特高压练塘站自动化系统并网运行的分析与研究

张 蓉，李 敏

（1.上海交通大学，上海 200030；2.国网上海市电力公司检修公司，上海 200063）

特高压皖电东送工程的沪西站是落地在上海的第一个1 000kV交流特高压变电站，与晋东南—南阳—荆门特高压交流工程的3座变电站不同的是，沪西站是在原有500kV练塘站的基础上升压扩建而成，故在投运后命名为1 000kV特高压练塘站。为区分方便，本文将原有500kV练塘站简称为练塘站，新建1 000kV特高压练塘站简称为沪西站。沪西站按照一体化监控智能站设计，与练塘站统筹考虑，一体化布置。沪西站投运后，两站运行监控将由练塘站切换到沪西站。两站电压等级高、规模大，这对监控系统的安全性和可靠性提出了更高的要求。

特高压沪西站自动化系统并网运行的实施，不仅需要考虑练塘站已运行部分的数据正确的迁移到新系统，从技术上保障新系统图库与现场已运行一次设备的一致性；还需要考虑现场调试工作对已运行部分的影响，保障练塘站已运行部分的安全稳定运行。

1 练塘站自动化网络通信结构

练塘站自动化系统采用分层分布式结构（见图1），包括站控层和间隔层。其中间隔层完成数据的采集、测量控制和保护功能，并将采集和处理后的数据信号，经报文编制规范（MMS）网络传输到站控层。站控层完成全站数据处理、运行监视、控制及信息远传功能。站控层包括监控系统、远动系统、故障信息子系统、五防；间隔层包括保护装置、测控装置。间隔层和站控层之间通信全面采用数字化变电站通信标准IEC 61850。

为提高系统可靠性，两层之间通信采用双星形光纤以太网（图1中MMS A网和B网）。沪西站仍将采用该自动化网络通信结构，全面采用IEC 61850标准。

2 自动化并网前的准备——模拟对点

由于练塘站在电网中起着至关重要的作用，所以此次并网调试、试验均需要在练塘站不停电的情况下进行。既不能影响练塘站的运行，又要保证练塘站接入系统的正确性，这对并网提出了很高的要求。因此提出了“模拟对点”的方案来实现练塘站平滑地切入沪西站新监控系统，即在沪西变现场进行练塘站设备的模拟验证。模拟对点的实现方案如图2所示。

图2 模拟对点实现方案图

在站控层中，沪西站CSGC3000监控主机将替代练塘站的监控主机CSC2000（V2）。投运后，所有监盘、操作、报表等均在沪西站监控主机上完成，因此需导入沪西站和练塘站所有的数据；沪西五防主机替代练塘站五防机，包括了沪西站和练塘站所有的闭锁逻辑；沪西站远动主机包括沪西站和练塘站的数据，并与调度建立连接。

在间隔层中，除了新增的1 000kV保护测控单元、主变及110kV保护测控单元外，特别部署了多台计算机作为练塘站装置模拟机，在每个计算机中加载练塘站所有设备的系统配置文件（SCD模型文件）。

练塘站的间隔层和站控层全面采用IEC 61850标准通信，其继电保护、测控单元、远动设备、后台监控系统、保护子站、故障录波等专业集成了多家公司的二十余种型号的产品，这些装置均按IEC 61850标准模型建模。通过设计系统配置器，以设备能力描述文件（ICD）和系统描述文件（SSD）为输入，经过系统集成商的干预，输出供监控系统和远动使用的系统配置文件（SCD）和间隔层装置配置描述文件（CID）［2］。

配置过程文件的流程如图3所示。

模拟机中的软件就是通过分析原始SCD文件，提取出各装置的CID模型文件后，将该模型文件模拟成实际在运行的装置，如同实际装置运行一样，同时生成IEC 61850运行所需的datamap，logcfg，osicfg等文件，沪西站监控系统就可以把它当做一个实际在运行的保护或测控装置［3］。

