110kv三配電電變電站在模塊化操作中的升級(jí)改造

110kv三配電電變電站在模塊化操作中的升級(jí)改造

隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展，作為智能電網(wǎng)的基本功能，程序化操作已廣泛應(yīng)用于任何新的綜合自動(dòng)核電站。為了積累經(jīng)驗(yàn),為今后的智能電網(wǎng)在烏魯木齊電業(yè)局的發(fā)展奠定基礎(chǔ),該局選擇了110kV三汽配電變電站開展程序化操作的試點(diǎn)工作。結(jié)合目前站內(nèi)的一、二次設(shè)備狀況,烏魯木齊電業(yè)局將通過改造實(shí)現(xiàn)集控端、站端均實(shí)現(xiàn)程序化操作。1自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行過程中誤操作的消除方法目前國內(nèi)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)經(jīng)過多年發(fā)展已達(dá)到較高的技術(shù)水平,其中一些重要變電站的一次設(shè)備和二次設(shè)備已經(jīng)具有很高的可靠性和可控性,具備了實(shí)施程序化操作的條件。在變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中采用程序化操作,可提高運(yùn)行工作效率和操作正確率,有效防止運(yùn)行過程中的誤操作。程序化操作就是預(yù)先定義好操作序列,實(shí)際操作時(shí)完全依照預(yù)先定義序列形成實(shí)際操作序列,以達(dá)到“一鍵操作”的目的。并將一個(gè)程序化操作抽象為操作票,該操作票對(duì)應(yīng)一個(gè)狀態(tài)到另一狀態(tài)的切換,并包含有先后操作順序的操作步驟,每步驟包括操作前判斷邏輯(防誤邏輯)、操作內(nèi)容、操作后確認(rèn)條件(確認(rèn)操作是否成功)。1.1后臺(tái)控制功能典型模式有以下兩種。第一種典型情況是單間隔典型票操作由該間隔測(cè)控裝置完成。由于一次設(shè)備的操作控制接口不能共享,故間隔層測(cè)控裝置僅實(shí)現(xiàn)單間隔典型票的程序化控制功能,后臺(tái)/主站下發(fā)的單間隔程序化控制命令直接發(fā)送至測(cè)控裝置;對(duì)于跨間隔典型票/組合票和臨時(shí)票,由遠(yuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)發(fā)至后臺(tái)控制完成,由后臺(tái)統(tǒng)一協(xié)調(diào)控制。另一種典型情況是在站控層設(shè)置程序化操作服務(wù)器,變電站內(nèi)所有操作票均存放在該服務(wù)器中,由當(dāng)?shù)剡\(yùn)行人員選擇合適的操作票后,程序化操作服務(wù)器根據(jù)操作順序依次向間隔層設(shè)備下發(fā)控制命令,達(dá)到操作票的程序化操作目的;或由主站端運(yùn)行人員下發(fā)的操作命令通過遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)到程序化服務(wù)器后實(shí)現(xiàn)程序化操作。1.2控制板模塊下功能單一傳感說第一種方案需要在測(cè)控裝置內(nèi)增加程序化操作功能,然后再配合后臺(tái)程序化操作模塊和遠(yuǎn)動(dòng)單元程序化操作模塊實(shí)現(xiàn)變電站程序化操作。優(yōu)點(diǎn):可充分利用分布式系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn),單一測(cè)控裝置故障不會(huì)影響到其他裝置的程序化操作功能,缺點(diǎn):實(shí)現(xiàn)起來需要把站內(nèi)測(cè)控裝置都更換為帶程序化操作功能的新型號(hào)裝置。第二種方案的兼容性比第一種方案好,但兩種方案均未設(shè)置實(shí)現(xiàn)在程序化操作過程中與傳統(tǒng)站內(nèi)五防的融合。