智能變電站順控技術(shù)工程實(shí)踐

， ， ，，， ，(. 國網(wǎng)杭州供電公司，浙江 杭州 30000 ；．邯鄲慧龍電力設(shè)計(jì)研究有限公司，河北 邯鄲 056000)

0 引 言

應(yīng)用在變電站設(shè)備的運(yùn)行操作中的順序控制是指由順序控制服務(wù)根據(jù)操作票對變電站設(shè)備進(jìn)行系列化操作，依據(jù)設(shè)備的執(zhí)行結(jié)果信息的變化來判斷每步操作是否到位，確認(rèn)到位后自動(dòng)或半自動(dòng)執(zhí)行下一指令，直至執(zhí)行完成所有的指令[1]。

常規(guī)變電站站控層多采用IEC103規(guī)約，而保護(hù)裝置站控層通信采用私有規(guī)約，難以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方切換定值區(qū)、遠(yuǎn)方投退功能軟壓板、程序化控制等功能。其倒閘操作雖然已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化遠(yuǎn)程操作，但仍需操作人員參與到每一項(xiàng)操作中，通過設(shè)備反饋的狀態(tài)信息來判斷操作是否正確，這種操作模式消耗大量人力和時(shí)間。智能變電站是建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的重要組成部分，根據(jù)國網(wǎng)公司規(guī)劃，智能變電站已全面開展建設(shè)[2-3]。智能變電站最基本的智能控制包括順序操作、智能操作票、圖像聯(lián)動(dòng)等。而順序控制是變電站智能控制的基礎(chǔ)。采用自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)倒閘操作的順序控制，通過程序、邏輯來自動(dòng)判斷設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的變化，避免了操作人員的來回檢查，提高了生產(chǎn)效率和供電可靠性，因此近年來智能變電站順控技術(shù)得到了較大發(fā)展。

1 對順序控制的要求

1.1 總體要求[1]

1) 變電站側(cè)宜具備完整順序控制功能，并支持主站(即調(diào)度端或集控中心)順序控制。

2) 遠(yuǎn)方順序控制操作時(shí)操作票宜配置在I區(qū)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)，站內(nèi)順序控制操作時(shí)操作票宜配置在監(jiān)控主機(jī)中維護(hù)。

3) 順序控制需經(jīng)過五防邏輯校核，五防功能應(yīng)由監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。

4) 順序控制需具備操作合理性的自動(dòng)判斷功能，且每步操作步驟需有一定的時(shí)間間隔，具備人工干涉的功能。順序控制需提供控制急停及暫停功能。

5) 順序控制宜具備與智能輔助控制系統(tǒng)接口，以支持與圖像監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)。

1.2 對設(shè)備的要求

1)實(shí)現(xiàn)順控操作的變電站設(shè)備應(yīng)具備完善的防誤閉鎖功能。

2)實(shí)現(xiàn)順控的變電站保護(hù)設(shè)備應(yīng)具備遠(yuǎn)方投退軟壓板及遠(yuǎn)方切換定值區(qū)功能。

3)實(shí)現(xiàn)順控操作的封閉式電氣設(shè)備(無法進(jìn)行直接驗(yàn)電)，其線路出口應(yīng)安裝運(yùn)行穩(wěn)定可靠的帶電顯示裝置，反映線路帶電情況并具備相關(guān)遙信功能。

