變電站自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行問(wèn)題的分析

1、變電站自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行問(wèn)題的分析    結(jié)合220 kV無(wú)人值班變電站運(yùn)行實(shí)際，探討監(jiān)控系統(tǒng)安全性、保護(hù)裝置信息采集、遠(yuǎn)動(dòng)信息分流、規(guī)約轉(zhuǎn)換等變電站自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行中需注意的幾個(gè)問(wèn)題。1引言隨著220 kV無(wú)人值班變電站大規(guī)模建設(shè)及現(xiàn)有220 kV變電站按無(wú)人值班逐步改造，從設(shè)計(jì)的角度談?wù)?20 kV無(wú)人值班變電站自動(dòng)化系統(tǒng)在設(shè)計(jì)暨運(yùn)行中的一些問(wèn)題。2220 kV無(wú)人值班變電站運(yùn)行中的一些問(wèn)題現(xiàn)有220 kV無(wú)人值班變電站自動(dòng)化系統(tǒng)配置可歸納為常規(guī)模式和計(jì)算機(jī)監(jiān)控模式兩大類。新建220 kV無(wú)人值班變電站投運(yùn)初期，某些因素使得生產(chǎn)單位不敢放手按無(wú)

2、人值班運(yùn)行，原因大致歸納如下：2.1設(shè)備原因(1)監(jiān)控系統(tǒng)遠(yuǎn)動(dòng)工作站或RTU有死機(jī)現(xiàn)象，導(dǎo)致全站遠(yuǎn)動(dòng)數(shù)據(jù)丟失。(2)監(jiān)控系統(tǒng)遠(yuǎn)動(dòng)工作站與RTU上傳的遠(yuǎn)動(dòng)數(shù)據(jù)不一致。(3)利用RTU實(shí)現(xiàn)無(wú)人值班變電站的信號(hào)主要來(lái)自硬接點(diǎn)輸入，微機(jī)型繼電保護(hù)裝置只能提供保護(hù)動(dòng)作總信號(hào)接點(diǎn)，沒(méi)有信號(hào)分類，不利于調(diào)度部門判斷事故類型、處理事故、及時(shí)恢復(fù)線路供電。(4)遙信誤發(fā)。遙控?cái)嗦菲饔芯軇?dòng)現(xiàn)象。(5)直流系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，只有總信號(hào)，須到現(xiàn)場(chǎng)排查故障原因。2.2基建驗(yàn)收某些變電站基建驗(yàn)收投產(chǎn)時(shí)，遺留問(wèn)題較多，影響運(yùn)行單位無(wú)人值班的實(shí)行。2.3現(xiàn)有變電站運(yùn)行管理規(guī)章制度與無(wú)人值班運(yùn)行方式?jīng)_突根據(jù)運(yùn)規(guī)，220 kV線路

3、保護(hù)需每天進(jìn)行高頻交信，計(jì)量所要求每天到現(xiàn)場(chǎng)抄表。這樣，對(duì)維操隊(duì)來(lái)說(shuō)，如果無(wú)人值班站距離較遠(yuǎn)，還不如按現(xiàn)場(chǎng)留守運(yùn) 行模式來(lái)得經(jīng)濟(jì)和可靠。3問(wèn)題的分析及建議3.1監(jiān)控系統(tǒng)和RTU安全性問(wèn)題無(wú)人值班后，調(diào)度值班人員對(duì)遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的依賴性越來(lái)越大，遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性成為較突出的問(wèn)題。監(jiān)控系統(tǒng)和RTU死機(jī)導(dǎo)致全站遠(yuǎn)動(dòng)數(shù)據(jù)丟失是安全運(yùn)行的嚴(yán)重隱患，在該類問(wèn)題未消除以前，不能按無(wú)人值班運(yùn)行。某站RTU運(yùn)行中死機(jī)的原因在于：基于RTU為核心進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與傳遞，取消了常規(guī)控制屏，由微機(jī)綜合操作屏實(shí)現(xiàn)全站監(jiān)視和控制的方式，導(dǎo)致RTU主控模塊CPU負(fù)載過(guò)重死機(jī)。雖然設(shè)計(jì)時(shí)考慮了相應(yīng)CPU負(fù)載的問(wèn)題，配置有3塊主控模

