變電站自動化系統控制與操作功能的分析

    一套成熟的變電站自動化產品， 其可靠性決不會低於常規站的控制。如分層分布式變電站自動化系統， 其監控系統冗餘配置， 控制與防誤操作亦分層分級設置， 控制與操作的可靠性及靈活性都很高。現就其主要特點及與常規方式的差異進行分析與介紹。
　　
1　控制與操作的高可靠性

　　變電站的設計首要考慮的便是控制與操作的高可靠性，採用自動化系統的變電站更要將計算機監控系統縝密設計。通常用於高壓電力系統的變電站自動化產品都具有以下功能，以保證控制操作的高可靠性。

1.1　多級多地點控制功能

　　自動化系統的控制操作方式有遠方遙控、站控、就地(後備操作)3種方式。

　　遠方遙控：由調度人員在調度端發出下行控制命令。

　　站控操作：運行人員在變電站層監控主機發出操作命令，通過交互式對話過程，選擇操作對象、操作性質，完成對某一操作過程的全部要求。

　　就地操作：作為後備控制方式，當監控系統故障或網絡故障時，可在間隔層的測控單元的小開關手動控制或通過就地監控單元裝置上的薄膜鍵盤進行就地控制。

　　上述3種操作方式通過軟體或使能開關可相互切換，當切換到後備手動控制時，站控及遙控命令不被執行；當切換到站控操作時，後備手動控制不產生任何作用，計算機對一台設備同一時刻只能執行一條控制命令，當同時收到一條以上命令或預操作命令不一致時，應拒絕執行，並給出錯信息。每個被控對象只允許以一種方式進行控制。

1.2　操作過程中軟體的多次返校

1.2.1　操作員權限設密，以杜絕誤操作及非法操作。目前成熟的監控系統的軟、硬體設備都具有良好的容錯能力，即便運行人員在操作過程中發生一般性錯誤，均不引起系統的任何功能喪失或影響系統的正常運行，對意外情況引起的故障，系統都具有恢復功能。

1.2.2　操作員工作站發出的操作指令，都必須經過選擇—校核—執行等操作步驟，返校通過後再送至該點執行下一步驟。當某一環節出錯，操作指令中斷，並告警提示。每次操作結束後，系統自動記錄操作過程並存檔。

1.3　監控系統的雙機配置

　　220 kV及以上電壓等級變電站自動化系統多作雙機雙網配置，作為人機接口的監控主站冗餘配置，熱備用工作方式，可保證任意設備故障時對控制功能無影響。時下的做法，監控主站用乙太網相聯並以HUB作為該乙太網的管理。該網上任一裝置異常，可將熱備機切換為主機工作。
　　監控系統硬體的冗餘配置，系統分層分布式結構，為變電站的控制與操作的可靠性提供了保證。

2　操作閉鎖的實現方式

　　為保證變電站控制與作業系統的可靠性、準確性，變電站的防誤操作的設計也是重要環節之一。因為是計算機監控，變電站不再採用繁瑣的電氣聯鎖，可方便地實現多級聯鎖。對於分層分布式自動化系統，其操作閉鎖方式也為分層分級式閉鎖而與該系統結構相適應。每個間隔的測控裝置，已引入該間隔的交流電流、電壓、斷路器位置及刀閘輔助接點作為遙測、遙信之用，這也為實現本間隔內的斷路器及刀閘操作的防誤操作提供了必要條件。智能型裝置可很方便地利用上述信息進行編程，實現該間隔的操作閉鎖功能。