2實(shí)現(xiàn)程序操作的條件110kV三汽配電變電站2008年投運(yùn),綜合自動(dòng)化系統(tǒng)采用南瑞繼保RCS-9000,遠(yuǎn)傳設(shè)備采用RCS9698D,與集控通信規(guī)約采用標(biāo)準(zhǔn)101,一次接線采用擴(kuò)大內(nèi)橋接線,2條110kV進(jìn)線、2臺(tái)主變壓器,三汽配電變電站內(nèi)110kV部分為組合電器開關(guān),斷路器、隔離開關(guān)、接地刀閘都可以進(jìn)行遙控電動(dòng)操作,斷路器和隔離開關(guān)的位置均可以采集;進(jìn)線帶自動(dòng)驗(yàn)電(帶電顯示)裝置;站內(nèi)的保護(hù)裝置支持通過遙控方式投退軟壓板,因此滿足實(shí)現(xiàn)程序化操作的必要條件。10kV側(cè)手車柜的退出和投入未實(shí)現(xiàn)電動(dòng)操作,不具備遙控操作功能,因此不納入本期程序化控制改造范圍之內(nèi)。集控采用的是2009年改造升級(jí)完成南瑞科技的OPEN3000系統(tǒng)。考慮到設(shè)備的可靠性,本次實(shí)現(xiàn)程序化操作的范圍確定為:110kV設(shè)備。3項(xiàng)目實(shí)施計(jì)劃3.1測(cè)控方案的確定由于110kV三汽配電變電站為2008年按照傳統(tǒng)模式新建的綜合自動(dòng)化變電站,站內(nèi)一、二次設(shè)備服役年限尚未超期,站內(nèi)測(cè)控采用的是南瑞繼保RCS-9000系列產(chǎn)品,遠(yuǎn)動(dòng)采用的是南瑞繼保RCS9698-D型號(hào)產(chǎn)品,均不具備程序化操作條件。在不對(duì)變電站站內(nèi)原有設(shè)備做過多更改的前提下,本項(xiàng)目采用第二種設(shè)置程序化操作服務(wù)器的方案,并且實(shí)現(xiàn)站內(nèi)五防主機(jī)對(duì)程序化操作進(jìn)行五防條件閉鎖。同時(shí)對(duì)原操作模式(集控主站無法進(jìn)行程序化操作時(shí))、集控與后臺(tái)遙控開關(guān)和就地操作功能不產(chǎn)生影響。3.2與?？匮b置的配合使用由于本次項(xiàng)目要求不進(jìn)行保護(hù)和測(cè)控裝置的更新改造,故使用程序化操作服務(wù)器來實(shí)現(xiàn)程序化操作。程序化操作服務(wù)器既可以與支持實(shí)現(xiàn)程序化控制功能的測(cè)控裝置一起使用,也可以與不支持程序化操作的傳統(tǒng)測(cè)控裝置配合使用。操作票存儲(chǔ)在程序化操作服務(wù)器內(nèi)。當(dāng)測(cè)控裝置支持程序化操作票執(zhí)行時(shí),程序化操作服務(wù)器下發(fā)執(zhí)行操作票命令,操作票由測(cè)控裝置來執(zhí)行;當(dāng)測(cè)控裝置不支持程序化操作票支持時(shí),則操作票由程序化操作服務(wù)器拆分為普通遙控命令下發(fā)給裝置執(zhí)行。3.3防服務(wù)器及進(jìn)程在接收到當(dāng)?shù)爻绦蚧僮鳈C(jī)與主站下發(fā)的讀取操作票后,程序化操作服務(wù)器通知獨(dú)立五防主機(jī)對(duì)該操作票進(jìn)行五防驗(yàn)證,只有在操作票通過五防主機(jī)驗(yàn)證的情況下程序化操作服務(wù)器才會(huì)將操作票文件上送給調(diào)度主站。之后程序化操作服務(wù)器每執(zhí)行一步操作時(shí),除自己需要判斷執(zhí)行條件外還需經(jīng)五防主機(jī)進(jìn)行驗(yàn)證,只有在驗(yàn)證通過的情況下程序化操作服務(wù)器才會(huì)下發(fā)執(zhí)行命令。五防方面增加一臺(tái)五防嵌入式服務(wù)器(以下簡稱五防服務(wù)器),五防服務(wù)器除與程序化操作服務(wù)器通信外,還與遙控閉鎖控制器通信,用于開放遙控閉鎖繼電器。