110kv三配電電變電站在模塊化操作中的升級改造

110kv三配電電變電站在模塊化操作中的升級改造

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用于任何新的綜合自動核電站。為了積累經(jīng)驗,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,該局選擇了110kV三汽配電變電站開展程序化操作的試點工作。結合目前站內(nèi)的一、二次設備狀況,烏魯木齊電業(yè)局將通過改造實現(xiàn)集控端、站端均實現(xiàn)程序化操作。1自動化系統(tǒng)運行過程中誤操作的消除方法目前國內(nèi)變電站自動化系統(tǒng)經(jīng)過多年發(fā)展已達到較高的技術水平,其中一些重要變電站的一次設備和二次設備已經(jīng)具有很高的可靠性和可控性,具備了實施程序化操作的條件。在變電站自動化系統(tǒng)中采用程序化操作,可提高運行工作效率和操作正確率,有效防止運行過程中的誤操作。程序化操作就是預先定義好操作序列,實際操作時完全依照預先定義序列形成實際操作序列,以達到“一鍵操作”的目的。并將一個程序化操作抽象為操作票,該操作票對應一個狀態(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、操作后確認條件(確認操作是否成功)。1.1后臺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控裝置完成。由于一次設備的操作控制接口不能共享,故間隔層測控裝置僅實現(xiàn)單間隔典型票的程序化控制功能,后臺/主站下發(fā)的單間隔程序化控制命令直接發(fā)送至測控裝置;對于跨間隔典型票/組合票和臨時票,由遠動轉發(fā)至后臺控制完成,由后臺統(tǒng)一協(xié)調(diào)控制。另一種典型情況是在站控層設置程序化操作服務器,變電站內(nèi)所有操作票均存放在該服務器中,由當?shù)剡\行人員選擇合適的操作票后,程序化操作服務器根據(jù)操作順序依次向間隔層設備下發(fā)控制命令,達到操作票的程序化操作目的;或由主站端運行人員下發(fā)的操作命令通過遠動機轉發(fā)到程序化服務器后實現(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控裝置內(nèi)增加程序化操作功能,然后再配合后臺程序化操作模塊和遠動單元程序化操作模塊實現(xiàn)變電站程序化操作。優(yōu)點:可充分利用分布式系統(tǒng)的優(yōu)點,單一測控裝置故障不會影響到其他裝置的程序化操作功能,缺點:實現(xiàn)起來需要把站內(nèi)測控裝置都更換為帶程序化操作功能的新型號裝置。第二種方案的兼容性比第一種方案好,但兩種方案均未設置實現(xiàn)在程序化操作過程中與傳統(tǒng)站內(nèi)五防的融合。2實現(xiàn)程序操作的條件110kV三汽配電變電站2008年投運,綜合自動化系統(tǒng)采用南瑞繼保RCS-9000,遠傳設備采用RCS9698D,與集控通信規(guī)約采用標準101,一次接線采用擴大內(nèi)橋接線,2條110kV進線、2臺主變壓器,三汽配電變電站內(nèi)110kV部分為組合電器開關,斷路器、隔離開關、接地刀閘都可以進行遙控電動操作,斷路器和隔離開關的位置均可以采集;進線帶自動驗電(帶電顯示)裝置;站內(nèi)的保護裝置支持通過遙控方式投退軟壓板,因此滿足實現(xiàn)程序化操作的必要條件。10kV側手車柜的退出和投入未實現(xiàn)電動操作,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年改造升級完成南瑞科技的OPEN3000系統(tǒng)?？紤]到設備的可靠性,本次實現(xiàn)程序化操作的范圍確定為:110kV設備。3項目實施計劃3.1測控方案的確定由于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化變電站,站內(nèi)一、二次設備服役年限尚未超期,站內(nèi)測控采用的是南瑞繼保RCS-9000系列產(chǎn)品,遠動采用的是南瑞繼保RCS9698-D型號產(chǎn)品,均不具備程序化操作條件。在不對變電站站內(nèi)原有設備做過多更改的前提下,本項目采用第二種設置程序化操作服務器的方案,并且實現(xiàn)站內(nèi)五防主機對程序化操作進行五防條件閉鎖。同時對原操作模式(集控主站無法進行程序化操作時)、集控與后臺遙控開關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目要求不進行保護和測控裝置的更新改造,故使用程序化操作服務器來實現(xiàn)程序化操作。程序化操作服務器既可以與支持實現(xiàn)程序化控制功能的測控裝置一起使用,也可以與不支持程序化操作的傳統(tǒng)測控裝置配合使用。操作票存儲在程序化操作服務器內(nèi)。