可视化/程序化操作在宜兴 110kV变电站的应用

沈亮

(宜兴市供电公司,江苏 宜兴 214206)

0 引言

随着电网建设的飞速发展,变电站综合自动化技术也发展到了较高的水平。为了适应电网的发展,提高劳动生产率,变电站基本上实现了无人值班。但电网技术含量和设备性能的提高使网络构造、操作程序更为复杂,同时,电网覆盖面的扩大和基建的频繁又使各种操作量大大增加,也相应增加了操作的安全风险。一方面,大多数操作仍需要操作人员赶到变电站现场实施,耗费了大量的人力和时间;另一方面,随着操作密度的增加,操作过程中人工干预程度高,给运行人员带来了越来越大的压力,从一定程度上讲,也提高了误操作的可能性,影响了电网的安全运行水平。因此,从电气操作的安全可靠性和提高工作效率的角度出发,采用计算机软件代替人工进行自动检查并完成多个电气操作,以实现变电站的程序化操作。

1 程序化操作设计思路

1.1 可靠性和安全性

鉴于程序化变电站的顺序控制操作全部依托于计算机指令自动完成,对计算机监控系统可靠性提出了非常高的要求。为此,在渚东变电站程序化设计中,把如何提高计算机监控系统程序化操作的可靠性作为一个重要问题来考虑。在顺控逻辑库从监控后台下载到远动装置过程中,采用了文件加密及严格的顺控逻辑校验机制,严格保证下载的顺控逻辑库的正确性,并且采取定期的动态校验手段,按预定的时间持续地检验顺控逻辑库文件的完整性和正确性,一旦检测到逻辑库文件出现损坏或异常,则向监控中心和后台监控报警并闭锁顺控操作,实现在操作前即发现故障存在的目的。另外,变电站监控系统采用完备的顺序操作逻辑校验及防误闭锁功能,即在任何操作方式下,都严格按照预定的步骤和控制条件执行顺控操作,一旦出现控制条件不符或异常情况,立即停止控制执行并给出告警信息,对每一顺控组控制对象的启动,都要经过选择→反校→确认的过程,防止后台及监控中心的误操作。

系统的安全性也是程序化变电站需要着重考虑的重要问题,为此,宜兴 100kV渚东变电站从计算机操作系统、网络通信、平台安全、系统监控操作等多方面考虑来提高顺序控制的安全性。一方面,在远动通信服务器上采用 Linux操作系统并集成防火墙技术,通过专用的通信协议和网络端口实现顺控逻辑库的上装和下载,以提高系统的安全性;另一方面,在网络架构上采用监控系统独立组网,通过安全认证设备与远方调度进行通信,进一步提高系统的安全性。

1.2 系统结构方案考虑

方案 1。由变电站的总控单元(或通信服务器)负责程序化操作执行,程序化操作命令序列包存储在总控单元(或通信服务器)内,监控中心或后台监控系统通过遥控命令启动总控单元(或通信服务器)内的顺序控制序列,完成顺控功能。

方案 2。基于总控单元与保护测控设备配合完成程序化操作,即仅涉及 1个电气间隔的操作程序执行全部并由这个间隔对应的测控保护设备完成,涉及多个电气间隔的操作程序执行并由监控主机完成。

第 1种方案结构清晰,程序化顺控组全部可以由总控单元(通信服务器)完成,由于总控单元(通信服务器)与所有间隔层设备互联并掌控了全站的所有信息,因此,在总控单元(通信服务器)既可以完成单元间隔的程序化控制,也可以完成跨间隔的程序化控制,且程序化控制顺控组序列全部存储在总控单元(通信服务器)内,保证全站顺控库的一致性比较容易,工程实施和维护都较为方便。

第 2种方案主要考虑到在间隔层的保护测控设备完成本间隔的顺序控制,无通信上的延时,顺控执行速度相对于通过通信协调顺序控制速度更快,这种方式系统的离散性较大,工程实施和日后的维护都面临一定的困难,装置内的顺控信息主要靠被操作设备的状态变位反映,进一步的信息如逻辑出错、条件非法等信息无法传送,导致程序化控制透明度低。