同時(shí)與原五防后臺(tái)通信,實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)一些虛遙信點(diǎn)給程序化操作服務(wù)器,用于驗(yàn)證通道好壞。對(duì)一次設(shè)備,由于五防系統(tǒng)有遙控閉鎖對(duì)一次設(shè)備進(jìn)行硬件閉鎖,通過五防判斷后,五防服務(wù)器必須先解鎖遙控閉鎖繼電器,再給程序化操作服務(wù)器發(fā)送允許操作命令,否則,程序化操作無法進(jìn)行。對(duì)于臨時(shí)地線的裝設(shè)和拆除,由于均為人工現(xiàn)場(chǎng)操作,其遙信位置考慮由電腦鑰匙采集后,在當(dāng)?shù)匚宸罊C(jī)進(jìn)行對(duì)位后,作為程序化操作前的條件進(jìn)行是否允許操作的判據(jù)。操作票內(nèi)的單步執(zhí)行失敗時(shí),若當(dāng)前操作項(xiàng)出錯(cuò)處理方式定義為“立即停止”,則程序化操作服務(wù)器上送“執(zhí)行總失敗”信息,整個(gè)操作票執(zhí)行失敗;若當(dāng)前操作項(xiàng)出錯(cuò)處理方式定義為“提示用戶停止或繼續(xù)執(zhí)行”,程序化操作服務(wù)器將上送“當(dāng)前步執(zhí)行失敗”信息,并進(jìn)入等待狀態(tài)。調(diào)度主站下發(fā)“繼續(xù)執(zhí)行”命令,程序化操作服務(wù)器將重新執(zhí)行當(dāng)前失敗的操作項(xiàng);調(diào)度主站下發(fā)“停止執(zhí)行”命令,則結(jié)束當(dāng)前操作票執(zhí)行。3.4實(shí)現(xiàn)了程序的新突破本次程序化改造大膽創(chuàng)新、銳意進(jìn)取,制定出一套既適應(yīng)該局實(shí)際情況,又標(biāo)新立異的方案。主要的創(chuàng)新點(diǎn)如下。(1)通過在變電站內(nèi)遠(yuǎn)動(dòng)單元與監(jiān)控中心間增加一套程序化操作服務(wù)器,實(shí)現(xiàn)監(jiān)控主站從程序化服務(wù)器調(diào)取操作票,執(zhí)行前由程序化服務(wù)器向嵌入式五防服務(wù)器提出請(qǐng)求,通過則允許,執(zhí)行時(shí)由程序化將指令下發(fā)至各個(gè)測(cè)控單元完成。這就消除了技術(shù)壁壘,打破了廠家先入為主的壟斷,以后不管是擴(kuò)建還是綜合自動(dòng)化,不同廠家的設(shè)備都可接入實(shí)現(xiàn)程控。(2)目前程序化的實(shí)現(xiàn)基本上都甩開了五防,因?yàn)榇蠹艺J(rèn)為程序化操作票內(nèi)的閉鎖邏輯已經(jīng)完美地替代了五防。但出于安全考慮,此次增加一套支持程序化操作的嵌入式五防服務(wù)器,五防主機(jī)與程序化操作服務(wù)器間進(jìn)行通信,以實(shí)現(xiàn)五防系統(tǒng)對(duì)程序化操作票執(zhí)行條件的判斷,對(duì)操作票內(nèi)操作項(xiàng)的預(yù)演,對(duì)操作票執(zhí)行時(shí)的五防解鎖及閉鎖,給變電站內(nèi)的安全操作構(gòu)筑了第二道防火墻。4技術(shù)方案的比較分析本次在方案實(shí)施過程中,在五防預(yù)演、組合票的操作、通道選擇方面、時(shí)間配合方面、程控服務(wù)器與五防服務(wù)器配合方面等方面遇到了一定的問題,通過認(rèn)真分析研究,找出了相對(duì)較優(yōu)的技術(shù)解決方案。4.1運(yùn)行時(shí)間及操作選優(yōu)五防主機(jī)進(jìn)行操作票預(yù)演時(shí)若在圖形界面上顯示預(yù)演過程,則整張票的預(yù)演需要花費(fèi)1分鐘時(shí)間,也就是說調(diào)度下發(fā)調(diào)票命令后需要1分鐘后才能接收到程序化操作票文件。該時(shí)間可能已經(jīng)超出主站的操作超時(shí)時(shí)間;并且由于圖形界面是在站內(nèi)顯示,集控站端無法查看到界面,因此顯示圖形意義不大。