4)實(shí)現(xiàn)順控操作的變電站母聯(lián)斷路器操作電源應(yīng)具備遙控操作功能。

2 彩虹智能變電站概況

彩虹智能變電站[4](以下簡稱彩虹變)工程位于杭州市濱江區(qū)，目前工程規(guī)模：主變壓器為2×240 MVA；220 kV系統(tǒng)采用戶內(nèi)GIS，雙母接線，設(shè)專用母聯(lián)，出線6回；110 kV采用戶內(nèi)GIS，單母分段接線，出線6回；35 kV采用常規(guī)戶內(nèi)開關(guān)柜設(shè)備，出線5回。主變壓器配置2套電氣量保護(hù)和1套非電量保護(hù)。220 kV母線配置2套母差保護(hù)，220 kV線路配置2套線路保護(hù)，220 kV母聯(lián)配置2套母聯(lián)保護(hù)。110 kV母線配置1套母差保護(hù)，110 kV線路配置1套線路保護(hù)，110 kV母分配置1套母分保護(hù)，110 kV側(cè)還配置備自投1套。35 kV線路、母分各配置1套保測一體化裝置。如此大型的變電站內(nèi)，斷路器、隔離開關(guān)、軟壓板、空氣開關(guān)等設(shè)備數(shù)量極大，按常規(guī)逐步操作方式，在操作每個(gè)設(shè)備時(shí)，還要求操作人和監(jiān)護(hù)人輸入設(shè)備代碼、操作密碼進(jìn)行驗(yàn)證，耗費(fèi)人力和時(shí)間巨大，且極易出錯(cuò)。

3 彩虹變順控系統(tǒng)介紹

彩虹變測控裝置為南瑞繼保產(chǎn)品，保護(hù)裝置為南瑞繼保和四方繼保產(chǎn)品，監(jiān)控后臺為南瑞公司PCS-9700產(chǎn)品[5]。全站站控層采用IEC 61850規(guī)約統(tǒng)一建模、統(tǒng)一配置實(shí)現(xiàn)智能設(shè)備互操作，采用一體化信息平臺技術(shù)，支持電網(wǎng)實(shí)時(shí)自動(dòng)控制等高級功能，全站網(wǎng)絡(luò)按分層分布式來實(shí)現(xiàn)站內(nèi)智能設(shè)備間的信息共享和互操作。彩虹變網(wǎng)絡(luò)在邏輯上分為站控層、間隔層和過程層3層[6]。在變電站層和間隔層之間的網(wǎng)絡(luò)通信采用抽象通信服務(wù)接口映射到制造報(bào)文規(guī)范(MMS)，站控層設(shè)備與間隔層設(shè)備間采用雙星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以太網(wǎng)相連，即所有測控裝置、繼電保護(hù)裝置及監(jiān)控主機(jī)、故障錄波器、網(wǎng)絡(luò)分析儀、對時(shí)系統(tǒng)等，均接至MMS網(wǎng)。彩虹變站控層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 彩虹變站控層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

目前，彩虹變電站側(cè)具備順序控制功能，操作中心和調(diào)控中心不具備該功能。監(jiān)控系統(tǒng)集成了順控模塊，并嵌入了邏輯閉鎖軟件，結(jié)合間隔層測控裝置的防誤聯(lián)鎖模塊，對電氣設(shè)備的操作進(jìn)行全程、實(shí)時(shí)的判別。在投產(chǎn)調(diào)試階段已對該監(jiān)控系統(tǒng)防誤和測控裝置中防誤進(jìn)行了驗(yàn)收，站內(nèi)五防邏輯與順序控制功能的交互是系統(tǒng)內(nèi)部的交互。

順控操作票系統(tǒng)分為不可修改式、可修改式和人工逐步輸入方式。不可修改式適用于典型操作，操作票一經(jīng)試驗(yàn)、審批合格并存入系統(tǒng)后，操作人員無權(quán)修改，確保了操作的正確性，但缺乏靈活性?？尚薷氖椒奖闳斯みM(jìn)行一定的修改、調(diào)整，具有一定的靈活性，但需管理好修改權(quán)限。人工逐步輸入方式可以靈活適應(yīng)一些特殊操作，但也具有一定的風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)“安全高于一切”的理念，彩虹變順控典型操作票生成方式選用不可修改式。

