智能變電站順控技術(shù)工程實踐

， ， ，，， ，(. 國網(wǎng)杭州供電公司，浙江 杭州 30000 ；．邯鄲慧龍電力設(shè)計研究有限公司，河北 邯鄲 056000)

0 引 言

應用在變電站設(shè)備的運行操作中的順序控制是指由順序控制服務根據(jù)操作票對變電站設(shè)備進行系列化操作，依據(jù)設(shè)備的執(zhí)行結(jié)果信息的變化來判斷每步操作是否到位，確認到位后自動或半自動執(zhí)行下一指令，直至執(zhí)行完成所有的指令[1]。

常規(guī)變電站站控層多采用IEC103規(guī)約，而保護裝置站控層通信采用私有規(guī)約，難以實現(xiàn)遠方切換定值區(qū)、遠方投退功能軟壓板、程序化控制等功能。其倒閘操作雖然已經(jīng)實現(xiàn)了自動化遠程操作，但仍需操作人員參與到每一項操作中，通過設(shè)備反饋的狀態(tài)信息來判斷操作是否正確，這種操作模式消耗大量人力和時間。智能變電站是建設(shè)堅強智能電網(wǎng)的重要組成部分，根據(jù)國網(wǎng)公司規(guī)劃，智能變電站已全面開展建設(shè)[2-3]。智能變電站最基本的智能控制包括順序操作、智能操作票、圖像聯(lián)動等。而順序控制是變電站智能控制的基礎(chǔ)。采用自動化系統(tǒng)實現(xiàn)倒閘操作的順序控制，通過程序、邏輯來自動判斷設(shè)備運行狀態(tài)的變化，避免了操作人員的來回檢查，提高了生產(chǎn)效率和供電可靠性，因此近年來智能變電站順控技術(shù)得到了較大發(fā)展。

1 對順序控制的要求

1.1 總體要求[1]

1) 變電站側(cè)宜具備完整順序控制功能，并支持主站(即調(diào)度端或集控中心)順序控制。

2) 遠方順序控制操作時操作票宜配置在I區(qū)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機，站內(nèi)順序控制操作時操作票宜配置在監(jiān)控主機中維護。

3) 順序控制需經(jīng)過五防邏輯校核，五防功能應由監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)。

4) 順序控制需具備操作合理性的自動判斷功能，且每步操作步驟需有一定的時間間隔，具備人工干涉的功能。順序控制需提供控制急停及暫停功能。

5) 順序控制宜具備與智能輔助控制系統(tǒng)接口，以支持與圖像監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動。

1.2 對設(shè)備的要求

1)實現(xiàn)順控操作的變電站設(shè)備應具備完善的防誤閉鎖功能。

2)實現(xiàn)順控的變電站保護設(shè)備應具備遠方投退軟壓板及遠方切換定值區(qū)功能。

3)實現(xiàn)順控操作的封閉式電氣設(shè)備(無法進行直接驗電)，其線路出口應安裝運行穩(wěn)定可靠的帶電顯示裝置，反映線路帶電情況并具備相關(guān)遙信功能。

4)實現(xiàn)順控操作的變電站母聯(lián)斷路器操作電源應具備遙控操作功能。

2 彩虹智能變電站概況

彩虹智能變電站[4](以下簡稱彩虹變)工程位于杭州市濱江區(qū)，目前工程規(guī)模：主變壓器為2×240 MVA；220 kV系統(tǒng)采用戶內(nèi)GIS，雙母接線，設(shè)專用母聯(lián)，出線6回；110 kV采用戶內(nèi)GIS，單母分段接線，出線6回；35 kV采用常規(guī)戶內(nèi)開關(guān)柜設(shè)備，出線5回。主變壓器配置2套電氣量保護和1套非電量保護。220 kV母線配置2套母差保護，220 kV線路配置2套線路保護，220 kV母聯(lián)配置2套母聯(lián)保護。110 kV母線配置1套母差保護，110 kV線路配置1套線路保護，110 kV母分配置1套母分保護，110 kV側(cè)還配置備自投1套。35 kV線路、母分各配置1套保測一體化裝置。如此大型的變電站內(nèi)，斷路器、隔離開關(guān)、軟壓板、空氣開關(guān)等設(shè)備數(shù)量極大，按常規(guī)逐步操作方式，在操作每個設(shè)備時，還要求操作人和監(jiān)護人輸入設(shè)備代碼、操作密碼進行驗證，耗費人力和時間巨大，且極易出錯。

