智能變電站監(jiān)控系統(tǒng)在現(xiàn)場應(yīng)用中的問題及解決措施

智能變電站監(jiān)控系統(tǒng)在現(xiàn)場應(yīng)用中的問題及解決措施

開元侯港能源站是寧夏第一個智能能源站，也是寧夏智能能源電網(wǎng)建設(shè)的重要試點工程。伴隨著智能化變電站的發(fā)展,在傳統(tǒng)變電站實現(xiàn)“四遙”(遙測、遙信、遙控、遙調(diào))功能的基礎(chǔ)上,在智能化變電站中,光纜取代了電纜,光信號取代了電信號,GOOSE連線取代了傳統(tǒng)的電氣物理連接,數(shù)據(jù)采集及命令執(zhí)行的智能終端下放至戶外機構(gòu)箱內(nèi),合并單元集中組屏,由于這些新技術(shù)的出現(xiàn),使得傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)的功能也已經(jīng)無法滿足智能變電站的功能要求,因此必須應(yīng)用適應(yīng)智能變電站的監(jiān)控系統(tǒng)。1新型變電站網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)智能化變電站首先必須有一個完整的網(wǎng)絡(luò)框架,一個好的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架是智能變電站監(jiān)控系統(tǒng)穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)。開元變電站網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)按照邏輯接受與執(zhí)行功能,可被分配到站控層、間隔層、過程層、面向通用對象的變電站事件(GenericObjectOrientedSubstationEvents,GOOSE)網(wǎng)及制造報文規(guī)范(ManufacturingMessageSpecification,MMS)網(wǎng)。圖1所示的開元變電站網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架。其中站控層是由囊括了保護信息子站的監(jiān)控系統(tǒng)、一體化五防系統(tǒng)、遠動系統(tǒng)、報文監(jiān)測系統(tǒng)等;間隔層由不同電壓等級的保護裝置、測控裝置、保護測控一體裝置、錄波單元、交直流一體電源等組成;過程層則由電子式互感器、合并單元、智能終端等采集和執(zhí)行單元(設(shè)備)組成。從物理上看,智能化變電站仍然是一次設(shè)備和二次設(shè)備兩個層面。由于一次設(shè)備的智能化及二次設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化,并且在數(shù)字化變電站基礎(chǔ)上增加了一些高級應(yīng)用,使得智能化變電站一次設(shè)備和二次設(shè)備之間的結(jié)合更加緊密。1.1車站控制層網(wǎng)絡(luò)控制功能(1)通過兩級高速網(wǎng)絡(luò)匯總?cè)镜膶崟r數(shù)據(jù)信息,不斷刷新實時數(shù)據(jù)庫,按時登錄歷史數(shù)據(jù)庫;(2)將有關(guān)數(shù)據(jù)信息送往電網(wǎng)調(diào)度或控制中心;(3)接受電網(wǎng)調(diào)度或控制中心有關(guān)控制命令并轉(zhuǎn)間隔層、過程層執(zhí)行;(4)具有在線可編程的全站操作閉鎖控制功能;(5)具有(或備有)站內(nèi)當?shù)乇O(jiān)控、人機聯(lián)系功能,如顯示、操作、打印、報警等功能以及圖像、聲音等多媒體功能;(6)具有對間隔層、過程層設(shè)備的在線維護、在線組態(tài)、在線修改參數(shù)等功能。1.2錄波單元的監(jiān)控存儲及運行控制間隔層是智能化變電站的邏輯功能運算部分,本層的保護裝置實現(xiàn)邏輯運算,測控裝置實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)的采集及控制命令的處理,錄波單元實現(xiàn)故障前后模擬量、開關(guān)量的采集及存儲,間隔層設(shè)備多具有中央處理器(CentralProcessingUnit,CPU)或數(shù)字信號處理器(DigitalSignalProcessor,DSP),可完成復(fù)雜的邏輯運算以及人機交互管理。1.3典型設(shè)備的特性過程層是智能化變電站的數(shù)據(jù)采集、邏輯命令執(zhí)行部分,典型設(shè)備有電子式互感器、智能終端、合并單元,其技術(shù)特點是設(shè)備采用了基于數(shù)據(jù)鏈路層通訊的GOOSE傳輸機制,利用快速重傳方法,實現(xiàn)報文的可靠傳輸。