綜合自動化系統(tǒng)在超高壓變電站的應(yīng)用

薛志國

（河南省電力公司安陽供電公司，河南 安陽 455000）

變電站綜合自動化系統(tǒng)是利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)和信息處理技術(shù)等實(shí)現(xiàn)對變電站二次設(shè)備的功能進(jìn)行重新組合、優(yōu)化設(shè)計(jì)，對變電站全部設(shè)備的運(yùn)行情況執(zhí)行監(jiān)視、測量、控制和協(xié)調(diào)的一種綜合性的自動化系統(tǒng)。通過變電站綜合自動化系統(tǒng)內(nèi)各設(shè)備間相互交換信息，數(shù)據(jù)共享，完成變電站運(yùn)行監(jiān)視和控制任務(wù)。變電站綜合自動化是提高變電站安全穩(wěn)定運(yùn)行水平、降低運(yùn)行維護(hù)成本、提高經(jīng)濟(jì)效益、向用戶提供高質(zhì)量電能的一項(xiàng)重要技術(shù)措施。

洹安 500kV變電站是豫北第一座 500kV變電站，是華北、華中聯(lián)網(wǎng)的重要樞紐。它的建成改善了華中電網(wǎng)500kV主網(wǎng)結(jié)構(gòu)，提高了500kV系統(tǒng)的供電可靠性。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理

洹安500kV變電站采用國電南瑞NS2000變電站綜合自動化系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用分層、分布式結(jié)構(gòu)，并按一次設(shè)備電壓等級在現(xiàn)場分別以保護(hù)小室方式分散布置。系統(tǒng)分為兩層：站控層和間隔層。站控層與間隔層之間通過以太網(wǎng)相連。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 洹安500kV變電站綜合自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

1.1 站控層系統(tǒng)

站控層由主/備機(jī)、2臺操作員工作站、1臺工程師工作站、1臺五防工作站、2套與四級調(diào)度中心通信的遠(yuǎn)動工作站及1套GPS裝置等設(shè)備組成，全面提供變電站設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)視、控制、信息記錄與分析等功能。操作員工作站是運(yùn)行人員對設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制的人機(jī)接口，主要完成圖形顯示、告警及事件發(fā)布，各種報(bào)表及曲線顯示、系統(tǒng)自診斷信息顯示、操作員權(quán)限管理、控制操作、歷史數(shù)據(jù)查詢等功能。工程師工作站負(fù)責(zé)全站的程序開發(fā)，系統(tǒng)診斷及維護(hù)，控制系統(tǒng)狀態(tài)，數(shù)據(jù)庫和畫面的編輯及修改。微機(jī)五防工作站存有各設(shè)備的防誤閉鎖邏輯，具備操作票生成、編輯、存儲、檢索以及打印等功能。遠(yuǎn)動工作站采用NSC200系列通信控制器，主要完成變電站與地調(diào)、省調(diào)、網(wǎng)調(diào)、國調(diào)遠(yuǎn)動通信功能。GPS裝置可使所有與之相聯(lián)的間隔層測控和保護(hù)裝置都嚴(yán)格保持時(shí)鐘同步，以保證SOE事件的一致性和可靠性。站控層設(shè)備通過以太網(wǎng)與GPS通信，實(shí)現(xiàn)軟件對時(shí)。

1.2 間隔層系統(tǒng)

間隔層是繼電保護(hù)、測控裝置層，用于采集變電站現(xiàn)場設(shè)備的各種電氣量和狀態(tài)量，同時(shí)站控層通過間隔層實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的遙控。各間隔相互獨(dú)立，僅通過通信網(wǎng)互連。洹安500kV變電站間隔層按電壓等級分別設(shè)置了2個(gè)500kV保護(hù)室、1個(gè)220kV保護(hù)室，1個(gè)主變保護(hù)室，對相關(guān)設(shè)備進(jìn)行保護(hù)和測控。測控單元采用南瑞NSD500系列測控裝置，它既采集本間隔的實(shí)時(shí)信號，又可與本間隔內(nèi)的其他保護(hù)裝置通信，同時(shí)通過交換式雙以太網(wǎng)接口直接上網(wǎng)與站控層計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相連，構(gòu)成面向?qū)ο蟮姆植际阶冸娬居?jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。測控裝置除完成常規(guī)的數(shù)據(jù)采集外，還可實(shí)現(xiàn)記錄、監(jiān)視和控制功能，完成監(jiān)控系統(tǒng)基本數(shù)據(jù)庫的生成和存儲。間隔層測控單元與其他保護(hù)裝置共享網(wǎng)絡(luò)通道，全站數(shù)據(jù)共享，實(shí)現(xiàn)全站控制操作的邏輯閉鎖。測控裝置與后臺系統(tǒng)之間的通信符合TCP/IP協(xié)議要求。