考虑到变电站综自系统站内以太网通信技术已经发展得十分成熟,另外,工程所采用的远动通信服务器具有系统性能可靠、软硬件资源丰富的特点,根据渚东变电站实际运行条件,最终选择方案 1。将程序化控制的执行放到站控层中进行,当地后台监控则完成顺控票定义和管理、本地顺控操作的启动、顺控执行过程监测等功能。

1.3 程序化操作方式

实现线路或间隔的程序化操作,需要确定对象的所有运行状态,然后根据运行状态之间的转换关系配置顺控票。以 20 kV出线为例,该线路共有运行(R)、热备用(W)、冷备用(C)、检修 (S)4种状态,因此,各个状态间的切换可以有以下 12种操作: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,分别对应着 12个顺控票,包含了从初始状态到目标状态所要进行的所有操作指令。

负责程序化控制执行的远动装置接收到从本地后台监控或者远方主站发来的顺控启动指令后,根据具体的顺控指令以及当前的运行状态调出对应的顺控票配置文件,读取文件中每一步操作步骤内容,依次向站内保护测控装置发出遥控指令,直到该票中所有步骤执行完成。

2 110kV渚东变电站程序化实施情况

2.1 站内监控系统功能划分

110kV渚东变电站内对程序化控制所需完成的功能进行了划分,包含程序控制逻辑定义(文件)、程序控制、日志管理等功能。其中程序控制逻辑定义(以下简称逻辑定义)采取预设的电气操作组生成对应的程序控制指令集,用于程序化控制软件识别;程序控制即收到外部的程序控制命令后,取出对应的逻辑定义,解析出指令集并按照指令集完成程序化控制;日志管理即记录程序控制过程中失败信息,用于分析失败原因。

为了满足程序化控制安全可靠的要求,程序化控制在逻辑定义中加入条件表达式和结果表达式,还加入了词法、语法等检查功能。程序在执行每个指令前需判断条件表达式是否满足,如果满足则发送控制命令至测控装置,如果不满足则中止操作并记录原因。

全站程序控制逻辑定义管理也是系统管理需重点考虑的问题,变电站内间隔设备比较多,对应的逻辑定义也非常多。因此,在逻辑定义编辑时,首先考虑从通信服务器下载全站的程序控制逻辑定义,以保证程序控制逻辑定义的唯一性(防止定义混乱)。

2.2 监控中心可视化操作的界面

原有程序化变电站在调度自动化系统上基本采用虚遥控点启动顺控票,采用开关、刀闸状态及虚遥信点反映站内顺控票执行的情况,这种方式存在以下 2个问题:

(1)监控中心操作界面不友好,操作员无法看到完整的顺控票内容,只能通过开关、刀闸和虚遥信点的变位判断顺控票的执行状态,操作不直观,增加了操作监视难度。

(2)在站内后续维护或扩建时,站内通信服务器的虚遥控点对应的顺控票有可能调整,如监控中心未同步调整,存在顺控票误操作隐患。

针对以上问题,在渚东变电站工程实施中提出了监控中心的可视化顺控操作方式,即在顺控操作中增加了监控中心顺控票浏览确认机制,把站内远动通信服务器内的顺控票上传到监控中心并以直观操作票的模式展现给操作人员,通过浏览该顺控票,确认操作的正确性后,启动顺控执行。通过监控中心顺控票可视化确认机制,大大增加了监控中心程序化操作的可靠性,避免了因系统配置问题导致误操作的隐患。

2.2.1 监控中心可视化顺控操作的通信设计

为实现此功能,渚东变电站与监控中心的远动通信协议 IEC61870-5-104进行扩展,通过文件传输服务来实现此功能。变电站通信服务器收到监控中心的程序化控制命令后,把该命令对应的顺控票文件调入缓存,并上送该文件对应的信息地址。然后,监控中心发送该信息地址的文件召唤命令,通信服务器向监控中心传送该文件。文件传输结束后,监控中心在界面显示顺控票内容,由操作人员确认后执行。