若僅進(jìn)行邏輯預(yù)演不顯示預(yù)演過程,則整個(gè)操作票預(yù)演可以在幾秒鐘內(nèi)完成。因此,出于時(shí)限限制,本方案考慮不進(jìn)行圖形預(yù)演,僅向程序化服務(wù)器發(fā)送預(yù)演成功或失敗信息。4.2主站端+集控端程序化操作在操作票執(zhí)行之前以及執(zhí)行之后都需要對(duì)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行判斷,程序化操作服務(wù)器內(nèi)存儲(chǔ)的操作票需滿足“狀態(tài)明確”這一原則,例如線路的各種運(yùn)行狀態(tài)間的切換,可以做為典型票進(jìn)行存儲(chǔ)。對(duì)于像母線倒閘這樣的操作,由于沒有明確的運(yùn)行狀態(tài),不適合將其作為典型操作票存儲(chǔ)在程序化操作服務(wù)器內(nèi),而需通過主站端對(duì)典型票進(jìn)行組合來實(shí)現(xiàn)操作。集控端將組合票分解成單張典型票與程序化服務(wù)器通信,通過對(duì)典型票的無縫鏈接進(jìn)行組合票的操作。而站內(nèi)程序化操作機(jī)僅進(jìn)行單張典型票的操作。4.3南瑞科技的程序使用原站內(nèi)遠(yuǎn)動(dòng)裝置RCS-9698D向集控中心傳送數(shù)據(jù)的通道為兩路互為備用的101通道,因程序化操作牽扯操作票的傳送,原有101通道無法實(shí)現(xiàn)此項(xiàng)功能,故此次改造在程序化操作服務(wù)器與集控中心之間新增一路經(jīng)南瑞科技擴(kuò)展的程序化操作專用104通道,此104通道規(guī)約已在全國數(shù)座已投運(yùn)的程序化操作變電站中實(shí)現(xiàn)了成功應(yīng)用。程序化操作服務(wù)器需要的站內(nèi)信息量與下發(fā)的遙控命令由原遠(yuǎn)動(dòng)裝置通過標(biāo)準(zhǔn)104規(guī)約向其傳送;與嵌入式五防服務(wù)器間通訊采用為程序化操作擴(kuò)展的104“許繼四方規(guī)約”,用來傳送操作序列和實(shí)遙信。4.4控制繼電器發(fā)送機(jī)至控制板出快速響應(yīng)在實(shí)際配置過程中,出現(xiàn)了這樣的問題:在程序化操作服務(wù)器向五防服務(wù)器請(qǐng)求操作時(shí),五防服務(wù)器同時(shí)發(fā)對(duì)程控服務(wù)器解鎖命令與對(duì)遙控閉鎖繼電器解鎖命令。原站內(nèi)遙控閉鎖繼電器控制器采用的是串口通信,程控服務(wù)器收到解鎖命令后立即下發(fā)遙控命令,考慮繼電器固有動(dòng)作時(shí)間與串口通訊傳輸速率問題,出現(xiàn)了時(shí)間配合失步問題。在遙控命令下發(fā)的有效時(shí)間內(nèi),遙控閉鎖繼電器尚未開放,導(dǎo)致了遙控失敗。經(jīng)過分析,采取以下方案進(jìn)行解決:五防服務(wù)器與遙控閉鎖控制器之間的通信由串口通信改為以太網(wǎng)通信,更換了通信板件,提高了通訊速率;五防服務(wù)器增加判斷機(jī)制,在確認(rèn)遙閉開放后,再發(fā)軟解鎖命令;程控服務(wù)器在收到遙控命令后,延時(shí)1s下發(fā)遙控命令,同時(shí)在遙控成功后,向五防服務(wù)器發(fā)送全遙信供判斷,要遙控成功重新閉鎖繼電器,延時(shí)3s再做下一步申請(qǐng)。4.5溫度設(shè)備態(tài)轉(zhuǎn)換是否合法程序化操作服務(wù)器執(zhí)行過程如圖3所示。除自己需要判斷執(zhí)行條件外還需經(jīng)五防主機(jī)進(jìn)行驗(yàn)證,但程控服務(wù)器與五防服務(wù)器判斷的條件是不同的。程控服務(wù)器判斷設(shè)備態(tài)轉(zhuǎn)換是否合法,即從一個(gè)設(shè)備態(tài)到另一個(gè)設(shè)備態(tài)之間是否能夠直接轉(zhuǎn)換,有三個(gè)判斷條件:①當(dāng)前設(shè)備態(tài)是否合法;②目標(biāo)設(shè)備態(tài)是否合法;③操作票是否存在。