500kv變電所自動化計算機監(jiān)控系統(tǒng)設計

500kv變電所自動化計算機監(jiān)控系統(tǒng)設計

變電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)是利用對象環(huán)境的設計思想，借助計算機網絡技術、現代控制技術和圖形顯示技術，將變電站指控集中在智能控制、測量、移動和現代綜合管理等功能上的綜合自動化系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)相比，通過主控制室的人機接口裝置，運行人員可以全面監(jiān)控和記錄整個變電站設備，并將相關信息傳輸到各種調度中心。從而顯著提高了整體效率。目前國內已有一大批500kV變電所實現了全計算機監(jiān)控,積累了一定的運行經驗.但在運行過程中也暴露了一些問題,有待進一步改善.因此,目前國內外仍無統(tǒng)一的標準系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中應用.本文將重點探討500kV變電所計算監(jiān)控系統(tǒng)設計過程中的三個原則問題:監(jiān)控組網方案、五防功能、與站內其他智能裝置(IED)的通信接口.1信鏈路的設置監(jiān)控系統(tǒng)的組網方式是計算機監(jiān)控系統(tǒng)設計中的核心問題,目前我國已運行或正在實施的500kV或220kV變電所,所采用的多是基于現場總線或局域網開發(fā)的開放式全分布體系結構.從網絡結構上看,可以歸結為兩類,即兩層設備結構(站控層和間隔層)和三層設備結構(站控層、前置層和間隔層).兩層設備結構的網絡中站控層通過以太網直接與間隔層通信,這種通信方式大大提高了數據的傳輸速率和容量,有利于大數據文件的傳輸、變電所專家系統(tǒng)的開發(fā)能滿足監(jiān)控系統(tǒng)實時性要求.系統(tǒng)網絡結構簡單,硬件配置簡潔,功能分散實施,系統(tǒng)開放性、擴展性好,可靠性高;遠動信息實現直采直送,無任何前置轉換環(huán)節(jié)和“瓶頸”現象,保證了站控層設備及調主站數據的安全性、一致性,數據傳輸通道大為簡化采用這種二層設備結構,按監(jiān)控、保護信息、錄波信息通信鏈路的設置可分為兩種方案:方案一,監(jiān)控信息與保護信息分開組網(見圖1),其中故障錄波信息由于錄取數據量大,傳輸信息占用通道時間長,不宜通過監(jiān)控網絡及遠動通道進行傳輸,故采用單獨設置的故障錄波網對其信息進行傳輸;方案二,監(jiān)控信息與保護信息合并組網,故障錄波信息單獨組網.在兩個方案中作者推薦采用方案一.理由如下:1)由于以太網采用CSMA/CD碰撞偵聽檢測原理,是平等網,不能設置優(yōu)先級.當系統(tǒng)規(guī)模越大,網絡上節(jié)點數越多,網上發(fā)生碰撞沖突越多數據丟失的可能性就越大.特別是在電力系統(tǒng)發(fā)生故障,保護跳閘的情況下,網上數據流量突增,會導致以太網效率下降,數據丟失,從而影響以太網傳輸的實時性,這是目前人們對單層網兩層設備的計算機監(jiān)控系統(tǒng)最為擔心的問題.若采用監(jiān)控信息與保護信息分開組網,經常性的監(jiān)控和突發(fā)性的保護信息經不同的通信鏈路上傳站控層,則有效降低了網絡負載,提升了網絡傳輸的實時性和可靠性。2)目前監(jiān)控系統(tǒng)與保護裝置存在著通信不暢的問題.同時,由于我國第一版是非安全等效采用IEC60870-5-103標準,如缺少字描述等部分,不同廠商的設備間相互連接時經常存在通信中斷、信息誤報等現象.特別是對事故分析很有用的保護裝置錄波插件風錄波波形,普遍反映無法上送或上送波形有誤.取消自定義部分,達到通信規(guī)約的互通是解決該問題的一個方法.