彩虹變35 kV開關(guān)柜內(nèi)隔離開關(guān)、接地開關(guān)以及主變壓器35 kV側(cè)接地刀閘由于設(shè)備原因，目前無法順控。主變壓器、消弧線圈分接頭調(diào)整操作直接遙控進(jìn)行，除220 kV母聯(lián)開關(guān)的控制電源小開關(guān)外的其余“控制操作電源小開關(guān)”的操作均未列入順控操作范圍。主變壓器的停復(fù)役操作是多間隔操作，已拆分為主變壓器220 kV側(cè)和110 kV側(cè)單間隔順序控制執(zhí)行。

根據(jù)文獻(xiàn)[1]中第5.1.1條：“順序控制應(yīng)能完成相關(guān)設(shè)備運(yùn)行、熱備用、冷備用三種狀態(tài)間的相互轉(zhuǎn)換”的要求，彩虹變目前可實(shí)現(xiàn)單間隔的運(yùn)行態(tài)、熱備用態(tài)、冷備用態(tài)的相互轉(zhuǎn)換(運(yùn)行態(tài)與熱備用態(tài)之間的轉(zhuǎn)換只是單步操作，彩虹變順控不實(shí)施兩態(tài)之間的轉(zhuǎn)換)。對于開關(guān)檢修態(tài)和線路檢修態(tài)，從設(shè)備情況來看，也可以實(shí)現(xiàn)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，但根據(jù)文獻(xiàn)[1]中第5.1.4條：“斷開或投入操作電源開關(guān)等操作不宜列入順序控制范圍”的要求，故彩虹變未將開關(guān)檢修態(tài)和線路檢修態(tài)列入順控操作。在保護(hù)和自動(dòng)裝置方面，彩虹變可實(shí)現(xiàn)跳閘態(tài)和信號態(tài)之間的轉(zhuǎn)換。具體地講，220 kV設(shè)備順控“態(tài)”有正母運(yùn)行態(tài)、副母運(yùn)行態(tài)、正母熱備用態(tài)、副母熱備用態(tài)、冷備用態(tài)。110 kV設(shè)備順控“態(tài)”有運(yùn)行態(tài)、熱備用態(tài)、冷備用態(tài)。220 kV和110 kV保護(hù)及自動(dòng)化設(shè)備“態(tài)”有跳閘態(tài)和信號態(tài)。為方便后面實(shí)例理解，對220 kV線路(主變壓器220 kV側(cè))的相關(guān)“態(tài)”作一定的闡述[7]。

副母運(yùn)行態(tài)的定義：

1) 開關(guān)→合位

2) 正母隔離開關(guān)→分位

3) 副母隔離開關(guān)→合位

4) 線路閘刀→合位

5) 開關(guān)母線側(cè)接地刀閘→分位

6) 開關(guān)線路側(cè)接地刀閘→分位

7) 線路接地刀閘→分位

8) 線路壓變二次交流電壓開關(guān)→接通

9) 第一路控制直流電源小開關(guān)→接通

10) 第二路控制直流電源小開關(guān)→接通

當(dāng)間隔設(shè)備滿足以上狀態(tài)要求時(shí)，順控系統(tǒng)就認(rèn)為其處于副母運(yùn)行態(tài)。

冷備用態(tài)的定義：

1) 開關(guān)→分位

2) 正母隔離開關(guān)→分位

3) 副母隔離開關(guān)→分位

4) 線路隔離開關(guān)→分位

5) 開關(guān)母線側(cè)接地刀閘→分位

6) 開關(guān)線路側(cè)接地刀閘→分位

7) 線路接地刀閘→分位

8) 線路壓變二次交流電壓開關(guān)→切斷

9) 第一路控制直流電源小開關(guān)→接通

10) 第二路控制直流電源小開關(guān)→接通

當(dāng)間隔設(shè)備滿足以上狀態(tài)要求時(shí)，順控系統(tǒng)就認(rèn)為其處于冷備用態(tài)。

在順序控制的實(shí)現(xiàn)方式方面，彩虹變采用了集中式順控實(shí)施方式，在發(fā)起順控操作指令時(shí)，站端監(jiān)控主機(jī)、通信網(wǎng)關(guān)機(jī)將操作票解析分解成單步操作指令，并根據(jù)操作順序依次下發(fā)給測控裝置執(zhí)行，操作過程中的自動(dòng)控制、操作條件判別和各類遙信、遙測的數(shù)據(jù)交換，都在監(jiān)控主機(jī)完成。

