基于PCS9700监控系统的智能变电站顺序控制研究

刘兴勇，傅振宇，吕昕昕，卢卓群，薛 超

(国网朝阳供电公司，辽宁 朝阳 122000)

随着智能变电站数量的增多，电网架构越来越复杂，导致操作任务也越来越多。如果仍然使用传统倒闸操作方式，则会极大地增加运维人员的工作量，增大操作失误的可能性。顺序控制以智能变电站强大的硬件和软件为支撑，减少了操作过程中的人为错误，提高了倒闸操作的效率，提高了变电站运行的安全可靠性，降低了操作失误的几率。顺序控制功能的应用也为应对变电站运维人员紧缺提供了一条新的途径。

本文以南瑞继保公司的PCS9700监控系统为平台，研究了集中式顺序控制功能在智能变电站中的应用。并以220 kV河硕智能变电站为例，介绍了智能变电站顺序控制的具体实现方案。

1 智能变电站顺序控制

变电站顺序控制是由顺序控制服务器根据倒闸操作票对变电站设备进行的程序化操作，根据采集到的结果信息来判断执行是否到位，确认无误后，继续执行下一条指令，直到执行完所有的操作指令。

1.1 智能变电站实现顺序控制功能需具备的条件

a.满足无人值守变电站的要求。

b.现场设备满足遥控操作功能。

c.监控系统能自动生成各种典型操作流程。

d.保护装置具备投退软压板功能；应具备急停功能。

e.现场操作具备可视化界面功能[1]。

1.2 智能变电站顺序控制方案

顺序控制目前的实现方式主要有：集中式、集中式与分布式相结合2种。

a.集中式顺序控制是通过监控系统、网关机解析典型操作票，并根据解析的操作顺序依次向测控装置下发指令，从而达到现场操作顺序控制的目的。集中式顺序控制方案是在某台站控层设备实现对操作票的存储、执行和操作逻辑及状态的判断。具有实现方式简单、运行可靠，无需改动现存设备、无规约要求的优点。缺点是监控系统与间隔层测控装置配合较复杂[2]。

b.集中式与分布式相结合的方式是指对于单间隔顺序控制操作由该间隔相应的测控装置来实现，对于跨间隔的顺序控制操作，则采用集中式的方案实现。集中式与分布式方案是在间隔层IED装置中，实现对操作票的存储、执行和操作逻辑及状态的判断功能。具有执行速度快、效率高、可靠性高的优点，其缺点是在单间隔操作时，往往会涉及到多个IED，但跨IED的操作方法，目前没有统一的方案。

2 智能变电站顺序控制硬件与软件平台

2.1 硬件平台

智能变电站顺序控制硬件平台要求现场设备满足系统结构分层分布化布置、一次设备高度智能化、二次设备高度集成网络化、数字化采集站内信息。设备能实时准确采集各状态信息，并根据操作票逻辑、操作顺序发出各类控制命令。同时还要具备一定的容错机制。智能变电站无论执行单间隔、跨间隔还是跨电压等级的操作，由于都是采用IEC61850标准通信协议和高速工业以太网通信，都可以通过智能控制单元内部或智能控制单元之间的信息交互实现，不需要另外设置顺序控制工作站或顺序控制单元。因此，智能变电站顺序控制的硬件平台应满足以下要求。

a.一次设备能够进行遥控操作。断路器、隔离开关、接地刀闸、手车开关等一次设备，应采用电动操作，能通过接收遥控指令实现断路器、隔离开关的分合，手车的推入和拉出等。其位置信号的采集应采用双辅助接点遥信且具备完善的防误闭锁功能。一次设备设计、工艺应合格，有较高的可靠性以保证遥控操作较高的操作成功率。

b.二次设备满足IEC61850规约的要求，高度集成网络化设计。二次设备在顺序控制功能实现中起到关键作用，是具体执行顺控功能的重要组成部分，同时负责实时准确地采集一次设备的状态。因此，二次设备必须具有较高的可靠性，能够依据操作票的逻辑和操作顺序正确发出控制命令，准确实时地采集一次设备信息，保证顺序控制的顺利执行。在实际应用中，智能变电站二次设备应采用32位以上高速CPU、64 M以上的大容量存储器、多接口高速工业以太网交换机、支持GPS、北斗对时功能。二次设备除具有常规的保护测控功能外，还应具备一定的容错机制、支持多任务操作功能[3]。