另一個是我們推薦采用監(jiān)控和保護分網的結構,由有經驗的保護廠商負責保護網絡及協議轉換器、保護工程師站等部分的設備和軟件.由保護工程師站向監(jiān)控主機傳送少量運行值人員關眩的相關保護運行信息,保護及其它運行維護人員主要在保護工程師站查看和處理保護的詳細信息.3)計算機監(jiān)控系統(tǒng)需要符合我國電力系統(tǒng)的運行體制的要求.目前我國電力行業(yè)調度運行、保護、自動化、通信等各專業(yè)人員各有分工,相互之間職責分明.因此從各專業(yè)運行部門的角度考慮,各專業(yè)職責范圍內的運行設備盡可能與別專業(yè)的設備分開,以便于運行管理和設備維護.監(jiān)控網與保護網的分開,有利于運行管理和設備維護.三層設備結構的網絡中站控層與前置層之間采用以太網技術通信,前置層與間隔層之間采用現場總線技術通信.在當前10M/100M工業(yè)以太網技術發(fā)展成熟,制造成本下降到可以接受甚至是很廉價的形式下,現場總線受網絡節(jié)點數和傳輸距離的限制,在技術上有一定的局限性,而且增加了一層網絡和前置層設備,增加了時延,也使得網絡結構及配置較為復雜.同時遠動信息經過了前置層轉換環(huán)節(jié),不滿足遠動信息的直采直送的要求.因此一般不推薦采用三層設備結構的方案.2防優(yōu)化方案以往變電站防誤操作閉鎖的常規(guī)設計中,是以斷路器、隔離開關以及接地刀閘的輔助接點和電磁鎖構成的繁雜的二次接線實現閉鎖邏輯,近年來推出的微機“五防”裝置及其編碼鎖逐漸將常規(guī)硬接線取而代之,變電站采用計算機監(jiān)控系統(tǒng)為防誤操作閉鎖提供了靈活可靠的手段.目前在實際工程設計中,實現五防功能有兩種配置方案:方案一:監(jiān)控主站配置五防功能.此方案在兩臺監(jiān)控主機上各有一套五防軟件運行,配合電腦鑰匙和編碼鎖實現五防功能.若監(jiān)控軟件和五防軟件都是同一公司開發(fā)的產品,兩者間可形成有機的整體,運行較為穩(wěn)定可靠.由于冗余配置的監(jiān)控主機采用主備運行的方式,當主機故障后,備機無縫切換為主機運行,因此五防功能不會出現單獨五防工作站的“瓶頂”現象.五防功能也能實現操作預演,打印操作票等功能.作者推薦采用此方案.方案二:監(jiān)控系統(tǒng)配置獨立的五防工作站.監(jiān)控系統(tǒng)配置一套單獨的“五防”工作站布置在站控層,該工作站需要的有關信息通過其數據口由站控主機輸入,所有的操作閉鎖邏輯則由“五防”終端判別后輸出至間隔層測控單元或電腦鑰匙而直接進行操作.此方案的產生是由于計算機監(jiān)控廠商注重于監(jiān)控等功能的實現,對防誤操作閉鎖功能由地采用UNIX操作系統(tǒng)的主站五防功能開發(fā)技術難度太大、成本過高,或由于生產電腦鑰匙和編碼鎖需要開模具組建生產線等原因,使得部分計算機監(jiān)控廠商傾向于外購五防工作站和相關設備.這種硬件組態(tài)方式表面上看起來似乎是簡單可靠,充分發(fā)揮各專業(yè)廠家的優(yōu)勢,但實際上計算機監(jiān)控系統(tǒng)與“五防”工作站難以融為有機的整體,會給運行帶來不便,今年投產的一些變電站采用的就是此種方案,投運后運行單位反映計算機監(jiān)控五防系統(tǒng)運行不穩(wěn)定,有時五防工作站會出現“死機”現象或與監(jiān)控系統(tǒng)配合上有問題而造成無法操作,電腦鑰匙有時現場無法打開,給變電站的安全運行留下隱患.五防系統(tǒng)無法判別由于斷隔離開關、接地刀閘分合不到位時而產生的無位置情況,對此開關刀閘的非0非1狀態(tài)無法處理,功能上存在缺陷.因此,計算機監(jiān)控系統(tǒng)作者不推薦采用單獨設置五防工作站的方案.