1.3 監(jiān)控系統(tǒng)與繼電保護(hù)及自動裝置的通訊

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)與繼電保護(hù)及自動裝置間通過繼電保護(hù)管理機(jī)接口。洹安500kV變電站保護(hù)信息管理子站由1面GNSM800保護(hù)信息管理柜和3面GNSI800保護(hù)信息接入柜組成。GNSM800保護(hù)信息管理柜放置在52保護(hù)室，該柜含有NSM800保護(hù)管理機(jī)和 NSI800保護(hù)信息接入裝置；GNSI800保護(hù)信息接入柜分別放置在 51保護(hù)室、21保護(hù)室及主變保護(hù)室，該柜含有NSI800保護(hù)信息接入裝置。NSI800裝置負(fù)責(zé)采集本保護(hù)室保護(hù)裝置信息；NSM800保護(hù)管理機(jī)負(fù)責(zé)收集本保護(hù)室和其他各保護(hù)室NSI800裝置采集的信息，并通過光纜連接至調(diào)度專網(wǎng)設(shè)備，將保護(hù)信息分別上傳至國調(diào)、華中網(wǎng)調(diào)、河南省調(diào)，并通過光纜將信息送至控制室監(jiān)視終端。各保護(hù)室保護(hù)裝置通過以太網(wǎng)口或485接口接入NSI800裝置。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)通過保護(hù)管理機(jī)與各裝置進(jìn)行信息交換，對站內(nèi)所有保護(hù)、自動裝置進(jìn)行實(shí)時(shí)查詢，實(shí)現(xiàn)裝置量側(cè)數(shù)據(jù)、開入信息、壓板狀態(tài)等信息的采集和整理，并能遠(yuǎn)方復(fù)歸保護(hù)及自動裝置。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障引起保護(hù)動作時(shí)，子站系統(tǒng)可及時(shí)采集保護(hù)事件信息，就地形成裝置動作報(bào)告并上傳主站。

2 系統(tǒng)功能

1）數(shù)據(jù)采集與處理

通過總控單元對變電站各種模擬量、開關(guān)量、電能量、保護(hù)信息等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集, 傳至監(jiān)控系統(tǒng)作實(shí)時(shí)處理，定時(shí)更新數(shù)據(jù)庫及顯示畫面，為系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)其他功能提供必需的運(yùn)行信息。

2）畫面生成及顯示

畫面顯示的內(nèi)容包括電氣接線圖、設(shè)備配置圖、運(yùn)行工況圖、電壓棒圖、實(shí)時(shí)參數(shù)曲線圖、各種信息報(bào)告及運(yùn)行報(bào)表等。

3）安全監(jiān)視

監(jiān)控系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，對采集的電流、電壓、主變溫度、頻率等量要不斷進(jìn)行越限監(jiān)視，如發(fā)現(xiàn)越限，立刻發(fā)出告警信號，每個(gè)告警均有時(shí)間、告警信息及確認(rèn)狀態(tài)。另外，還要監(jiān)視保護(hù)裝置是否失電，自控裝置是否正常等。

4）操作控制

運(yùn)行人員經(jīng)鍵盤或鼠標(biāo)在屏幕所顯示的畫面上對各可控設(shè)備進(jìn)行分/合，投/退等控制操作，對各可調(diào)設(shè)備進(jìn)行升/降等調(diào)節(jié)控制。系統(tǒng)軟件對閉鎖條件進(jìn)行檢查，對不滿足閉鎖條件的控制，操作系統(tǒng)拒絕執(zhí)行，并在屏幕上顯示拒絕原因。 此外，還可在間隔層測控裝置上對設(shè)備進(jìn)行就地控制功能。

5）順序事件記錄及事故追憶

順序事件記錄包括斷路器跳合閘記錄，保護(hù)及自動裝置的動作順序記錄，斷路器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)、變壓器分接頭等操作順序記錄，模擬輸入信號超出正常范圍等。事故追憶范圍為事故前1min到事故后2min的所有相關(guān)模擬量值，根據(jù)不同的觸發(fā)條件可以選擇必要的模擬量進(jìn)行記錄產(chǎn)生事件追憶表，以便事故分析。