3 彩虹變順控系統(tǒng)介紹

彩虹變測控裝置為南瑞繼保產(chǎn)品，保護裝置為南瑞繼保和四方繼保產(chǎn)品，監(jiān)控后臺為南瑞公司PCS-9700產(chǎn)品[5]。全站站控層采用IEC 61850規(guī)約統(tǒng)一建模、統(tǒng)一配置實現(xiàn)智能設(shè)備互操作，采用一體化信息平臺技術(shù)，支持電網(wǎng)實時自動控制等高級功能，全站網(wǎng)絡(luò)按分層分布式來實現(xiàn)站內(nèi)智能設(shè)備間的信息共享和互操作。彩虹變網(wǎng)絡(luò)在邏輯上分為站控層、間隔層和過程層3層[6]。在變電站層和間隔層之間的網(wǎng)絡(luò)通信采用抽象通信服務接口映射到制造報文規(guī)范(MMS)，站控層設(shè)備與間隔層設(shè)備間采用雙星型拓撲結(jié)構(gòu)以太網(wǎng)相連，即所有測控裝置、繼電保護裝置及監(jiān)控主機、故障錄波器、網(wǎng)絡(luò)分析儀、對時系統(tǒng)等，均接至MMS網(wǎng)。彩虹變站控層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 彩虹變站控層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

目前，彩虹變電站側(cè)具備順序控制功能，操作中心和調(diào)控中心不具備該功能。監(jiān)控系統(tǒng)集成了順控模塊，并嵌入了邏輯閉鎖軟件，結(jié)合間隔層測控裝置的防誤聯(lián)鎖模塊，對電氣設(shè)備的操作進行全程、實時的判別。在投產(chǎn)調(diào)試階段已對該監(jiān)控系統(tǒng)防誤和測控裝置中防誤進行了驗收，站內(nèi)五防邏輯與順序控制功能的交互是系統(tǒng)內(nèi)部的交互。

順控操作票系統(tǒng)分為不可修改式、可修改式和人工逐步輸入方式。不可修改式適用于典型操作，操作票一經(jīng)試驗、審批合格并存入系統(tǒng)后，操作人員無權(quán)修改，確保了操作的正確性，但缺乏靈活性。可修改式方便人工進行一定的修改、調(diào)整，具有一定的靈活性，但需管理好修改權(quán)限。人工逐步輸入方式可以靈活適應一些特殊操作，但也具有一定的風險。根據(jù)“安全高于一切”的理念，彩虹變順控典型操作票生成方式選用不可修改式。

彩虹變35 kV開關(guān)柜內(nèi)隔離開關(guān)、接地開關(guān)以及主變壓器35 kV側(cè)接地刀閘由于設(shè)備原因，目前無法順控。主變壓器、消弧線圈分接頭調(diào)整操作直接遙控進行，除220 kV母聯(lián)開關(guān)的控制電源小開關(guān)外的其余“控制操作電源小開關(guān)”的操作均未列入順控操作范圍。主變壓器的停復役操作是多間隔操作，已拆分為主變壓器220 kV側(cè)和110 kV側(cè)單間隔順序控制執(zhí)行。

根據(jù)文獻[1]中第5.1.1條：“順序控制應能完成相關(guān)設(shè)備運行、熱備用、冷備用三種狀態(tài)間的相互轉(zhuǎn)換”的要求，彩虹變目前可實現(xiàn)單間隔的運行態(tài)、熱備用態(tài)、冷備用態(tài)的相互轉(zhuǎn)換(運行態(tài)與熱備用態(tài)之間的轉(zhuǎn)換只是單步操作，彩虹變順控不實施兩態(tài)之間的轉(zhuǎn)換)。對于開關(guān)檢修態(tài)和線路檢修態(tài)，從設(shè)備情況來看，也可以實現(xiàn)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，但根據(jù)文獻[1]中第5.1.4條：“斷開或投入操作電源開關(guān)等操作不宜列入順序控制范圍”的要求，故彩虹變未將開關(guān)檢修態(tài)和線路檢修態(tài)列入順控操作。在保護和自動裝置方面，彩虹變可實現(xiàn)跳閘態(tài)和信號態(tài)之間的轉(zhuǎn)換。具體地講，220 kV設(shè)備順控“態(tài)”有正母運行態(tài)、副母運行態(tài)、正母熱備用態(tài)、副母熱備用態(tài)、冷備用態(tài)。110 kV設(shè)備順控“態(tài)”有運行態(tài)、熱備用態(tài)、冷備用態(tài)。220 kV和110 kV保護及自動化設(shè)備“態(tài)”有跳閘態(tài)和信號態(tài)。為方便后面實例理解，對220 kV線路(主變壓器220 kV側(cè))的相關(guān)“態(tài)”作一定的闡述[7]。