4 彩虹變順控實(shí)例

以較復(fù)雜的單間隔順控操作為例，來說明彩虹變順控操作的逐步實(shí)現(xiàn)過程。彩虹變220 kV線路順控狀態(tài)轉(zhuǎn)換如圖2所示。

圖2 彩虹變220 kV線路順控狀態(tài)轉(zhuǎn)換

操作任務(wù)：XX線由副母運(yùn)行改冷備用

操作步驟如下：

1)檢查監(jiān)控后臺運(yùn)行正常，在順控界面圖2中“副母運(yùn)行態(tài)”點(diǎn)亮，表示XX線初始狀態(tài)為副母運(yùn)行。點(diǎn)擊“冷備用態(tài)”，此時(shí)會(huì)彈出“輸入操作人密碼”對話框。

2)在“輸入操作人密碼”對話框中輸入身份驗(yàn)證，點(diǎn)擊確認(rèn)，若密碼正確，會(huì)彈出“順控”對話框，如圖3所示，框內(nèi)任務(wù)列表顯示了操作任務(wù)，核對任務(wù)正確后，點(diǎn)擊“調(diào)取”按鈕，將順控操作票從操作票數(shù)據(jù)庫存中調(diào)出，如圖4所示。

圖3 彩虹變順控對話框

圖4 彩虹變順控操作票

3)此時(shí)圖3中的“調(diào)取”按鈕變?yōu)椤邦A(yù)演”按鈕，點(diǎn)擊“預(yù)演”按鈕，程序開始模擬預(yù)演，預(yù)演過程中每一操作項(xiàng)都經(jīng)過了五防判斷，順控界面設(shè)備狀態(tài)跟隨“預(yù)演”的進(jìn)度實(shí)時(shí)變化，預(yù)演成功結(jié)束時(shí)圖1中的“冷備用態(tài)”點(diǎn)亮，“順控”框彈出“確認(rèn)”對話框。如預(yù)演失敗，預(yù)演程序會(huì)提示說明失敗原因。

4)預(yù)演成功點(diǎn)擊“順控”框彈出的“確認(rèn)”后，圖3中“調(diào)取”位置的按鈕就變?yōu)椤皥?zhí)行”按鈕，點(diǎn)擊“執(zhí)行”按鈕，程序開始按照順序執(zhí)行每一步操作及設(shè)備狀態(tài)的檢查。操作過程中，對于一次設(shè)備，采用雙輔助接點(diǎn)遙信信號判斷設(shè)備狀態(tài)，對于軟壓板等數(shù)字信息則通過裝置的信息回傳來判斷。如因各方面原因(設(shè)備、通信等)導(dǎo)致程序無法執(zhí)行當(dāng)前操作步驟或反饋條件不滿足狀態(tài)判斷條件的情況時(shí)，程序經(jīng)延時(shí)執(zhí)行超時(shí)告警信號，并自動(dòng)暫停操作，提示操作人員核對狀態(tài)。若此時(shí)相應(yīng)問題得到了解決(設(shè)備、通信等)，在順控界面點(diǎn)擊“繼續(xù)”按鈕，程序?qū)⒗^續(xù)執(zhí)行后續(xù)操作步驟。操作中每一步驟都有一定的時(shí)間間隔，當(dāng)操作至“切斷XX線線路壓變二次電壓小開關(guān)”步驟時(shí)，順控程序自動(dòng)暫停，并跳出人工操作提示，此時(shí)操作人員赴現(xiàn)場操作完XX線線路壓變二次電壓小空開，再返回順控界面，點(diǎn)擊“繼續(xù)”按鈕，順控程序繼續(xù)執(zhí)行后面的操作步驟。除了上述人工干預(yù)功能外，順控畫面還提供“急?！焙汀皶和！惫δ馨粹o，對誤操作也提供了一定程度的挽救措施。