1.4控制層網(wǎng)絡(luò)信息,實現(xiàn)了“三方互聯(lián)互通”智能化變電站過程層、間隔層和站控層內(nèi)部及各層之間采用高速以太網(wǎng)絡(luò)通信。整個系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡(luò)可以分為:站控層和間隔層之間的間隔層通訊網(wǎng)(MMS網(wǎng))及間隔層和過程層之間的過程層通訊網(wǎng)(GOOSE網(wǎng))。站控層網(wǎng)絡(luò)、過程層GOOSE網(wǎng)絡(luò)和模擬數(shù)據(jù)傳送網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議相互獨立,分工明確。(1)監(jiān)控層MMS網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的特點是突發(fā)性強、數(shù)據(jù)量大,傳送實時性要求不高。MMS網(wǎng)絡(luò)主要負責(zé)間隔層設(shè)備與后臺、調(diào)度等的通信。聯(lián)閉鎖的GOOSE一般也在這一層實現(xiàn)。如果充分利用交換機對報文的優(yōu)先級處理,保護之間配合的GOOSE也可以在這一層實現(xiàn)。(2)過程層GOOSE網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)特點是數(shù)據(jù)量不大,具有突發(fā)性,傳輸要求可靠性高、實時性強,可以單獨組網(wǎng),也可以跟采樣值(SampledValue,SV)共同組網(wǎng)。(3)模擬量SV網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的特點是數(shù)據(jù)量大且穩(wěn)定。傳輸要求實時性、穩(wěn)定性、可靠性。智能變電站監(jiān)控系統(tǒng)高級應(yīng)用基于IEC61850標準的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),“三層兩網(wǎng)”體現(xiàn)了“軟件總線”的概念,實現(xiàn)了軟件領(lǐng)域的“即插即用”。滿足了電力系統(tǒng)實時性、可靠性要求,有效地解決了異構(gòu)系統(tǒng)間的信息互通、數(shù)據(jù)內(nèi)容與顯示處理分離、自定義性和可擴展性的問題。2適當?shù)墓δ苤悄鼙O(jiān)控系統(tǒng)高級應(yīng)用包括GOOSE及SV狀態(tài)圖監(jiān)測、程序化操作控制、智能告警系統(tǒng)、軟壓板狀態(tài)檢修、小電流選線功能的實現(xiàn)、網(wǎng)絡(luò)管理等重要功能。變電站配置描述(SubstationConfigurationDescription,SCD)是智能變電站的核心配置文本,也是智能變電站后臺監(jiān)控系統(tǒng)完成各智能電子設(shè)備通訊以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹饕渲脕碓础?.1iedregulation在IEC61850標準中,SCD文件系統(tǒng)性的描述了一個智能化變電站內(nèi)各個孤立的智能電子設(shè)備(IntelligentElectronicDevice,IED),以及各IED間的邏輯聯(lián)系,它完整的描述了各個孤立的IED是怎樣整合成為一個功能完善的變電站自動化系統(tǒng)。SCD文件做為系統(tǒng)性配置描述文件,可同時提供給監(jiān)控系統(tǒng)、遠動系統(tǒng)、保護信息子站系統(tǒng)使用,保證了多個系統(tǒng)的配置一致性。2.2圖件的通訊與監(jiān)測在智能變電站網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架的過程層中,光纜取代了電纜,GOOSE連線取代了電纜電氣連接,光信號取代了電信號,傳統(tǒng)的電氣回路檢測手段無法適用于光通訊,如何監(jiān)測過程層的GOOSE及SV通訊狀態(tài),成為一個現(xiàn)實問題。OSI參考模型分為7層,分別是物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會話層、表示層和應(yīng)用層,基于數(shù)據(jù)鏈路層的GOOSE組播通訊方式,其GOOSE及SV通訊狀態(tài)可由通訊的接收方進行判斷,接收方再將通訊狀態(tài)通過站控層網(wǎng)絡(luò)傳輸至監(jiān)控系統(tǒng),監(jiān)控系統(tǒng)以二維表的形式實現(xiàn)對GOOSE及SV采樣狀態(tài)的監(jiān)測,技術(shù)人員或系統(tǒng)集成商是通過對GOOSE及SV狀態(tài)圖的制作和分析,來完成過程層實時顯示過程層的通訊及監(jiān)測的,通過GOOSE及SV狀態(tài)可方便地對各IED之間的GOOSE鏈路狀態(tài)進行監(jiān)測。