图1 练塘站自动化网络通信结构示意图［1］

图3 系统配置流程图

在模拟机中解析出各数据集，可以对其中的遥信进行置数对点，设置遥测变化来核对，设置定值以供沪西监控调取，修改等。其中最重要的是遥控对点功能，当沪西监控对模拟机的一个间隔开关或闸刀进行遥控时，模拟机会根据收到的遥控命令来模拟开关或闸刀的实际变位，以此来确认控点的正确性。也可以通过设置，在沪西监控进行遥控的时候，模拟机界面弹出对话框，告知沪西监控遥控的是具体哪个设备，对话框会提示原SCD中建模时的控点名称，以此来保证准确性。模拟机同时具有雪崩实验等功能，能够模拟实际运行时有很多遥信遥测上送而导致的网络流量变化很大的问题，这对于站内有众多设备需要模拟的情况来说很有必要。

本次并网前采用6台计算机模拟练塘站的装置与沪西站的新监控系统进行模拟对点试验。在每台模拟机上模拟练塘各装置的遥信、遥测点，从沪西站CSGC3000／SA监控主机和练塘站CSC2000（V2）监控主机上核对信号是否一致，并与调度端核对数据。从CSGC3000监控主机上进行单点遥控操作，然后从V2监控主机上进行同样的操作，核对操作结果是否一致。通此次模拟对点工作（包括遥控、遥信、遥测的所有采样点），可以保证练塘站数据与沪西站新监控系统中练塘站的数据的正确性，具备并网运行条件。使用模拟机来进行信号核对其准确性、实用性以及便利性在本次工程中得到充分的验证，未出现遥信遥测错误甚至遥控错误的问题。

3 自动化系统并网

沪西站投入运行后，练塘站的运行监控将全部切换到沪西站实行（见图4）。从图4可以看，所有的二次设备，包括各电压等级的保护设备、测控设备、故障录波器、保护子站等，均以IEC 61850通信规约通过MMS网口直接接至MMS网上。因此，需要将练塘站原有二次设备，通过练塘站计算机室站控层交换机，级联到沪西站计算机室站控层交换机，完成全站网络的互联互通。

3.1 五防工程制作及校核

将练塘站优特五防主机迁移到沪西，优特五防按照间隔扩建的方式进行。优特五防提供的IEC 61850模型，与练塘站模型具备一致性。监控按照模型重载的方式，加载优特五防新模型，不影响原有设备闭锁点，从而不影响原有五防配置。监控配置新增设备的遥控逻辑，串联优特五防上送的设备闭锁点，并进行五防闭锁验证。

图4 沪西站与练塘站网络互联示意图

3.2 监控迁移及校核

首先将练塘站操作员站B迁移到沪西站，开通练塘到沪西的级联网络，练塘站与沪西站形成一个统一网络。开启迁移到沪西的原练塘操作员站B。参照部署在沪西站的练塘操站操作员站B主机，对沪西站监控进行功能验证，验证过程中，练塘CSC2000（V2）监控作为备用系统。验证阶段结束后，关闭练塘站原有运行的CSC2000V2监控系统。

3.3 远动迁移及校核

断开练塘站原有远动AB主机接入、转出网络。1 000kV练塘站自动化系统并网后网络通信结构示意图如图5所示。沪西站I区通信网关AB机接入、转出插件接通网络，采用练塘站远动主机IP与主站通信。与主站核对练塘站运行数据的一致性。进行沪西新增部分的传动实验。验证无误后，关闭练塘站原有远动主机A、B。

4 自动化并网后的遥控验证

沪西站与练塘站MMS网络互联后，不仅需要对原练塘站的每个间隔进行遥控试验，以进一步确保数据的正确性，还需在并网情况下对沪西站新扩设备进行遥控，以验证最终实际运行的网络环境是否会带来其他影响。

为了防止在遥控沪西站新扩设备时，由于点号错误导致误遥控练塘站运行设备，通过对传统遥控验证方法的比较讨论，认为3种传统方法：声音、电压、返校法进行遥控验证都有一个严重的隐患，它们均无法保证一一对应的关系验证。例如，控制室发A开关跳闸，无法保证A开关的控制信号是传输到A开关的控制回路中。由于所有的安全措施全部在A开关侧布置，其他开关侧并没有任何安全措施。所以，如果A开关的控制信号发送到B开关的控制回路中，将使B开关动作，从而造成重大的运行责任事故。本次并网后的验证过程中，提出了改进型的遥控验证方法，节省了大量核对工作量，提高了工作效率，加快了工程进度如图6所示。