4、塊，但由于測(cè)控裝置和操作屏等裝置均接入RTU主控模塊，規(guī)約轉(zhuǎn)換信息流量大，在某些不明因素?cái)_動(dòng)下，可導(dǎo)致RTU主控模塊負(fù)荷過(guò)重，出現(xiàn)死機(jī)。該站RTU自診斷功能有缺陷，死機(jī)后無(wú)報(bào)警信號(hào)、遙信或遙測(cè)數(shù)據(jù)不刷新，只有實(shí)際操作斷路器時(shí)才能判斷RTU是否死機(jī)。因此，運(yùn)行單位擔(dān)心如果在電網(wǎng)事故時(shí)RTU死機(jī)又不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理，將會(huì)延誤調(diào)度部門處理事故，造成電網(wǎng)的安全事故。后經(jīng)RTU廠家對(duì)RTU重新組態(tài)均勻分配CPU負(fù)載后，死機(jī)問(wèn)題得以解決。此外，監(jiān)控系統(tǒng)遠(yuǎn)動(dòng)工作站死機(jī)的問(wèn)題，同樣也是重大安全隱患。由此，我們認(rèn)為提高監(jiān)控系統(tǒng)、遠(yuǎn)動(dòng)工作站或RTU運(yùn)行可靠性是無(wú)人值班的必要條件。在具體實(shí)施時(shí)，應(yīng)采取冗余配置方式。

5、雙機(jī)配置，遠(yuǎn)動(dòng)通道雙重化，兩套設(shè)備應(yīng)能自動(dòng)切換。遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備要有自診斷功能，出現(xiàn)異常時(shí)能發(fā)告警信息，對(duì)遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)要進(jìn)行監(jiān)視。RTU模式下，RTU負(fù)載的問(wèn)題需在設(shè)計(jì)時(shí)重點(diǎn)關(guān)注，必要時(shí)應(yīng)設(shè)置專門的規(guī)約轉(zhuǎn)換裝置，由規(guī)約轉(zhuǎn)換裝置向調(diào)度發(fā)送遠(yuǎn)動(dòng)信息。3.2遙信誤發(fā)的問(wèn)題無(wú)人值班變電站準(zhǔn)確的事故遙信動(dòng)作信號(hào)對(duì)監(jiān)控中心或調(diào)度值班人員判斷運(yùn)行狀況十分重要。根據(jù)運(yùn)行反映，電網(wǎng)事故過(guò)程中遙信正確動(dòng)作率不高、正確信息被遙信“抖動(dòng)”造成的大量信息淹沒(méi)的問(wèn)題較嚴(yán)重，說(shuō)明遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的抗干擾性能須加強(qiáng)。遙信誤發(fā)問(wèn)題是一個(gè)綜合性的問(wèn)題，產(chǎn)生的原因很多，如開(kāi)關(guān)輔助觸點(diǎn)、繼電器觸點(diǎn)抖動(dòng)，電磁干擾，遙信回路串模干擾，通道誤碼等，目前尚無(wú)完

6、全根除的方法，但可以采取措施減少。一方面要求自動(dòng)化設(shè)備廠家應(yīng)能對(duì)實(shí)時(shí)采集的開(kāi)關(guān)量進(jìn)行消除觸點(diǎn)抖動(dòng)的濾波處理，在工程建設(shè)中注意遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備的接地、遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)與二次設(shè)備連接的電纜采用屏蔽電纜等措施;另一方面在運(yùn)行中積累對(duì)遙信誤發(fā)的經(jīng)驗(yàn)，如可以結(jié)合負(fù)荷、潮流的變化，相應(yīng)的開(kāi)關(guān)變位和事故總信號(hào)判斷是誤發(fā)信號(hào)或事故信號(hào)等。3.3保護(hù)裝置信息采集從運(yùn)行反映的問(wèn)題來(lái)看，采用RTU模式實(shí)現(xiàn)無(wú)人值班時(shí)普遍反映保護(hù)動(dòng)作信息量不足。原因是微機(jī)型繼電保護(hù)裝置往往只提供保護(hù)動(dòng)作總信號(hào)觸點(diǎn)，沒(méi)有保護(hù)動(dòng)作性質(zhì)分類，如高頻閉鎖保護(hù)只能提供高頻閉鎖保護(hù)動(dòng)作信號(hào)而無(wú)距離保護(hù)/段，高頻方向保護(hù)只能提供高頻方向保護(hù)動(dòng)作信號(hào)而無(wú)零序保護(hù)/段