當測控裝置支持程序化操作票執(zhí)行時,程序化操作服務器下發(fā)執(zhí)行操作票命令,操作票由測控裝置來執(zhí)行;當測控裝置不支持程序化操作票支持時,則操作票由程序化操作服務器拆分為普通遙控命令下發(fā)給裝置執(zhí)行。3.3防服務器及進程在接收到當?shù)爻绦蚧僮鳈C與主站下發(fā)的讀取操作票后,程序化操作服務器通知獨立五防主機對該操作票進行五防驗證,只有在操作票通過五防主機驗證的情況下程序化操作服務器才會將操作票文件上送給調(diào)度主站。之后程序化操作服務器每執(zhí)行一步操作時,除自己需要判斷執(zhí)行條件外還需經(jīng)五防主機進行驗證,只有在驗證通過的情況下程序化操作服務器才會下發(fā)執(zhí)行命令。五防方面增加一臺五防嵌入式服務器(以下簡稱五防服務器),五防服務器除與程序化操作服務器通信外,還與遙控閉鎖控制器通信,用于開放遙控閉鎖繼電器。同時與原五防后臺通信,實時轉發(fā)一些虛遙信點給程序化操作服務器,用于驗證通道好壞。對一次設備,由于五防系統(tǒng)有遙控閉鎖對一次設備進行硬件閉鎖,通過五防判斷后,五防服務器必須先解鎖遙控閉鎖繼電器,再給程序化操作服務器發(fā)送允許操作命令,否則,程序化操作無法進行。對于臨時地線的裝設和拆除,由于均為人工現(xiàn)場操作,其遙信位置考慮由電腦鑰匙采集后,在當?shù)匚宸罊C進行對位后,作為程序化操作前的條件進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,若當前操作項出錯處理方式定義為“立即停止”,則程序化操作服務器上送“執(zhí)行總失敗”信息,整個操作票執(zhí)行失敗;若當前操作項出錯處理方式定義為“提示用戶停止或繼續(xù)執(zhí)行”,程序化操作服務器將上送“當前步執(zhí)行失敗”信息,并進入等待狀態(tài)。調(diào)度主站下發(fā)“繼續(xù)執(zhí)行”命令,程序化操作服務器將重新執(zhí)行當前失敗的操作項;調(diào)度主站下發(fā)“停止執(zhí)行”命令,則結束當前操作票執(zhí)行。3.4實現(xiàn)了程序的新突破本次程序化改造大膽創(chuàng)新、銳意進取,制定出一套既適應該局實際情況,又標新立異的方案。主要的創(chuàng)新點如下。(1)通過在變電站內(nèi)遠動單元與監(jiān)控中心間增加一套程序化操作服務器,實現(xiàn)監(jiān)控主站從程序化服務器調(diào)取操作票,執(zhí)行前由程序化服務器向嵌入式五防服務器提出請求,通過則允許,執(zhí)行時由程序化將指令下發(fā)至各個測控單元完成。這就消除了技術壁壘,打破了廠家先入為主的壟斷,以后不管是擴建還是綜合自動化,不同廠家的設備都可接入實現(xiàn)程控。(2)目前程序化的實現(xiàn)基本上都甩開了五防,因為大家認為程序化操作票內(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器,五防主機與程序化操作服務器間進行通信,以實現(xiàn)五防系統(tǒng)對程序化操作票執(zhí)行條件的判斷,對操作票內(nèi)操作項的預演,對操作票執(zhí)行時的五防解鎖及閉鎖,給變電站內(nèi)的安全操作構筑了第二道防火墻。4技術方案的比較分析本次在方案實施過程中,在五防預演、組合票的操作、通道選擇方面、時間配合方面、程控服務器與五防服務器配合方面等方面遇到了一定的問題,通過認真分析研究,找出了相對較優(yōu)的技術解決方案。4.1運行時間及操作選優(yōu)五防主機進行操作票預演時若在圖形界面上顯示預演過程,則整張票的預演需要花費1分鐘時間,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。該時間可能已經(jīng)超出主站的操作超時時間;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。若僅進行邏輯預演不顯示預演過程,則整個操作票預演可以在幾秒鐘內(nèi)完成。因此,出于時限限制,本方案考慮不進行圖形預演,僅向程序化服務器發(fā)送預演成功或失敗信息。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)行之后都需要對設備狀態(tài)進行判斷,程序化操作服務器內(nèi)存儲的操作票需滿足“狀態(tài)明確”這一原則,例如線路的各種運行狀態(tài)間的切換,可以做為典型票進行存儲。對于像母線倒閘這樣的操作,由于沒有明確的運行狀態(tài),不適合將其作為典型操作票存儲在程序化操作服務器內(nèi),而需通過主站端對典型票進行組合來實現(xiàn)操作。集控端將組合票分解成單張典型票與程序化服務器通信,通過對典型票的無縫鏈接進行組合票的操作。而站內(nèi)程序化操作機僅進行單張典型票的操作。