在銀川110kV開元變電站調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn),對于稍大規(guī)模的智能變電站,其GOOSE及SV鏈路狀態(tài)無法在1幅畫面上直觀顯示。此時只能將其拆分為多幅畫面,在拆分時,建議將保護裝置鏈路狀態(tài)做1個畫面,測控裝置鏈路再做1幅畫面,便于分類查看,另外GOOSE及SV狀態(tài)圖的制作難點是由于GOOSE鏈路多而繁雜,要制作GOOSE及SV狀態(tài)圖,工程人員需要熟悉全站各IED之間的GOOSE鏈路關(guān)系,這對工程人員有一定的技術(shù)要求。2.3其他的操作程序化操作又名順控,在設(shè)備性能的穩(wěn)定性和可靠性滿足順控要求的情況下,按照預(yù)先定義好的操作任務(wù),批量執(zhí)行多項一次設(shè)備或二次設(shè)備的有關(guān)操作。比如現(xiàn)場用戶倒閘操作票上的一系列操作,事先將這些操作內(nèi)容定義成一張操作票,等到正常操作時,運行人員只需一個命令就可以將設(shè)備從當前狀態(tài),改變?yōu)樾碌臓顟B(tài)(例如將10kV1號線由運行狀態(tài)改變?yōu)榫€路檢修狀態(tài),這個系列操作包括:(1)拉開開關(guān);(2)拉開主刀;(3)合上線路地刀。智能操作票的使用也是程序化操作實現(xiàn)的保障。2.3.1裝置組合的形成過程(1)間隔內(nèi)操作。如果操作的輸入輸出信息只與本間隔測控或保護測控裝置相關(guān),此為間隔內(nèi)程序化操作。(2)跨間隔操作。如果輸入、輸出信息是由多個裝置的信息組成,此為跨間隔程序化操作。(3)組合操作。選擇若干間隔內(nèi)操作或跨間隔操作組合在一起,形成一個新的程序化操作。(4)二次操作。根據(jù)用戶需要對保護或測控設(shè)備的一些二次操作,比如軟壓板的批量投退,PT的并列分列,輔助開關(guān)的遙控分合等操作。2.3.2順控模擬過程中出現(xiàn)的其他問題一體化五防模塊是以監(jiān)控的圖形環(huán)境和實時庫為數(shù)據(jù)基礎(chǔ),帶有操作票智能生成與管理并對變電站一次設(shè)備的遠方及就地操作進行五防閉鎖功能的監(jiān)控模塊。一次設(shè)備的后臺遙控操作可以憑借與五防模塊的實時數(shù)據(jù)共享與交換可靠地實現(xiàn)邏輯閉鎖功能。而對于一次設(shè)備的就地操作則需要將操作票內(nèi)的相關(guān)內(nèi)容傳輸?shù)诫娔X鑰匙中,利用電腦鑰匙的強大功能來完成防誤功能。智能操作票系統(tǒng)是運用計算機技術(shù),建立電力系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)模型,利用圖票一體化技術(shù),實現(xiàn)操作票的智能生成、自動模擬、自動拓撲著色、自動安全校核、流程管理等。在銀川110kV開元變電站的順控實施過程中發(fā)現(xiàn)兩個問題:(1)現(xiàn)場順控流程定義過程中,出現(xiàn)個別需聯(lián)系調(diào)度后才能執(zhí)行的步驟。例如110kV線路由運行改線路檢修情況下,本側(cè)通過順控操作可快速將本側(cè)線路改為線路檢修態(tài),但對側(cè)變電站停運線路的操作與本側(cè)操作可能出現(xiàn)不同步現(xiàn)象,可能出現(xiàn)帶電合線路接地刀閘的誤操作情況,引起重大設(shè)備事故。故在涉及對側(cè)變電站運行狀態(tài)的順控流程中,需要在合線路接地刀閘時,順控須暫停執(zhí)行,待運行人員聯(lián)系調(diào)度完畢后,再繼續(xù)執(zhí)行。由于聯(lián)系調(diào)度所需的時間無法確定,故順控服務(wù)器存在一個等待超時問題,即順控暫停執(zhí)行時,等待時間無法確定,可能多至數(shù)小時時間,此時順控服務(wù)器無法長期處于等待狀態(tài),從而出現(xiàn)超時后順控執(zhí)行失敗現(xiàn)象。在與用戶反復(fù)溝通后,確定了與調(diào)度聯(lián)系所需的理論最大時間,順控服務(wù)器按照該時間設(shè)置等待時間,最后解決了問題。(2)在順控實現(xiàn)的過程中出現(xiàn)的另外一個問題是,順控操作票在操作票系統(tǒng)中進行模擬預(yù)演時,模擬過程中無法經(jīng)五防邏輯校驗,但執(zhí)行過程中可經(jīng)五防邏輯校驗。