2.2 软件平台

智能变电站顺序控制的软件平台，主要包括智能控制单元和监控系统2个部分。智能控制单元负责存储本间隔内操作，与本间隔有关的跨间隔、跨电压等级操作需要的所有顺序控制操作程序；监控系统负责存储站内所有的顺序控制操作程序。站内监控系统应支持IEC61850等国际标准，能够实现站内智能电气设备间的相互操作和信息共享。满足常规变电站、智能变电站及电厂电气监控对后台监控系统的需求。监控系统执行顺序控制操作时，应先读取智能控制单元中的操作规则，然后与健康系统存储的操作规则进行比较。如果操作规则一致则继续操作，如果操作规则不一致则发出报警，提醒运行人员对待执行的操作规则进行核对。智能控制单元和监控系统存储的顺序控制操作程序应随变电站增容扩建等变化而做相应的改变。

3 集中式顺序控制在和硕变电站的应用

河硕220 kV 智能变电站位于朝阳市喀左县，为即将投运的京沈高铁提供安全可靠的动力。全站采用三层两网结构，二次系统建立在IEC61850通信技术规范基础上，实现站内智能电气设备(IED)间的信息共享及互操作。220 kV系统保护装置、合并单元、智能终端均为双套配置，66 kV站用变保护、本体智能终端、合智一体装置为单套配置。线路及母线保护均采用直采直跳(点对点)方式。站控层网络采用A、B双网配置，自动切换，配置有3台服务器。其中监控机采用南瑞继保公司的PCS9700监控系统双套配置、互为主备，兼作服务器、操作员站，完成实时监控功能，实现电网及设备的数据采集、可视化展示、操作控制及综合分析等功能。微机防误系统独立配置，与监控机实现遥控操作闭锁。

该站采用集中式顺序控制，能自动识别当前运行状态，根据顺控操作票自动寻找切换方向，执行顺控操作票，其操作流程如图1所示。

该站220 kV线路在实际运行中主要的状态及转换流程如图2所示。

图1 顺序控制操作流程

图2 线路运行状态及转换流程

河硕220 kV 智能变电站为双母双分段接线，本文以I、II段母线上的220 kV线路倒闸操作为例介绍顺序控制在变电站中的实际应用，其检修状态接线图如图3所示。

图3 220 kV线路检修状态图

图4 220 kV线路I母运行状态图

220 kV线路I母运行状态图如图4所示。

Ⅰ、Ⅱ段母线检修状态转为I母运行状态操作票如表1所示。

上述典型操作票在生成后应由运维人员在微机防误系统上进行核对性模拟预演，无误后，检查PCS9700监控系统无异常信号，各断路器、隔离开关、接地刀闸、把手、软压板在正确位置。上述项目结束后， PCS9700监控系统进入顺序控制模式，按照操作票规定的步骤逐项操作，每操作一步前向微机防误系统发送解锁请求，允许后进行操作。操作结束后顺序控制程序退出，恢复到正常运行界面。

220 kV线路II母运行状态图如图5所示。

在执行顺序控制操作时应注意的问题如下。

a.控制源的唯一性。目前，河硕智能变电站的控制源有装置本身、监控系统、各级调度中心等。在实际操作中应具有完备的互锁、闭锁机制，确保同一时刻每个控制对象只能接受唯一的控制源操作。

b.系统的安全性。该站通信系统采用了局域网的模式，并在不同的网络分区加装了隔离装置与加密装置。在运行维护中应特别注意操作人员的身份验证与操作权限的管理，确保操作的正确性和安全性。

图5 220 kV线路II母运行状态图

表1 Ⅰ、Ⅱ段母线检修状态转为I母运行状态操作票

c.设备状态的判别。应有2个及以上非同源或非同样原理的判据均满足时，才能确定设备状态。

d.与视频监控系统的联动。在顺序控制程序执行时，监控系统应自动把视频监控画面切换到相应操作设备。运维人员通过监控画面直观的观察设备当前的运行状态、切换过程和最终状态。当出现异常情况可以对顺序控制程序进行人工干预。

e.应具备合理的自动判断功能。当系统发生异常告警信号、设备分合不到位或不满足操作条件时，顺序控制应自动停止执行。告警信号消除后或状态无异常，顺序控制程序能自动继续执行。

4 结束语

本文以PCS9700监控系统为平台，介绍了智能变电站集中式顺序控制在220 kV河硕智能变电站的应用，提高了变电站倒闸操作的效率，降低了误操作的风险，节省了大量的人力、物力，实践证明顺序控制操作模式具有较高的有效性和实用性。随着智能变电站的大力推广，顺序控制在未来会有广阔的应用前景。