变电站站控系统及一键顺控不停电快速改造技术方案

2022-08-17张艳超

通信电源技术 2022年7期

崔敏，梁爽，张艳超

（许继电气股份有限公司，河南许昌 461000）

0 引言

近年来，变电站投入数量逐年增加，变电站内设备操作的复杂程度与日俱增，加大了运维人员的工作量。随着智能变电站引入一键式顺序控制技术，其具备操作项目软件预制、操作任务模块式搭建、设备状态自动判别、防误联锁智能校核、操作步骤一键启动以及操作过程自动顺序执行等功能，可以实现变电站主设备状态转换的一键顺序控制。此外，一键顺控操作可以提高操作效率，降低误操作风险，提高供电可靠性，已经逐步在我国各电压等级变电站中推广应用[1]。随着人们对电力供应及时性、稳定性提出了更高的要求，变电站一键顺控不停电快速改造亟需解决。

1 技术方案

本方案主要包括两部分，一是变电站监控系统站控层安全Ⅰ区设备改造，二是一键顺控系统改造。监控后台改造方案中，软件和硬件均升级。一键顺控改造方案基于一键顺控功能部署在监控主机上，不考虑单独部署。

1.1 监控系统站控层安全I区设备改造

若变电站早期投运的监控主机和数据通信网关机等设备存在不支持一键顺控、不满足信息安全要求等问题，则需更换软件和硬件。将硬件改造为国内主流生产商产品，采用支持一键顺控功能的监控系统软件。操作系统改造为国产四级安全操作系统，满足电力监控系统网络安全防护要求。采用数据库及图形自动转换工具对工程备份进行升级，缩短备份数据转换时间，保证数据迁移的准确性和可靠性。此外，将数据通信网关机改造为具有支持单点遥控、一键顺控指令转发以及执行结果上送等功能。采用远动数据转换工具将旧版数据库一键式升级，确保数据库和转发表与改造前规则相同。

1.2 一键顺控系统改造

变电站一键顺控功能由监控主机、智能防误主机、I区数据通信网关机、测控装置以及一次设备区的双确认辅助判据配套设备共同实现。

监控主机在一键顺控操作项原有确认条件基础上增加刀闸辅助判据信号，辅助判据只作为一键顺控逻辑判断，不作为监控后台遥控逻辑判断。对于断路器的位置确认，采用位置遥信+遥测判据[2]。位置遥信作为主要判据，采用分/合双位置辅助接点，分相断路器遥信量采用分相位置辅助接点。遥测量提供辅助判据，采用三相电流或电压，三相电流取自本间隔电流互感器，三相电压取自本间隔电压互感器或母线电压互感器。对于组合电器、敞开式隔离开关的位置确认，采用位置遥信+非同源遥信判据[3]。位置遥信作为主要判据，可采用传感器（微动开关、磁感应传感器）位置信息或视频图像识别位置信息提供辅助判据。

新增智能防误主机，与监控主机的防误逻辑相互独立，共同实现一键顺控防误双校核。新增公用测控装置，将微动开关、磁感应传感器等获取的刀闸位置信息接入并上送监控主机。如果采用视频图像识别方式提供刀闸辅助判据，则可以增加变电站在线智能巡视主机、高清视频设备以及正反向隔离装置等。巡视主机接入视频管理设备，实时采集视频流，具备开关位置图像识别分析功能。高清视频设备负责拍摄开关刀闸位置图片。配置正向隔离装置，辅助完成一键顺控视频联动指令从安全Ⅰ区到安全Ⅳ区的转发；配置反向隔离装置，辅助完成视频确认反馈信息从安全Ⅳ区到安全Ⅰ区的摆渡。

2 实施方案

为了实现工程不停电快速改造，需要在工厂联调和现场实施环节制定全面、安全的工作流程。

2.1 工厂联调

在厂内搭建一键顺控改造测试验证平台，完成工程备份数据迁徙、信息点校核、图形转换以及一键顺控调试等工作。采用“监控数据库/图形转换升级工具”将工程现场运行的原监控系统的数据库、图形库文件转换为新监控系统数据库结构及图形对应要求的文件。对原监控数据库进行转换升级后，通过“自动对点工具+人工专项校核+实际装置通信”的组合方式开展三遥信息的测试校核，避免数据库升级后出现信号错配、漏配、多配、错位以及反相等问题。

搭建1台在运原监控主机和1台改造新监控主机测试环境，通过自动对点装置扫描变电站全站系统配置文件（Substation Configuration Description，SCD）文件，设置间隔周期50 ms触发全部遥信上送，完成后分别从新、原监控的历史库中导出告警信息文件，采用文件对比工具查验两文件是否一致，从而达到校核数据库遥信的目的。全遥信校核测试网络如图1所示，监控主机告警信息文件比对流程如图2所示。