除上述功能外還具有：運(yùn)行管理、時(shí)鐘同步、防誤閉鎖、故障測距、系統(tǒng)自診斷與恢復(fù)以及與其他設(shè)備接口等功能。

3 存在問題及建議

綜合自動化系統(tǒng)是提高變電站安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行的一項(xiàng)重要技術(shù)措施。洹安500kV變電站綜合自動化系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中總體是穩(wěn)定的，但也存在一些問題，以下就這些問題提出一些建議。

1）抗干擾能力有待加強(qiáng)

后臺監(jiān)控機(jī)經(jīng)常會上傳一些誤發(fā)的干擾信號，這嚴(yán)重干擾了運(yùn)行人員的正常監(jiān)控和準(zhǔn)確判斷，有時(shí)會造成一些重要信息被遺漏，給變電站安全運(yùn)行帶來隱患。建議設(shè)計(jì)合理的線路布局和采用先進(jìn)制造工藝，切斷各種電磁耦合的途徑，采取有效屏蔽隔離措施，從而避免造成誤發(fā)信號。

2）事故時(shí)告警信息不易查看

當(dāng)事故情況發(fā)生時(shí)，告警信息連續(xù)不斷地發(fā)出，告警窗口信息條連續(xù)不停地滾動，使運(yùn)行人員無法直觀明了地查看告警信息，導(dǎo)致運(yùn)行人員不能迅速判斷故障類型，記錄相關(guān)信息，延誤事故處理時(shí)間。建議對所有模擬量和狀態(tài)量變位進(jìn)行分類，并用不同顏色加以區(qū)分，當(dāng)變電站發(fā)生異常及事故時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)將各個(gè)量分類顯示在不同的告警子窗口中，告警子窗口間可以相互進(jìn)行切換，以便直觀清晰地查看各類告警信息。

3）運(yùn)行可靠性有待提高

綜合自動化系統(tǒng)后臺監(jiān)控機(jī)在運(yùn)行中會出現(xiàn)反應(yīng)速度慢、死機(jī)等現(xiàn)象，有時(shí)不得不重啟監(jiān)控主機(jī)，給系統(tǒng)正常運(yùn)行帶來安全隱患。主機(jī)CPU占用率過高、硬盤容量及系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)資源不足是導(dǎo)致監(jiān)控后臺機(jī)速度慢、死機(jī)的重要原因。建議后臺廠家定期升級監(jiān)控程序版本、更換高性能CPU及大容量硬盤，保證監(jiān)控主機(jī)可靠、穩(wěn)定運(yùn)行。

4）網(wǎng)絡(luò)通信不暢

綜合自動化系統(tǒng)后臺監(jiān)控機(jī)有時(shí)會發(fā)生與某一微機(jī)保護(hù)裝置的網(wǎng)絡(luò)中斷，若在網(wǎng)絡(luò)中斷期間發(fā)生事故，監(jiān)控后臺機(jī)將接收不到故障信息，影響變電站安全穩(wěn)定運(yùn)行。建議完善系統(tǒng)定時(shí)自檢、自診斷、自恢復(fù)處理功能，同時(shí)利用保護(hù)裝置定檢期間升級保護(hù)裝置版本，保持網(wǎng)絡(luò)暢通。

5）部分功能有待增加

目前綜合自動化系統(tǒng)的功能還不夠完善，例如直流系統(tǒng)僅將母線電壓上傳至后臺監(jiān)控機(jī)，電流、開關(guān)量及電池巡檢儀檢測到的蓄電池的相關(guān)數(shù)據(jù)僅傳輸至直流分屏，未上傳至后臺監(jiān)控機(jī)，運(yùn)行人員無法在監(jiān)控后臺實(shí)時(shí)監(jiān)測直流系統(tǒng)的相關(guān)數(shù)據(jù)，給運(yùn)行維護(hù)工作帶來不便。建議增加綜合自動化系統(tǒng)的功能，擴(kuò)大監(jiān)控范圍。

4 結(jié)論

洹安 500kV變電站綜合自動化系統(tǒng)的成功投運(yùn)，提高了變電運(yùn)行管理現(xiàn)代化水平，對保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行和提高供電可靠性具有重要意義。隨著變電站綜合自動化系統(tǒng)可靠性的不斷提高和功能的不斷完善，其優(yōu)越性將進(jìn)一步體現(xiàn)出來。變電站綜合自動化系統(tǒng)將在生產(chǎn)中得到更加廣泛的應(yīng)用。

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