集控站綜合防誤系統(tǒng)設(shè)計

集控站綜合防誤系統(tǒng)設(shè)計

1996年，國家發(fā)展和改革委員會發(fā)布了《設(shè)立了一個收集站的文件》，建議在電網(wǎng)規(guī)劃的層面上建立多個收集站，確保電網(wǎng)和無人節(jié)點站的有效運行。從目前的趨勢看,無人值班變電站的迅猛發(fā)展將會使集控站成為電網(wǎng)運行管理系統(tǒng)一個非常重要的組成部分。本文對當(dāng)前集控站自動化模式及其計算機監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計中幾個值得商榷的問題進行了探討,介紹一種集控站微機綜合防誤操作系統(tǒng)的方案及其實現(xiàn)方法。1控制現(xiàn)場的自動化模式討論1.1調(diào)度中心與集控站間的數(shù)據(jù)共享分級管理模式如圖1所示。在上行信息中,變電站向集控站傳送全部監(jiān)控信息,集控站則向調(diào)度端系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)其所需信息。在下行信息中,調(diào)度員向集控站發(fā)電話命令,而由集控站對變電站進行遙控和遙調(diào)操作。調(diào)度主站端作為整個系統(tǒng)核心,與主要一次變電站和集控站直接通信。集控站作為若干二次變電站信息匯集點與二次變電站直接通信。這樣,系統(tǒng)中各個部分的功能和職責(zé)非常明確,集控站處理區(qū)域電網(wǎng)運行參數(shù)和相關(guān)變電站全部信息,能夠監(jiān)視絕大部分有人值班所能反映的信息。集控站所轄變電站的通道改道至各集控站所在地,調(diào)度中心和集控站之間的數(shù)據(jù)共享通過與信息轉(zhuǎn)發(fā)類似的方式實現(xiàn)。在此模式中,集控站作為獨立系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)采集、實時數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)庫和操作工作站,其特點是:各級自動化系統(tǒng)的局域網(wǎng)上信息流量適中,信息類型比較規(guī)范,系統(tǒng)各個部分的功能和職責(zé)非常明確,系統(tǒng)可靠性高。1.2集控站與調(diào)度自動化系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。在變用電區(qū)操作刑法需要提高系統(tǒng)可集中控制模式是在調(diào)度自動化系統(tǒng)的局域網(wǎng)上加裝集控站工作站。如圖2所示,變電站的上行信息直接送調(diào)度端系統(tǒng),調(diào)度員的遙控、遙調(diào)命令則由調(diào)度員直接送變電站。這種模式主要是針對調(diào)度系統(tǒng)規(guī)模不大、通道容量允許的情況,在變電工區(qū)(操作大隊)加設(shè)幾臺計算機與系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng),從調(diào)度端得到相關(guān)信息,操作人員使用遠(yuǎn)程工作站可完成所有需要的操作,完成集控站的功能。這種情況下,集控站自動化系統(tǒng)由于配置精煉而使本方案造價稍低,但由于集控站自動化系統(tǒng)與調(diào)度自動化系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)連接,共用歷史服務(wù)器和實時庫服務(wù)器,而集控站需要的變電站本體信息非常龐大,導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)非常擁擠,并且由于信息類型的多樣性,使系統(tǒng)處理更加復(fù)雜,系統(tǒng)的可靠性降低,不能有效地保證集控站自動化系統(tǒng)和調(diào)度自動化系統(tǒng)穩(wěn)定運行。其特點是自動化系統(tǒng)的局域網(wǎng)上信息流量較大,信息類型比較繁雜,系統(tǒng)中各個部分的功能和職責(zé)不夠明確,系統(tǒng)可靠性有所下降。