7、等具體信息，不利于調(diào)度部門判斷事故類型、處理事故和及時(shí)恢復(fù)線路供電。由于微機(jī)保護(hù)裝置均配置通信接口，有幾種模式可以解決這個(gè)問(wèn)題：RTU與站內(nèi)微機(jī)保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)串口通信，完成規(guī)約轉(zhuǎn)換。但220 kV變電站保護(hù)裝置數(shù)量多、型號(hào)廠家不統(tǒng)一，規(guī)約轉(zhuǎn)換信息量過(guò)大，勢(shì)必加重RTU的CPU負(fù)擔(dān)。事故狀態(tài)時(shí)大量保護(hù)信息需進(jìn)行規(guī)約轉(zhuǎn)換，相對(duì)容易造成RTU的死機(jī)。利用正在規(guī)劃建設(shè)的保護(hù)信息管理系統(tǒng)，在各電業(yè)局監(jiān)控中心設(shè)置1個(gè)分站，變電站內(nèi)保護(hù)信息管理工作站采用TCP/IP+IEC60870-5-103的傳輸方式向省調(diào)和地區(qū)監(jiān)控中心發(fā)送保護(hù)信息。站內(nèi)專設(shè)一個(gè)保護(hù)信息規(guī)約轉(zhuǎn)換裝置，由規(guī)約轉(zhuǎn)換裝置向監(jiān)控中心發(fā)送保護(hù)信息。

8、運(yùn)行單位還反映，目前沒(méi)有調(diào)度中心需要監(jiān)控?zé)o人值班變電站信號(hào)內(nèi)容的運(yùn)行規(guī)定，現(xiàn)在依據(jù)的規(guī)定大多為傳統(tǒng)的調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展而來(lái)，不能完全適應(yīng)無(wú)人值班的要求，而且遙信信號(hào)名稱不規(guī)范，同一性質(zhì)遙信無(wú)標(biāo)準(zhǔn)命名。由此，我們認(rèn)為應(yīng)盡快制定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)定，以便于設(shè)計(jì)單位、生產(chǎn)廠家、運(yùn)行單位的監(jiān)控信號(hào)內(nèi)容和命名向標(biāo)準(zhǔn)靠攏。3.4遠(yuǎn)動(dòng)信息的分類和分流為了盡可能全面地在遠(yuǎn)方完成對(duì)站內(nèi)二次設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)視及一次設(shè)備的操作，減少維操隊(duì)的巡視和維護(hù)工作量，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值班確實(shí)需要向上傳送大量的信息，尤其是微機(jī)監(jiān)控站，除了有保護(hù)設(shè)備的通信口發(fā)出的信息外，還有大量的硬接點(diǎn)信息接入。運(yùn)行中大量信息的涌現(xiàn)，加重了監(jiān)控人員的負(fù)擔(dān)，也不

9、利于事故狀態(tài)下的信息處理。事故時(shí)大量信息都通過(guò)遠(yuǎn)動(dòng)通道上傳，容易造成通道擁擠以及重要遙信信號(hào)被淹沒(méi)甚至被延時(shí)，影響了遠(yuǎn)動(dòng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確度。無(wú)人值班變電站的信息分為兩類：一類是實(shí)時(shí)信息，包括：遙測(cè)、遙信、遙控信息，主要設(shè)備及電源系統(tǒng)狀態(tài)信息等;另一類為非實(shí)時(shí)信息，包括：保護(hù)參數(shù)的遠(yuǎn)方顯示、定值的管理、保護(hù)的動(dòng)作性質(zhì)、設(shè)備狀態(tài)及診斷信息等。從保護(hù)設(shè)備通信口發(fā)出的信息基本為非實(shí)時(shí)信息，非實(shí)時(shí)信息只是作為事故的記錄以供事故分析用。在調(diào)度端，要把遠(yuǎn)動(dòng)信息按性質(zhì)、對(duì)象和重要性加以區(qū)分、組合和分流，使需要者在需要的時(shí)候能得到需要的信息，要防止重要的信息被淹沒(méi)，將信息不加選擇地通盤顯示是不可取的。無(wú)人值班

10、站不是搞控制室搬家，檢修和維護(hù)仍需在現(xiàn)場(chǎng)。無(wú)人值班站中當(dāng)?shù)亟尤氲男畔⑹窃诳赡艿幕A(chǔ)上多采，但遠(yuǎn)傳的信息選擇要適當(dāng)，站內(nèi)數(shù)據(jù)庫(kù)可以根據(jù)運(yùn)行的需要上傳遠(yuǎn)動(dòng)數(shù)據(jù)。由于220 kV無(wú)人值班站對(duì)遠(yuǎn)動(dòng)信息可靠性要求高，一般應(yīng)采用光纖或微波作為通信通道。在此前提下，如果條件允許，建議采用多通道對(duì)信號(hào)分流，如利用2路遠(yuǎn)動(dòng)專用通道傳送實(shí)時(shí)信息，利用2路二線通道傳送非實(shí)時(shí)信息，并且在監(jiān)控中心也將信號(hào)分類、分層，避免由于報(bào)警信息過(guò)多致使監(jiān)控主站值班人員無(wú)法有效識(shí)別和處理信息，導(dǎo)致真正的故障出現(xiàn)時(shí)被漏掉。3.5遙控成功率及遙控對(duì)象問(wèn)題220 kV站內(nèi)的遙控對(duì)象分3種：一種是斷路器和主變中性點(diǎn)地刀;第二種是有載調(diào)壓變壓