程控服務(wù)器判斷通過后,再向五防服務(wù)器發(fā)送調(diào)取操作票的具體操作序列。五防服務(wù)器判斷操作序列是否合法,即操作序列的每項(xiàng)單步操作是否符合嚴(yán)格的五防規(guī)則,通過允許程控服務(wù)器進(jìn)行預(yù)置,否則禁止操作。4.6通過改進(jìn)組態(tài)契約,改變雙位置遙信,解決了用戶在系統(tǒng)服在項(xiàng)目實(shí)施過程中,還出現(xiàn)了許多其他問題。如程序化操作為保證可靠性,要求開關(guān)刀閘位置采用雙點(diǎn)遙信,由遠(yuǎn)動(dòng)裝置將雙點(diǎn)合成后上送統(tǒng)一的雙點(diǎn)遙信點(diǎn),而南瑞繼保的104規(guī)約組態(tài)配置里為雙位置遙信,采用的是將雙點(diǎn)遙信簡單地劃分為兩個(gè)單點(diǎn)遙信來上送。通過更改組態(tài)規(guī)約,變雙位置遙信為雙點(diǎn)遙信來解決;同時(shí)在集控南瑞科技o(jì)pen3000系統(tǒng)中的程序化操作模塊RedHatlinux系統(tǒng)版本程序調(diào)取操作票時(shí)會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤,unix系統(tǒng)版本程序調(diào)取則無問題,在linux系統(tǒng)平臺(tái)上調(diào)整了程序后則無問題。這些問題的成功解決,為將來程序化操作的推廣積累了寶貴的調(diào)試經(jīng)驗(yàn)。5優(yōu)化了部分變電站的程序操作本次改造中還出現(xiàn)了一些沒能有效解決的新問題,具體為如下。(1)由于程控?cái)U(kuò)展104規(guī)約目前不支持出錯(cuò)原因上送,因此在條件不滿足導(dǎo)致執(zhí)行失敗時(shí),集控端無法獲知導(dǎo)致出錯(cuò)的原因,可能造成處理時(shí)間的延誤。這是由于規(guī)約本身的限制導(dǎo)致的。(2)目前烏魯木齊電業(yè)局集控站系統(tǒng)并不具備程序化操作功能。其中集控站與變電站的通訊規(guī)約有IEC101規(guī)約以及IEC104規(guī)約,本次改造已實(shí)現(xiàn)的程序化部分是在擴(kuò)展IEC104基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)。但目前還有相當(dāng)部分變電站不具備IEC104接入調(diào)度條件,IEC101規(guī)約基礎(chǔ)上目前尚未能夠成功實(shí)現(xiàn)程序化操作。這同樣是由規(guī)約問題導(dǎo)致的。(3)對(duì)于部分需要人工進(jìn)行執(zhí)行狀態(tài)確認(rèn)的操作,本次改造采取的是在程序化操作票中增加“暫停”項(xiàng)。例如在合開關(guān)操作項(xiàng)后有一個(gè)提示確認(rèn),程序化操作服務(wù)器在對(duì)開關(guān)進(jìn)行合操作并判斷到執(zhí)行結(jié)束條件滿足后,將會(huì)上送暫停信息,集控站端相應(yīng)地會(huì)彈出提示信息讓操作人員進(jìn)行確認(rèn),待確認(rèn)完畢后從集控站端下發(fā)繼續(xù)執(zhí)行命令即可讓程序化操作服務(wù)器繼續(xù)進(jìn)行下面的操作。并且由于傳統(tǒng)操作習(xí)慣和相關(guān)繼電保護(hù)規(guī)程規(guī)定,本次改造并未融入遠(yuǎn)方更改保護(hù)軟壓板功能,還需人工手動(dòng)投退硬壓板,尚未實(shí)現(xiàn)完全的擺脫人工操作。(4)目前國內(nèi)的程序化操作變電站均為本站內(nèi)間隔的程序化操作,尚未實(shí)現(xiàn)跨站間一體程序化操作。如在變電站送電時(shí)電源與負(fù)荷兩側(cè)刀閘與斷路器的配合程序化送電。這牽扯到集控一體五防、集控跨站程序化操作功能模塊的研發(fā)、通信協(xié)議的修改等諸多問題,需要解決。這些新問題,需要在今后的程序化工程中一一加以改進(jìn)。6u300