可视化顺控操作流程如下:

监控中心:↓程序化操作遥控选择

变电站:↑遥控选择确认

变电站:↑传送操作票文件

监控中心:↓程序化操作遥控执行

变电站:→开始执行程序化操作

变电站:↑传送程序化操作单步骤过程信息

(步骤成功 /失败 /等待信号)

……

变电站:↑传送程序化操作单步骤过程信息(等待)

监控中心:↓对变电站端等待的步骤,确认继续执行

变电站:→继续执行程序化操作

……

{

……

监控中心:↓程序化操作撤销

变电站:↑传送程序化操作结果信息(顺控总成功 /失败信号)

}

……

变电站:↑传送程序化操作结果信息(顺控总成功 /失败信号)

2.2.2 监控中心可视化顺控界面设计

由于渚东变电站主接线相对复杂,操作程序种类较多,在自动化主站系统上采用了基于间隔设备状态的操作分图,分图中有设备状态切换关系图、设备的动作信息及保护软硬压板对应方式等信息,具体布局如图 1所示,具体程序化操作流程如图 2所示。

图1 自动化系统间隔程序化操作布局

图2 程序化操作流程

2.3 变电站与调度自动化系统的通信方式

为实现监控中心顺控的可视化操作,对变电站与调度自动化主站系统的通信协议 IEC61870-5-104进行了扩展,增加了文件传输服务功能。变电站通信服务器收到监控中心的程序化控制命令后,把该命令对应的顺控票文件调入缓存,并上送该文件对应的信息地址。监控中心发送该信息地址的文件召唤命令,通信服务器向监控中心传送该文件。文件传输结束后,监控中心界面显示顺控票内容,由操作人员确认后执行。

3 程序化变电站的验收管理经验

从 110kV渚东变电站成功投运的经验来看,程序化操作的成功率决定于一次、二次设备的可靠性以及远动通信设备的可靠性。因此,加强程序化变电站的验收工作及运行管理是十分重要的。

(1)程序化变电站的程序化操作步骤必须按照调度典型任务票的内容进行编制,经审核合格后,输入通信服务器中,其操作步骤在验收时应按照顺控验收表的内容进行认真核对,确保其正确性。

(2)程序化变电所的“四遥信”验收工作量很大,为了缩短验收时间,不进行重复性的验收工作,在能够满足验收要求的前提下,在做顺控操作试验时,对涵盖相关遥控操作的信息一并进行验收。

(3)考虑以后对该程序化变电所改扩建工作,对运行设备可采用模拟仿真方式验收变电站所有程序化操作票,并做一定比例的破坏逻辑试验。

(4)对出现“事故总信号”、“保护动作”等信号的程序化操作系统必须可靠闭锁并停止程序化操作的这一功能进行验收。

4 结论

与传统的操作方式相比,程序化操作可以大大提高劳动效率,能有效降低变电站运营成本。110 kV渚东变电站程序化变电站的工程实践证明,在变电站电气一次、二次间隔设备的支持以及程序化操作系统在变电站自动化系统的拓展应用下,能有效提高变电站自动化水平和电网运行水平,可以明显提高变电站电气倒闸的操作速度和效率。在程序化操作过程中,应全面考虑操作的安全性、运行方式的灵活性和操作效率等,采取完善的运行维护管理制度,保证程序化操作的有效、持续实施。在电力企业越来越注重提高工作效率的今天,程序化操作能有效地缩短对用户的停电时间,落实社会服务承诺,树立企业良好形象,以实现供电事业与社会发展和谐双赢的目标。

[1]丁泉,朱来强,胡道徐,等.变电站的程序化操作及远动装置在其中的应用[J].电力自动化设备,2007,27(8):119-121.

[2]唐涛.电力系统厂站自动化技术的发展与展望[J].电力系统自动化,2004,28(4):92-97.

[3]胡道徐,石建.为变电站自动化设备定制 Linux系统[J].电力自动化设备,2003,23(2):71-72.