11、器分接頭調(diào)節(jié);第三種是繼電保護(hù)信號(hào)復(fù)歸。從運(yùn)行統(tǒng)計(jì)情況看，目前國(guó)內(nèi)運(yùn)行和生產(chǎn)的刀閘，其一次合閘成功率達(dá)不到100%，操作后必須到現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)，才能合斷路器。因此，目前階段如需對(duì)隔離刀閘進(jìn)行遠(yuǎn)方遙控，須采取慎重的態(tài)度。采用監(jiān)控方式的無(wú)人值班站在設(shè)計(jì)中已經(jīng)具備所有電動(dòng)刀閘遠(yuǎn)方遙控的功能，我們認(rèn)為在監(jiān)控模式的設(shè)計(jì)中，可以保留這個(gè)功能，一來(lái)不增加投資，二來(lái)以后一次設(shè)備性能提高、條件成熟后二次設(shè)計(jì)不需改造，在目前階段可以在調(diào)度端將此功能屏蔽。提高遙控成功率，在很大程度上取決于設(shè)備的可靠性，不光是自動(dòng)化設(shè)備，更重要的是電氣主設(shè)備。電氣一次設(shè)備采用GIS的變電站，可以嘗試對(duì)刀閘進(jìn)行遠(yuǎn)方遙控，以取得運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)。

12、3.6高頻交信問(wèn)題根據(jù)運(yùn)規(guī)采用閉鎖式的高頻保護(hù)運(yùn)行時(shí)，要求變電站運(yùn)行人員每天要交換信號(hào)，通過(guò)檢測(cè)相應(yīng)的電流、電壓和收發(fā)信機(jī)上相應(yīng)的指示燈來(lái)檢查高頻通道是否正?！，F(xiàn)有變電站配置的高頻收發(fā)訊機(jī)只能做到遠(yuǎn)方啟動(dòng)交信，雖然有的收發(fā)訊機(jī)有3 dB告警信號(hào)，但不能提供相應(yīng)的電流、電壓等數(shù)據(jù)上傳，不能完全起到遠(yuǎn)方交信檢測(cè)通道的目的，還是要運(yùn)行人員每天到現(xiàn)場(chǎng)交信。在微機(jī)型收發(fā)訊機(jī)未成熟應(yīng)用前，在現(xiàn)行的規(guī)程下，我們認(rèn)為某些變電站根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)保留個(gè)別留守人員完成簡(jiǎn)單的壓板投退、電能表抄表和高頻交信等單一操作，也許是一種較好的運(yùn)行過(guò)渡模式。3.7通信接口和規(guī)約轉(zhuǎn)換的問(wèn)題監(jiān)控系統(tǒng)目前正處于不斷開(kāi)發(fā)深入階段，在接口及設(shè)計(jì)方面還沒(méi)有形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。在調(diào)查中運(yùn)行單位反映強(qiáng)烈的是：一個(gè)站內(nèi)配置有多種不同保護(hù)廠家、不同保護(hù)類型的設(shè)備，規(guī)約轉(zhuǎn)換困難。個(gè)別變電站甚至出現(xiàn)投產(chǎn)初期可以無(wú)人值班，在經(jīng)過(guò)多期的生產(chǎn)改造、工程擴(kuò)建后，反倒不能實(shí)現(xiàn)無(wú)人值班的情況。原因就在于多次擴(kuò)建中設(shè)備不斷改造更新，而且微機(jī)保護(hù)裝置軟件版本更新?lián)Q代快，各廠家通信接口沒(méi)有按統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約設(shè)計(jì)，與監(jiān)控系統(tǒng)接口困難。每次變電站擴(kuò)建時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)最大的難點(diǎn)就在于通信接口的規(guī)約轉(zhuǎn)換。所以，在設(shè)計(jì)及設(shè)備選擇時(shí)必須要求監(jiān)控設(shè)備、微機(jī)保護(hù)和其它IED設(shè)備提供符合IEC60870-5