副母運行態(tài)的定義：

1) 開關(guān)→合位

2) 正母隔離開關(guān)→分位

3) 副母隔離開關(guān)→合位

4) 線路閘刀→合位

5) 開關(guān)母線側(cè)接地刀閘→分位

6) 開關(guān)線路側(cè)接地刀閘→分位

7) 線路接地刀閘→分位

8) 線路壓變二次交流電壓開關(guān)→接通

9) 第一路控制直流電源小開關(guān)→接通

10) 第二路控制直流電源小開關(guān)→接通

當間隔設(shè)備滿足以上狀態(tài)要求時，順控系統(tǒng)就認為其處于副母運行態(tài)。

冷備用態(tài)的定義：

1) 開關(guān)→分位

2) 正母隔離開關(guān)→分位

3) 副母隔離開關(guān)→分位

4) 線路隔離開關(guān)→分位

5) 開關(guān)母線側(cè)接地刀閘→分位

6) 開關(guān)線路側(cè)接地刀閘→分位

7) 線路接地刀閘→分位

8) 線路壓變二次交流電壓開關(guān)→切斷

9) 第一路控制直流電源小開關(guān)→接通

10) 第二路控制直流電源小開關(guān)→接通

當間隔設(shè)備滿足以上狀態(tài)要求時，順控系統(tǒng)就認為其處于冷備用態(tài)。

在順序控制的實現(xiàn)方式方面，彩虹變采用了集中式順控實施方式，在發(fā)起順控操作指令時，站端監(jiān)控主機、通信網(wǎng)關(guān)機將操作票解析分解成單步操作指令，并根據(jù)操作順序依次下發(fā)給測控裝置執(zhí)行，操作過程中的自動控制、操作條件判別和各類遙信、遙測的數(shù)據(jù)交換，都在監(jiān)控主機完成。

4 彩虹變順控實例

以較復雜的單間隔順控操作為例，來說明彩虹變順控操作的逐步實現(xiàn)過程。彩虹變220 kV線路順控狀態(tài)轉(zhuǎn)換如圖2所示。

圖2 彩虹變220 kV線路順控狀態(tài)轉(zhuǎn)換

操作任務：XX線由副母運行改冷備用

操作步驟如下：

1)檢查監(jiān)控后臺運行正常，在順控界面圖2中“副母運行態(tài)”點亮，表示XX線初始狀態(tài)為副母運行。點擊“冷備用態(tài)”，此時會彈出“輸入操作人密碼”對話框。

2)在“輸入操作人密碼”對話框中輸入身份驗證，點擊確認，若密碼正確，會彈出“順控”對話框，如圖3所示，框內(nèi)任務列表顯示了操作任務，核對任務正確后，點擊“調(diào)取”按鈕，將順控操作票從操作票數(shù)據(jù)庫存中調(diào)出，如圖4所示。

圖3 彩虹變順控對話框

圖4 彩虹變順控操作票

3)此時圖3中的“調(diào)取”按鈕變?yōu)椤邦A演”按鈕，點擊“預演”按鈕，程序開始模擬預演，預演過程中每一操作項都經(jīng)過了五防判斷，順控界面設(shè)備狀態(tài)跟隨“預演”的進度實時變化，預演成功結(jié)束時圖1中的“冷備用態(tài)”點亮，“順控”框彈出“確認”對話框。如預演失敗，預演程序會提示說明失敗原因。

4)預演成功點擊“順控”框彈出的“確認”后，圖3中“調(diào)取”位置的按鈕就變?yōu)椤皥?zhí)行”按鈕，點擊“執(zhí)行”按鈕，程序開始按照順序執(zhí)行每一步操作及設(shè)備狀態(tài)的檢查。操作過程中，對于一次設(shè)備，采用雙輔助接點遙信信號判斷設(shè)備狀態(tài)，對于軟壓板等數(shù)字信息則通過裝置的信息回傳來判斷。如因各方面原因(設(shè)備、通信等)導致程序無法執(zhí)行當前操作步驟或反饋條件不滿足狀態(tài)判斷條件的情況時，程序經(jīng)延時執(zhí)行超時告警信號，并自動暫停操作，提示操作人員核對狀態(tài)。若此時相應問題得到了解決(設(shè)備、通信等)，在順控界面點擊“繼續(xù)”按鈕，程序?qū)⒗^續(xù)執(zhí)行后續(xù)操作步驟。操作中每一步驟都有一定的時間間隔，當操作至“切斷XX線線路壓變二次電壓小開關(guān)”步驟時，順控程序自動暫停，并跳出人工操作提示，此時操作人員赴現(xiàn)場操作完XX線線路壓變二次電壓小空開，再返回順控界面，點擊“繼續(xù)”按鈕，順控程序繼續(xù)執(zhí)行后面的操作步驟。除了上述人工干預功能外，順控畫面還提供“急停”和“暫停”功能按鈕，對誤操作也提供了一定程度的挽救措施。