图1 全遥信校核测试网络

图2 监控主机告警信息文件比对流程

结合图形界面展示的遥测信息点，采用61850仿真工具逐个施加遥测量，测试新、原监控系统的实时显示值是否一致。全遥测校核测试网络如图3所示。

图3 全遥测校核测试网络

此外，采用61850仿真工具对断路器、刀闸、保护复归等遥控点逐个进行控制校验，查看是否能够正确接收控制命令。对断路器、刀闸等分别进行遥控合选择、遥控合执行、遥控分选择以及遥控分执行等操作，对保护复归等直控信号进行复归直控操作。而人工专项校核主要针对三遥其他相关字段信息，如遥测的变比设置、上下限、突变门槛、触发语音文件、虚点标志以及存储时间等。采用与现场型号配置一致的保护测控装置进行实际通信，抽检复测该装置的三遥信息。通过三遥信息测试校核时的图形界面变化对图形界面进行专项检查，完成监控图形校核。对于新监控联闭锁逻辑，可以采用以下两种方式测试校核规则的正确性。一是将新监控主机、原监控主机导出联闭锁逻辑规则文件，通过文件比对工具进行快速对比；二是采用监控主机中的联闭锁逻辑可视化展示与校核功能，对联闭锁逻辑文件进行逐个查看和校核[4]。

对新监控主机的主要功能及性能等开展工厂内的标准流程化测试，测试网络如图4所示。

图4 监控主机基本功能及性能测试网络

数据通信网关机的工厂调试主要包括程序安装、数据库和转发表转换、信息校核等。对新数据通信网关机进行软件程序下载安装，采用远动数据库升级工具将工程备份数据库及转发表一键式升级为新程序配套文件。将通道转发表、SCD文件导入自动对点装置，通过自动扫描将转发表与SCD信息映射，再通过自动对点功能完成各通道转发表校核。采用两套IEC104模拟主站工具对新数据通信网关机、原数据通信网关机进行同步监视，采用自动对点工具按转发表遥信点进行逐点校核，采用自动对点工具进行批量加量（相同值或递增值），通过数据通信网关机监视工具和模拟主站核对遥测值的正确性。数据通信网关机数据校核测试网络如图5所示。

图5 数据通信网关机数据校核测试网络

针对升级后数据库中三遥信息的其他相关字段信息和通道参数进行人工专项核对，采用61850仿真工具和104模拟主站对转发表中的遥控点进行逐点测试，采用与现场型号配置一致的保护测控装置进行实际通信，抽检复测该装置的三遥信息。

智能防误主机工厂调试包括智能防误主机软件安装部署、防误闭锁逻辑规则的录入与校验、与监控主机的通信交互测试。监控主机一键顺控功能工厂调试包括一键顺控操作票录入及校核、一键顺控基本功能测试以及与数据通信网关机的通信交互测试。其中，一键顺控操作票录入与校验可以采用一键顺控操作票不停电校核、一键顺控离线镜像仿真测试等手段。一键顺控基本功能测试包括预制操作票库、生成任务、模拟预演、指令执行以及操作记录等。对新增测控装置、监控主机进行厂内标准化流程测试，包括软硬件校核、基本功能测试及通信测试。

2.2 现场实施

现场实施工作主要包括监控后台改造、数据通信网关机改造以及一键顺控系统改造。

2.2.1 监控后台改造现场实施

将在运监控主机、操作员站断开B网后只保留接入A网，以避免新监控、原监控因型号版本不一致带来的同步问题，也可采用IPTABLES限制双机IP访问方式。先退出1台原监控主机（原操作员站），将1台新监控主机（新操作员站）接入B网，新监控主机（新操作员站）的IP采用退出设备的IP。新监控主机及操作员站接入系统如图6所示。

图6 新监控主机及操作员站接入系统

比对接入新监控与原监控图形界面中的数据信息，在新操作员站逐个对遥控点进行遥控选择指令下发，在测控装置上查验是否正确响应。三遥校核完毕后，进行100 h试运行，采用未挂网的新监控主机与五防设备进行通信测试。采用轮替接入方案，将其他监控主机、操作员站等逐个无缝替换。

2.2.2 数据通信网关机改造现场实施

调度主站封锁与在运原数据通信网关机之间的网络通道，先退出改造1台数据通信网关机，确保运行正常后解除通道封锁。功能验收完毕后，进行100 h试运行。采用轮替接入方案，更换第2台在运原数据通信网关机。

2.2.3 一键顺控系统改造现场实施

条件允许时可以采用间隔停电方式进行测试，测试内容包括预制操作票库、生成任务、模拟预演、指令执行以及操作记录等。联合调试校验微动开关（磁感应开关传感器）与公用测控装置的接点连接是否正确，明确信号是否正常上传站控层、双确认时间是否满足要求。对于新增视频类设备的现场调试，可以通过安装部署巡视主机、摄像机、图像识别算法等手段实现[5]。