4.3南瑞科技的程序使用原站內(nèi)遠動裝置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通道無法實現(xiàn)此項功能,故此次改造在程序化操作服務器與集控中心之間新增一路經(jīng)南瑞科技擴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)座已投運的程序化操作變電站中實現(xiàn)了成功應用。程序化操作服務器需要的站內(nèi)信息量與下發(fā)的遙控命令由原遠動裝置通過標準104規(guī)約向其傳送;與嵌入式五防服務器間通訊采用為程序化操作擴展的104“許繼四方規(guī)約”,用來傳送操作序列和實遙信。4.4控制繼電器發(fā)送機至控制板出快速響應在實際配置過程中,出現(xiàn)了這樣的問題:在程序化操作服務器向五防服務器請求操作時,五防服務器同時發(fā)對程控服務器解鎖命令與對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,考慮繼電器固有動作時間與串口通訊傳輸速率問題,出現(xiàn)了時間配合失步問題。在遙控命令下發(fā)的有效時間內(nèi),遙控閉鎖繼電器尚未開放,導致了遙控失敗。經(jīng)過分析,采取以下方案進行解決:五防服務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;五防服務器增加判斷機制,在確認遙閉開放后,再發(fā)軟解鎖命令;程控服務器在收到遙控命令后,延時1s下發(fā)遙控命令,同時在遙控成功后,向五防服務器發(fā)送全遙信供判斷,要遙控成功重新閉鎖繼電器,延時3s再做下一步申請。4.5溫度設備態(tài)轉換是否合法程序化操作服務器執(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)五防主機進行驗證,但程控服務器與五防服務器判斷的條件是不同的。程控服務器判斷設備態(tài)轉換是否合法,即從一個設備態(tài)到另一個設備態(tài)之間是否能夠直接轉換,有三個判斷條件:①當前設備態(tài)是否合法;②目標設備態(tài)是否合法;③操作票是否存在。程控服務器判斷通過后,再向五防服務器發(fā)送調(diào)取操作票的具體操作序列。五防服務器判斷操作序列是否合法,即操作序列的每項單步操作是否符合嚴格的五防規(guī)則,通過允許程控服務器進行預置,否則禁止操作。4.6通過改進組態(tài)契約,改變雙位置遙信,解決了用戶在系統(tǒng)服在項目實施過程中,還出現(xiàn)了許多其他問題。如程序化操作為保證可靠性,要求開關刀閘位置采用雙點遙信,由遠動裝置將雙點合成后上送統(tǒng)一的雙點遙信點,而南瑞繼保的104規(guī)約組態(tài)配置里為雙位置遙信,采用的是將雙點遙信簡單地劃分為兩個單點遙信來上送。通過更改組態(tài)規(guī)約,變雙位置遙信為雙點遙信來解決;同時在集控南瑞科技open3000系統(tǒng)中的程序化操作模塊RedHatlinux系統(tǒng)版本程序調(diào)取操作票時會發(fā)生錯誤,unix系統(tǒng)版本程序調(diào)取則無問題,在linux系統(tǒng)平臺上調(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。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)由于程控擴展104規(guī)約目前不支持出錯原因上送,因此在條件不滿足導致執(zhí)行失敗時,集控端無法獲知導致出錯的原因,可能造成處理時間的延誤。這是由于規(guī)約本身的限制導致的。(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,本次改造已實現(xiàn)的程序化部分是在擴展IEC104基礎上實現(xiàn)。但目前還有相當部分變電站不具備IEC104接入調(diào)度條件,IEC101規(guī)約基礎上目前尚未能夠成功實現(xiàn)程序化操作。這同樣是由規(guī)約問題導致的。(3)對于部分需要人工進行執(zhí)行狀態(tài)確認的操作,本次改造采取的是在程序化操作票中增加“暫?！表?。例如在合開關操作項后有一個提示確認,程序化操作服務器在對開關進行合操作并判斷到執(zhí)行結束條件滿足后,將會上送暫停信息,集控站端相應地會彈出提示信息讓操作人員進行確認,待確認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器繼續(xù)進行下面的操作。并且由于傳統(tǒng)操作習慣和相關繼電保護規(guī)程規(guī)定,本次改造并未融入遠方更改保護軟壓板功能,還需人工手動投退硬壓板,尚未實現(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,尚未實現(xiàn)跨站間一體程序化操作。如在變電站送電時電源與負荷兩側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。6u300