5 彩虹變順控方案的不足與建議

1) 順序控制功能未與視頻圖像監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動，順控過程一經(jīng)開始，操作人員只能通過遙信等信息查看設(shè)備狀態(tài)，建議至少在一次設(shè)備區(qū)安裝圖像聯(lián)動系統(tǒng)[8]，便于操作人員在順控執(zhí)行的過程中，通過視頻畫面直觀地觀察到操作過程中設(shè)備指示的變化以及操作結(jié)果等，也便于對異常狀態(tài)隨時進行人工干預。

2)順控操作票為不可修改式，遇有特殊操作時必須借助常規(guī)操作票進行常規(guī)操作，建議完善順控票編制和生成系統(tǒng)。

3)順控中“態(tài)”的定義沒有涉及到軟壓板，這樣的定義不完整，但如果全部參與判斷，那么就對順控“態(tài)”的判斷增加了更多的條件。若任一條件不滿足，就對應不到相應的“態(tài)”，程序無法識別設(shè)備狀態(tài)，設(shè)備可順控率降低。目前還沒有“態(tài)”定義的相關(guān)標準，建議加快此項標準制定。

4)對于操作后軟壓板狀態(tài)的判斷，程序只判斷最終狀態(tài)是需求狀態(tài)就認為操作正確，假如操作前軟壓板就是需求狀態(tài)，順控程序照樣可以進行，所以程序是否真正執(zhí)行難以判斷，目前只能加大操作人員的工作量，在操作前對于需要操作的軟壓板的原始狀態(tài)進行核對。

5)順控過程中的人工干預操作部分，程序尚不能對所有人工操作做出識別。對于將信號、狀態(tài)接入監(jiān)控系統(tǒng)的人工操作，在程序判斷出該步操作結(jié)束、位置正確后，操作人員只要點擊“繼續(xù)”按鈕即可進行剩余順控操作，但如果位置或狀態(tài)不正確，順控將無法進行下去。而對于一些信號、狀態(tài)未接入監(jiān)控系統(tǒng)的人工操作，程序?qū)Σ僮鹘Y(jié)果不加判別，操作人員只需點擊“繼續(xù)”按鈕即可進行剩余順控操作，有一定的安全風險。建議人工操作結(jié)束后，以對話框的形式確認該步操作結(jié)束，并再次進行身份驗

證后方可進行后續(xù)順控，這樣雖然增加了操作時間，但為安全操作又提供了一層保障。

6 結(jié) 語

在智能變電站中，順控技術(shù)能將傳統(tǒng)的操作票轉(zhuǎn)變?yōu)椴僮魅蝿眨瑢崿F(xiàn)復雜任務一鍵完成，節(jié)省了人力和時間，提高了生產(chǎn)效率，這在國網(wǎng)杭州供電公司220 kV彩虹智能變電站得到了較好的應用，但其系統(tǒng)建設(shè)和使用目前還沒有完整的標準，具體生產(chǎn)運行中還存在著較多問題，須根據(jù)設(shè)備情況做出及時、相應的調(diào)整。由于順控技術(shù)的高效性和可靠性，其必將在大規(guī)模、高電壓等級的智能變電站得到廣泛應用。

[1] 國家電網(wǎng)公司. 智能變電站順序控制技術(shù)導則：Q/GDW 11153-2014[S]．北京：中國電力出版社，2014.

[2] 國家電網(wǎng)公司. 智能變電站技術(shù)導則：Q/GDW 383-2009[S]．北京：中國電力出版社，2009.

[3] 馮軍. 智能變電站原理及測試技術(shù)[M]. 北京：中國電力出版社，2011.

[4] 艾飛. 220 kV彩虹變電站現(xiàn)場運行規(guī)程[Z]. 2015.

[5] 南京南瑞繼保電氣有限公司. PCS-9700廠站監(jiān)控系統(tǒng)說明書[Z].

[6] 邱智勇，陳健民，朱炳銓. 基于IEC 61850標準的500 kV三層結(jié)構(gòu)數(shù)字化變電站建設(shè)[J]. 電力系統(tǒng)自動化，2009，33(12)：103-107.

[7] 黃繼榮. 220 kV彩虹變電站順序控制典型操作票[Z]. 2015.

[8] 廖小君，黃忠勝，呂飛鵬. 智能變電站監(jiān)控與視頻系統(tǒng)聯(lián)動方式研究[J]. 四川電力技術(shù)，2014，37(5)：42-45.