　　對於全站的涉及多個電氣間隔和多個電壓等級間的操作閉鎖，目前有3種不同的實現方式。其一，用軟體實現，即將全站的防誤操作閉鎖用軟體編程置於監控主機之內。監控主機可從通信網上獲得全站所有開關、刀閘的狀態信息及每個間隔控制終端的操作信息，引入設備操作規則，進行軟體編程即可實現全站的操作閉鎖功能。該方式應該說是最簡單經濟可靠的方案之一。其二，硬體閉鎖，即西門子公司的8TK模式。西門子公司的LSA-678變電站自動化系統的一個主要特點便是8TK操作閉鎖裝置的相對獨立性，8TK純粹作為控制及操作閉鎖之用，每個間隔的刀閘信息進8TK1實現該間隔的操作閉鎖，各間隔的刀閘信息經重動後都進入8TK2裝置，母聯刀閘及母線地刀等直接引入8TK2裝置，8TK2裝置實現間隔之間的操作閉鎖功能。其三，軟硬相結合的閉鎖方式，間隔之間的閉鎖採用8TK及類似裝置實現閉鎖功能，監控主機內做一套全站的軟體操作閉鎖。該模式即為浙江金華雙龍500 kV變採用的操作閉鎖方式。

　　軟硬兩級閉鎖，其可靠性高，監控系統或網絡故障不影響全站的安全可靠操作，但該模式接線複雜，且價格昂貴，金華500 kV變的該套8TK閉鎖裝置約花費人民幣300萬元。

　　 以軟體實現全站的操作閉鎖，對於一套成熟的變電站自動化系統來說，也應該是高可靠性的；既然整個變電站的監控功能都由監控主機實現，那麼操作閉鎖軟體功能做在監控主機內也應是安全可靠的。對於雙機系統冗餘配置，閉鎖軟體也為雙套設置。筆者認為對於220 kV及以下自動化系統實現的無人值班站採用這種模式可靠、安全、經濟適用。

　　對於一個半開關接線的500 kV變電站，筆者認為500 kV系統每個斷路器及兩側刀閘的操作閉鎖由相應測控裝置實現以外，每串內的斷路器及刀閘之間的閉鎖採用專門一套硬體閉鎖裝置以提高其可靠性。至於220 kV系統為簡化接線，節約資金，可不必配置用於間隔之間操作閉鎖的專用硬體裝置。

　　上述三種模式都可高效可靠地實現變電站所有斷路器及刀閘的控制。而且都具有順控功能，例如：操作某條線路送/停電、旁母代/倒線路、母線切換等各種常規順序操作，只需在監控主機的鍵盤上敲入相應指令，便可自動完成。常規站可能要花費幾個小時的操作，在這裡幾分鐘便可完成。

　　這3種模式適用於全控(斷路器及隔離刀閘採用電動操作)的變電站，當變電站的隔離刀閘採用手動操作時，站級的操作閉鎖方式有所不同。方法一，類似上述的軟體閉鎖模式一，只是在主機上外掛一個電腦鑰匙，手動操作的隔離刀閘配置相應的機械編碼鎖。方法二，配置專用五防PC機與監控主機串口或乙太網絡相聯，該PC機完成全站的操作閉鎖功能。監控主機通過系統網絡接受來自間隔層測控單元採集的開關位置信息，也可通過電腦鑰匙回送部分非實時開關狀態，使主機一次系統運行圖與當前的實際運行狀況相一致。上述兩種方法實現的功能如下：首先操作員在監控主站上預演操作，並對每一操作依據系統的防誤規則進行檢驗。如果有錯則立即報警，如果正確則生成操作票。內容包括動作、對象、結果、鎖的編號或其它提示性的內容。預演結束後，印表機列印出操作票，並將正確的操作內容及順序輸入智能鑰匙。操作人員拿智能鑰匙，按照其顯示的設備編號及操作順序，操作相應的電氣裝置。這兩種方式相比較，前者操作閉鎖與監控主機融為一體聯繫緊密；後者防誤操作裝置相對獨立，在監控系統停用或工作不正常的情況下，五防PC裝置仍能正常運行。究竟選擇哪種方式，可根據用戶的習慣確定。
　　可見變電站自動化系統的防誤操作分層分級考慮，其可靠程度明顯優於常規站的防誤設計。

3　操作過程

　　下面以浙江金華雙龍500 kV變為例，介紹變電站自動化系統站控的一般操作流程。

　　金華500 kV變自動化系統的間隔層是LSA-678系統，變電站層是BSJ-200系統。該站實現了全站所有設備的計算機鍵盤控制，屬站級軟硬體兩級閉鎖模式，合計控制點424點，具體控制對象如下：