图6中虚线上部是为了验证遥控回路是否存在一对多的现象。如将需要检验的一次设备切换到近控后，远方预置信号都应该返回失败信息，如果返回预置成功，则说明遥控预置信号没有到指定的间隔的预置继电器，从而说明网络配置有错误，存在一对多的现象。

图6中虚线下部是将返校法和测电压法结合在一起，不仅确保了遥控回路与一次设备一一对应的关系，同时迅速确认了故障点位置。通过图6虚线上部的流程确定了遥控回路是一对一的，但是不能保证返校回路能正确动作。所以，这里采用测电压法和返校法相结合，如果在远控时，预置无法成功，但是能测得电压的话就说明返校回路出现故障。如果预置成功则说明遥控回路无异常。

相比传统的不停电试验方法，改进型的不停电遥控试验方法有以下几个优点。

图51 000kV练塘站自动化系统并网后网络通信结构示意图

图6 改进型遥控验证方法

（1）确保了遥控回路与一次设备的一一对应关系，弥补了传统遥控试验中的最大问题。通过远近控的切换，确认了一一对应的关系后再进行下一步的操作，避免了其他回路误动作的可能性。

（2）快速定位故障点，节约了人力资源，有效提高工作进度。通过改进型的不停电遥控试验方法可以初步定位故障点，可以有针对性地对相关地址配置表进行排查，避免了盲目核对所有地址配置表，节约了劳动力，提高了工程进度。

（3）通过先试验后检查的方式，弥补了传统不停电遥控试验中可能出现的人为错误，保障了电网的安全可靠。

改进型的不停电遥控试验方法的具体防误措施如下。

（1）测控装置。断路器控制回路图如图7所示。从图7可以看出，遥控操作时，自动化后台发出的远方控制命令首先到达测控屏进行返校与预置，成功后后台远方执行命令经过测控出口继电器到操作继电器屏使SHJ励磁后手合接点闭合，命令到达就地控制柜断路器合闸回路，从而实现远方合闸。只要在测控屏上将“远方／就地”控制手柄切到“就地”位置，切断控制回路，即使沪西站后台控点错误，遥控至练塘站测控上，后台即会显示“遥控预置失败”，不会误出口而导致误分合运行设备。因此，在进行沪西站设备遥控期间，将练塘站500、220、35kV设备的23面测控屏中所有测控装置的远近控切换把手切至“就地”位置，并将钥匙取下保管，这是从源头的安全保障措施。

图7 断路器控制回路图

（2）自动化后台。沪西站自动化后台上对练塘站所有间隔进行挂牌，挂牌之后，相应间隔将屏蔽遥控功能，无法进行遥控操作。在实际遥控验证过程中，通过此两方案“双管齐下”，合理有效地确保了并网时不会误控练塘站设备。

5 结论

本文通过详细研究沪西站与练塘站自动化系统并网的实施方案与分析过程中的安全可靠性，提出了两站“合监合控”过程中自动化并网的可行性方案，并在特高压练塘站投运前得到验证，取得了良好的效果，对今后大运行模式下多站自动化并网运行提供的实施方向与参考思路。

［1］ 张蓉.IEC 61850在变电站的应用分析［J］.电工技术，2013（02）：11-13.ZHANG Rong.The application of IEC 61850in substation analysis［J］.Electric Engineering，2013（02）：11-13.

［2］ 国际电工委员会.IEC 61850标准第一版［S］.2005.

［3］ 李勇亮.IEC 61850V2.0版本简介及其在智能电网中的应用［J］.电网技术，2010（4）：11-16.LI Yong-liang，LI Gang.An introduction to 2nd edition of IEC 61850and prospects of its application in smart grid［J］.Power System Technology，2010（4）.