現(xiàn)場通過在順控流程定義中,添加執(zhí)行條件進行彌補,從而解決了在模擬過程中沒有五防邏輯的問題。但這種解決方法存在一個缺陷是,五防邏輯和執(zhí)行條件要各編輯一次,增加了現(xiàn)場的編輯及驗證工作量。銀川110kV開元變電站采用了一體五防,即將五防系統(tǒng)內(nèi)置于監(jiān)控系統(tǒng)中,以數(shù)據(jù)共享的方式實現(xiàn),此種方式實現(xiàn)順控不存在問題,但對于不能實現(xiàn)一體化而必須和外廠家五防系統(tǒng)配合的現(xiàn)場,由于程序化操作與各五防廠商沒有通用的通訊接口標準,故在外置獨立五防的情況下,順控?zé)o法與其配合使用。2.4智能歷史事件分析無特殊內(nèi)容罪傳統(tǒng)變電站監(jiān)控系統(tǒng)告警是以系統(tǒng)收到事件報文的先后順序依次告警。當變電站發(fā)生事故時,由于事件數(shù)量多,運行、保護人員無法清晰、直觀的了解事故發(fā)生時事件的先后順序,而智能告警實現(xiàn)了按間隔或按間隔主設(shè)備(斷路器),從眾多事件中檢索出相關(guān)的本間隔信息,并按時間先后順序排序,同時根據(jù)事件類型,將保護和測控信息分開,方便不同專業(yè)的人員查看,通過智能告警程序,運行人員只要通過簡單的菜單操作,即可以清晰、直觀地初步了解事故發(fā)生時事件的前后邏輯關(guān)系。在銀川110kV開元變電站實現(xiàn)智能告警的過程中發(fā)現(xiàn),由于工程調(diào)試人員與運行人員對事件類型的理解有所偏差,引起事件類型歸類錯誤,進而引起智能告警中信息檢索出現(xiàn)遺漏和誤檢索的問題,這個問題歸根結(jié)底是由于信息歸類無明確標準,現(xiàn)場調(diào)試僅按個人理解歸類,從而引起檢索異常。在工程中調(diào)試人員需與運行人員對所有事件逐一進行歸類,并做相關(guān)試驗來印證,保證時間檢索的準確性。2.5實時值與校核值的測定在保護人員對運行的保護裝置檢修期間,保護裝置的軟壓板狀態(tài)可能被修改,檢修完畢,除了人工核對軟壓板狀態(tài)外,如何通過技術(shù)手段對軟壓板狀態(tài)進行校核,以確保軟壓板狀態(tài)的正確性,為此提出了軟壓板狀態(tài)檢修功能。即,在監(jiān)控系統(tǒng)的軟壓板狀態(tài)顯示界面加入軟壓板狀態(tài)校核值,該值在正常運行期間與實時值保持一致,監(jiān)控系統(tǒng)relay_mmi程序定時檢測實時值與校核值。當兩值不一致時,產(chǎn)生告警信息,當保護人員對保護裝置檢修完畢,只需人工觸發(fā)一次狀態(tài)自檢,即可了解保護裝置軟壓板狀態(tài)與檢修前軟壓板狀態(tài)是否一致,從而在技術(shù)上實現(xiàn)了軟壓板狀態(tài)檢修。在銀川開元110kV變電站的實施過程中發(fā)現(xiàn),由于部分備用間隔未投運,其軟壓板狀態(tài)校核值未填寫,造成在定時自檢或人工觸發(fā)自檢時,會產(chǎn)生備用間隔的軟壓板狀態(tài)不一致告警,這樣對運行人員造成一定影響,現(xiàn)場通過將所有備用間隔軟壓板校核值設(shè)置為與實際狀態(tài)一致,從而解決了問題。從銀川開元110kV變電站應(yīng)用情況來看,本功能如果能按設(shè)備觸發(fā)軟壓板狀態(tài)自檢,其功能將更加完善,更利于現(xiàn)場使用。2.6接地試跳的使用條件此功能應(yīng)用于小電流接地系統(tǒng),當系統(tǒng)中發(fā)生接地故障時,其接地故障點零序電流基本為電容電流,且幅值很小,用零序過流繼電器來保護接地故障很難保證其選擇性。在本裝置中接地保護實現(xiàn)時,由于各裝置通過網(wǎng)絡(luò)互聯(lián),信息可以共享,故采用上位機比較同一母線上各線路零序電流基波或五次諧波幅值和方向的方法來判斷接地線路,并通過網(wǎng)絡(luò)下達接地試跳命令來進一步確定接地線路。接地選線功能的使用條件:(1)具備支持接地選線功能監(jiān)控系統(tǒng)或者遠方調(diào)度系統(tǒng);(2)遙控把手放在遠方位置,對應(yīng)裝置“開關(guān)量狀態(tài)”菜單中,“遙控投入”狀態(tài)應(yīng)為“1”;(因為試跳是通過遙控來實現(xiàn))(3)必須給各個間隔裝置提供外部輸入的零序電流,不能使用裝置自產(chǎn)的零序電流。在銀川開元110kV變電站調(diào)試中發(fā)現(xiàn),如果對發(fā)生單相接地故障的線路進一步確認,需要進行接地試跳。選擇接地試跳的裝置,進行接地試跳,裝置接收到遠方的接地試跳命令后實現(xiàn)斷路器分閘,延時2s后,斷路器自動重合;如果在斷路器分閘時,系統(tǒng)接地報警消失,可以確定試跳的線路發(fā)生單相接地故障:如果斷路器分閘時,系統(tǒng)接地報警沒有消失,需要根據(jù)零序基波