各間隔內的防誤閉鎖由各間隔的測控單元完成;間隔層之間的閉鎖也即母線地刀與各邊刀閘之間的閉鎖,由于各測控單元間不能實現點對點通信,需要由后臺網絡完成各測控單元間的通信,一旦網絡通信中斷或站控主機故障則不能實現設備就地的防誤閉鎖操作.但對于我們推薦采用的監(jiān)控保護信息分網的兩層網絡結構,因為避免了事故時網絡擁塞的問題,同時站控主機及通信主干網絡采用冗余配置,此種情況可能性極小,我們認為可以忽略不計.對于采取將需要的輔助接點以硬接線方式接至各測控單元的閉鎖邏輯內的方法,則會使現場接線繁瑣,電纜增加.3實現與智能裝置通信的約束條件除繼電保護裝置和故障錄波裝置外,變電站內的電能計量系統(tǒng)、交直流電源、火災報警設備以及安全警衛(wèi)系統(tǒng)等均應考慮與站空計算機系統(tǒng)的通信接口,以實現運行監(jiān)神和管理.目前我國除繼電保護外的其他智能裝置IED均未采用IEC60870-5-103標準規(guī)約.目前工程一般是由監(jiān)控廠家配置一套公用接口裝置實現電能計量系統(tǒng)、交直流電源、火災報警設備以及安全警衛(wèi)系統(tǒng)等智能裝置與站控計算機系統(tǒng)通信并負責規(guī)約轉換.交、直流電源、火災報警設備以及安全警衛(wèi)系統(tǒng)等智能裝置一般按自定義的格式,以RS232/RS485接口與站控計算機系統(tǒng)通信,電能計量系統(tǒng)一般按IEC60870-5-103標準,以RS232/RS485接口與站控計算機系統(tǒng)通信.最近召開的500kV變電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)技術研討會已建議電力系統(tǒng)標準化委員會聯合幾方面廠家、運行部門、調度部門對101-104標準規(guī)約實行統(tǒng)一理解,取消自定義部分,成立第三方的測試機構,以達到通信現約互通.因此目前設計時仍應考慮由監(jiān)控廠家配置一套公用接口裝置實現與智能裝置IED的通信并負責規(guī)約轉換.今后設計時若有統(tǒng)一的通信規(guī)約,再作完善.4關于建議和討論4.1制造階段可靠性保障因素提高變電站自動化監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性是在進行系統(tǒng)設計時的根本出發(fā)點,保證制造階段可靠性是保證設計目標實現的關鍵,因此除以上問題外還需綜合考慮的因素:統(tǒng)籌考慮生產廠家的經驗及業(yè)績,特別是在變電所計算機監(jiān)控系統(tǒng)中應實施的同期功能、防誤操作閉鎖功能以及遠動通信規(guī)約轉換等方面的實施情況.4.2建立健全與監(jiān)控系統(tǒng)的通信公約的標準化由于500kV變電站保護裝置、各種設備的類型較多,它們與監(jiān)控系統(tǒng)的通信協議五花八門,給系統(tǒng)的聯調和以后的維護工作帶來較多困難,因此應將通信規(guī)約的標準化貫穿工程設計、設備招標和工程實施全過程.4.3在線監(jiān)測系統(tǒng)的應用將成為一種新的監(jiān)新技術隨著電力系統(tǒng)對可靠性要求的不斷提高和在線監(jiān)測、模式識別及計算機技術的不斷發(fā)展,電氣設備從計劃檢修向狀態(tài)檢修轉變已成為必然趨勢.而在線監(jiān)測作為一門新的監(jiān)新技術,能夠對被監(jiān)測設備隨時測試,大大縮短檢測周期,提高絕緣監(jiān)測的有效性,為設備狀態(tài)檢修提供依據.目前的監(jiān)控系統(tǒng)還沒有考慮和實現以上功能,如果在設計和產品選型時考慮一次設備的在線監(jiān)測,并將其納入監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控范圍,無會大大提高對運行設備的在線監(jiān)測能力