　　(1) 500 kV系統所有斷路器、隔離刀閘、接地刀閘和母線地刀的分合；

　　(2) 220 kV系統所有斷路器、隔離刀閘的分合；

　　(3) 35 kV系統所有斷路器和主變35 kV總出口隔離刀閘的分合；

　　(4) 主變和所用變分接頭調節控制。

　　該站典型的開關合閘操作過程如下：

　　(1) 輸入密碼，取得控制權限，進入控制主畫面，選中控制對象；

　　(2) 監控主機起動控制順控，軟體檢查站級閉鎖邏輯，確認操作是否合法，若開關在合位或電氣聯鎖條件不滿足，提示後退出；

　　(3) 操作合法，則將命令傳給通信前置管理機(這裡包括規約轉換器和主單元)返校正確後，再將命令傳給相應的I/O測控單元；

　　(4) I/O單元通過雙接點將命令傳給8TK裝置，8TK再一次進行電氣連鎖檢查；

　　(5) 檢查通過，則起動7VK同期裝置，滿足同期則出口合閘；

　　(6) 合閘成功，操作完畢後，將新的狀態輸入系統，重新回到控制主畫面，釋放控制權限。

　　該站投產試驗時，站內全部操作在主控樓計算機鍵盤上進行，操作速度明顯快於對側的常規變電所，每分鐘可以操作一個對象，且未發生誤動作。該站自投產以來，運行良好。對於站級間軟體閉鎖的模式，控制指令下達間隔層測控單元時，僅進行本間隔的閉鎖邏輯判斷，沒有傳送至8TK2的再次判斷環節。

4　變電站自動化控制與常規模式的比較

　　分層分布式自動化系統從軟硬體上分層分級考慮了變電站的控制與防誤操作，提高了變電站的可控性及控制與操作的可靠性。綜合自動化站可採用遠方、當地、就地3級控制，而常規站只能通過控制屏KK把手控制；常規站電氣聯鎖設計聯繫複雜，在實際使用中，設備提供的接點有限且各電壓等級間的聯繫很不方便，使得閉鎖迴路的設計出現多餘閉鎖及閉鎖不到的情況。綜合自動化站可方便地實現多級操作閉鎖，可靠性高。

　　常規站，人是整個監控系統的核心，人的感官對信息的接受不可避免地存在誤差，其結果就會導致錯誤的判斷和處理。人接受信息的速度有一定限制，對於變化快的信息，有時來不及反應，可能導致不正確的處理。而且個人的文化水平、工作經驗、責任心等因素都會影響信息的處理，可以說常規站人處理信息的準確性和可靠性是不高的。運行的實踐證明，值班人員的誤判斷、誤處理常有發生。綜合自動化站的核心為系統監控主機，用成熟可靠的計算機系統實現整個變電站的控制與操作、數據採集與處理、運行監視、事件記錄等功能，可靠性高且功能齊全。

　　變電站自動化系統簡化了變電站的運行操作，可方便地實現各種類型步驟複雜的順控操作，且操作安全快速，對於全控的變電站，線路的倒閘操作幾分鐘便可完成；而常規站實現同樣的操作往往需要幾個小時，且仍存在誤操作的隱患。

　　常規變電站控制一般採用強電一對一的控制方式，信息及控制命令都是通過控制電纜傳輸。計算機監控系統控制命令的傳輸由模擬式變成數字指令，提高了信息傳輸的準確性和可靠性。特別是分層分布式自動化系統，各保護小間與主控室之間採用光纜傳輸，提高了信息傳輸迴路的抗電磁干擾能力。分散式布置，控制電纜長度大為縮減，在相同控制電纜截面時，斷路器控制迴路的電壓降減少，有利於斷路器的準確動作。規劃院最近將全國5個500 kV站作為綜合自動化的試點，也從側面反應電力系統業內人士對自動化監控系統可靠性的認同。

5　結束語

　　綜上所述，變電站自動化系統的控制與操作是可靠的，它的成熟和進步還需在變電站的實際運行中不斷得到完善。

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