5 彩虹變順控方案的不足與建議

1) 順序控制功能未與視頻圖像監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，順控過程一經(jīng)開始，操作人員只能通過遙信等信息查看設(shè)備狀態(tài)，建議至少在一次設(shè)備區(qū)安裝圖像聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)[8]，便于操作人員在順控執(zhí)行的過程中，通過視頻畫面直觀地觀察到操作過程中設(shè)備指示的變化以及操作結(jié)果等，也便于對異常狀態(tài)隨時(shí)進(jìn)行人工干預(yù)。

2)順控操作票為不可修改式，遇有特殊操作時(shí)必須借助常規(guī)操作票進(jìn)行常規(guī)操作，建議完善順控票編制和生成系統(tǒng)。

3)順控中“態(tài)”的定義沒有涉及到軟壓板，這樣的定義不完整，但如果全部參與判斷，那么就對順控“態(tài)”的判斷增加了更多的條件。若任一條件不滿足，就對應(yīng)不到相應(yīng)的“態(tài)”，程序無法識別設(shè)備狀態(tài)，設(shè)備可順控率降低。目前還沒有“態(tài)”定義的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，建議加快此項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)制定。

4)對于操作后軟壓板狀態(tài)的判斷，程序只判斷最終狀態(tài)是需求狀態(tài)就認(rèn)為操作正確，假如操作前軟壓板就是需求狀態(tài)，順控程序照樣可以進(jìn)行，所以程序是否真正執(zhí)行難以判斷，目前只能加大操作人員的工作量，在操作前對于需要操作的軟壓板的原始狀態(tài)進(jìn)行核對。

5)順控過程中的人工干預(yù)操作部分，程序尚不能對所有人工操作做出識別。對于將信號、狀態(tài)接入監(jiān)控系統(tǒng)的人工操作，在程序判斷出該步操作結(jié)束、位置正確后，操作人員只要點(diǎn)擊“繼續(xù)”按鈕即可進(jìn)行剩余順控操作，但如果位置或狀態(tài)不正確，順控將無法進(jìn)行下去。而對于一些信號、狀態(tài)未接入監(jiān)控系統(tǒng)的人工操作，程序?qū)Σ僮鹘Y(jié)果不加判別，操作人員只需點(diǎn)擊“繼續(xù)”按鈕即可進(jìn)行剩余順控操作，有一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。建議人工操作結(jié)束后，以對話框的形式確認(rèn)該步操作結(jié)束，并再次進(jìn)行身份驗(yàn)

證后方可進(jìn)行后續(xù)順控，這樣雖然增加了操作時(shí)間，但為安全操作又提供了一層保障。

6 結(jié) 語

在智能變電站中，順控技術(shù)能將傳統(tǒng)的操作票轉(zhuǎn)變?yōu)椴僮魅蝿?wù)，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜任務(wù)一鍵完成，節(jié)省了人力和時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率，這在國網(wǎng)杭州供電公司220 kV彩虹智能變電站得到了較好的應(yīng)用，但其系統(tǒng)建設(shè)和使用目前還沒有完整的標(biāo)準(zhǔn)，具體生產(chǎn)運(yùn)行中還存在著較多問題，須根據(jù)設(shè)備情況做出及時(shí)、相應(yīng)的調(diào)整。由于順控技術(shù)的高效性和可靠性，其必將在大規(guī)模、高電壓等級的智能變電站得到廣泛應(yīng)用。

[1] 國家電網(wǎng)公司. 智能變電站順序控制技術(shù)導(dǎo)則：Q/GDW 11153-2014[S]．北京：中國電力出版社，2014.

[2] 國家電網(wǎng)公司. 智能變電站技術(shù)導(dǎo)則：Q/GDW 383-2009[S]．北京：中國電力出版社，2009.

[3] 馮軍. 智能變電站原理及測試技術(shù)[M]. 北京：中國電力出版社，2011.

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