jié)束后,監(jiān)控中心在界面顯示順控票內(nèi)容,由操作人員確認(rèn)后執(zhí)行。

可視化順控操作流程如下:

監(jiān)控中心:↓程序化操作遙控選擇

變電站:↑遙控選擇確認(rèn)

變電站:↑傳送操作票文件

監(jiān)控中心:↓程序化操作遙控執(zhí)行

變電站:→開(kāi)始執(zhí)行程序化操作

變電站:↑傳送程序化操作單步驟過(guò)程信息

(步驟成功 /失敗 /等待信號(hào))

……

變電站:↑傳送程序化操作單步驟過(guò)程信息(等待)

監(jiān)控中心:↓對(duì)變電站端等待的步驟,確認(rèn)繼續(xù)執(zhí)行

變電站:→繼續(xù)執(zhí)行程序化操作

……

{

……

監(jiān)控中心:↓程序化操作撤銷(xiāo)

變電站:↑傳送程序化操作結(jié)果信息(順控總成功 /失敗信號(hào))

}

……

變電站:↑傳送程序化操作結(jié)果信息(順控總成功 /失敗信號(hào))

2.2.2 監(jiān)控中心可視化順控界面設(shè)計(jì)

由于渚東變電站主接線相對(duì)復(fù)雜,操作程序種類(lèi)較多,在自動(dòng)化主站系統(tǒng)上采用了基于間隔設(shè)備狀態(tài)的操作分圖,分圖中有設(shè)備狀態(tài)切換關(guān)系圖、設(shè)備的動(dòng)作信息及保護(hù)軟硬壓板對(duì)應(yīng)方式等信息,具體布局如圖 1所示,具體程序化操作流程如圖 2所示。

圖1 自動(dòng)化系統(tǒng)間隔程序化操作布局

圖2 程序化操作流程

2.3 變電站與調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的通信方式

為實(shí)現(xiàn)監(jiān)控中心順控的可視化操作,對(duì)變電站與調(diào)度自動(dòng)化主站系統(tǒng)的通信協(xié)議 IEC61870-5-104進(jìn)行了擴(kuò)展,增加了文件傳輸服務(wù)功能。變電站通信服務(wù)器收到監(jiān)控中心的程序化控制命令后,把該命令對(duì)應(yīng)的順控票文件調(diào)入緩存,并上送該文件對(duì)應(yīng)的信息地址。監(jiān)控中心發(fā)送該信息地址的文件召喚命令,通信服務(wù)器向監(jiān)控中心傳送該文件。文件傳輸結(jié)束后,監(jiān)控中心界面顯示順控票內(nèi)容,由操作人員確認(rèn)后執(zhí)行。

3 程序化變電站的驗(yàn)收管理經(jīng)驗(yàn)

從 110kV渚東變電站成功投運(yùn)的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看,程序化操作的成功率決定于一次、二次設(shè)備的可靠性以及遠(yuǎn)動(dòng)通信設(shè)備的可靠性。因此,加強(qiáng)程序化變電站的驗(yàn)收工作及運(yùn)行管理是十分重要的。

(1)程序化變電站的程序化操作步驟必須按照調(diào)度典型任務(wù)票的內(nèi)容進(jìn)行編制,經(jīng)審核合格后,輸入通信服務(wù)器中,其操作步驟在驗(yàn)收時(shí)應(yīng)按照順控驗(yàn)收表的內(nèi)容進(jìn)行認(rèn)真核對(duì),確保其正確性。

(2)程序化變電所的“四遙信”驗(yàn)收工作量很大,為了縮短驗(yàn)收時(shí)間,不進(jìn)行重復(fù)性的驗(yàn)收工作,在能夠滿足驗(yàn)收要求的前提下,在做順控操作試驗(yàn)時(shí),對(duì)涵蓋相關(guān)遙控操作的信息一并進(jìn)行驗(yàn)收。

(3)考慮以后對(duì)該程序化變電所改擴(kuò)建工作,對(duì)運(yùn)行設(shè)備可采用模擬仿真方式驗(yàn)收變電站所有程序化操作票,并做一定比例的破壞邏輯試驗(yàn)。

(4)對(duì)出現(xiàn)“事故總信號(hào)”、“保護(hù)動(dòng)作”等信號(hào)的程序化操作系統(tǒng)必須可靠閉鎖并停止程序化操作的這一功能進(jìn)行驗(yàn)收。

4 結(jié)論

與傳統(tǒng)的操作方式相比,程序化操作可以大大提高勞動(dòng)效率,能有效降低變電站運(yùn)營(yíng)成本。110 kV渚東變電站程序化變電站的工程實(shí)踐證明,在變電站電氣一次、二次間隔設(shè)備的支持以及程序化操作系統(tǒng)在變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的拓展應(yīng)用下,能有效提高變電站自動(dòng)化水平和電網(wǎng)運(yùn)行水平,可以明顯提高變電站電氣倒閘的操作速度和效率。在程序化操作過(guò)程中,應(yīng)全面考慮操作的安全性、運(yùn)行方式的靈活性和操作效率等,采取完善的運(yùn)行維護(hù)管理制度,保證程序化操作的有效、持續(xù)實(shí)施。在電力企業(yè)越來(lái)越注重提高工作效率的今天,程序化操作能有效地縮短對(duì)用戶的停電時(shí)間,落實(shí)社會(huì)服務(wù)承諾,樹(shù)立企業(yè)良好形象,以實(shí)現(xiàn)供電事業(yè)與社會(huì)發(fā)展和諧雙贏的目標(biāo)。

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