2集控站使用存在的問題目前,國內(nèi)尚未制定出集控站監(jiān)控系統(tǒng)的有關(guān)制造技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)規(guī)程,已經(jīng)運行的集控站計算機監(jiān)控系統(tǒng)作為一種工程實用的產(chǎn)品,不完全適合實際運行要求,也未考慮到集控站運行管理水平提高的需要,因此在實際使用中還存在一些問題。2.1系統(tǒng)的運行狀態(tài)目前國內(nèi)大多數(shù)變電站都是監(jiān)控系統(tǒng)與微機五防閉鎖裝置分別裝設(shè),沒有實現(xiàn)裝置間的資源共享,而更多的站則是在采用微機監(jiān)控之后仍然處在無閉鎖運行狀態(tài)。實現(xiàn)集控操作后,對操作的可靠性要求更高,例如,操作命令發(fā)送前,需要進行嚴(yán)格的五防校驗。這里的五防校驗,可能是五防軟件,也可能是獨立的硬件五防閉鎖系統(tǒng),負(fù)責(zé)把好防誤閉鎖關(guān)。因此使微機監(jiān)控系統(tǒng)與微機五防閉鎖系統(tǒng)有機結(jié)合,達到采集信息共享、操作直觀、簡單易行就成為一個重要課題。2.2集控站管理系統(tǒng)集控站負(fù)責(zé)監(jiān)控管理多個受控站(多數(shù)為無人值班站),在管理模式上是變電站以前管理工作量的集中,相當(dāng)于變電站概念的擴展。在變電站中,信息的來源主要有微機監(jiān)控系統(tǒng)、微機保護系統(tǒng)、圖象監(jiān)控系統(tǒng)、故障錄波裝置、小電流接地選線裝置、無功自動調(diào)節(jié)裝置、直流監(jiān)視系統(tǒng)、同期操作裝置、消防監(jiān)視系統(tǒng)等。由于集控站運行管理水平需要不斷地提高,在不影響自動化系統(tǒng)可靠性的基礎(chǔ)上,開發(fā)必要的信息管理系統(tǒng)也勢在必行。如何保證信息源的唯一性和信息的可集成性等問題,應(yīng)在集控站自動化系統(tǒng)設(shè)計時就充分考慮包括信息對象的字段屬性、信息對象的字段長度、信息的流動方向、信息獲取的權(quán)限、信息的處理及再利用等。2.3智能操作票控制系統(tǒng)與五防封閉系統(tǒng)的協(xié)調(diào)集控站要負(fù)責(zé)管理多個變電站,日常調(diào)度操作和管理事務(wù)非常多,要求調(diào)度員具有良好的技術(shù)素質(zhì)和豐富的運行經(jīng)驗,并且必須時刻保持高度的注意力,稍有不慎,可能對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行構(gòu)成很大的威脅。為減輕值班員負(fù)擔(dān),可通過專家決策的方法解決這些問題。例如:操作票專家系統(tǒng)利用資深值班員豐富的經(jīng)驗,輔佐運行人員的值班工作。但如何把智能操作票系統(tǒng)融入微機五防閉鎖系統(tǒng),又與監(jiān)控系統(tǒng)有機地結(jié)合在一起,是一個值得研究的問題。如果它與五防閉鎖系統(tǒng)分別設(shè)置,則不能有效地指導(dǎo)電氣設(shè)備閉鎖操作。又如:如何按照系統(tǒng)電壓無功分布情況,給出對電容器、電抗器、有載調(diào)壓變壓器分接頭等設(shè)備的控制策略,自動對這些設(shè)備進行控制,使系統(tǒng)的電壓無功情況達到正常水平。因而,充分利用專家決策支持系統(tǒng)輔佐值班員進行調(diào)度和日常管理,會大大提高值班員工作和管理效率。2.4自動記憶功能集控站經(jīng)常要對各受控站開關(guān)進行遙控操作,但實際命令是否能執(zhí)行、執(zhí)行是否正確、開關(guān)拒不執(zhí)行的原因往往很難判斷,這時對該開關(guān)及其相關(guān)量的“遙視”信息進行分析就能很快作出判斷?！斑b視”功能還能在變電站發(fā)生事故時,自動啟停錄像設(shè)備,實現(xiàn)事故時圖像的自動記憶,捕捉現(xiàn)場發(fā)生事故過程的相關(guān)記錄,以獲得分析事故所需寶貴資料。圖像監(jiān)控系統(tǒng)可以同防火、保安等設(shè)備相聯(lián)系,并設(shè)有報警聯(lián)動措施,真正實現(xiàn)變電站的無人值班。圖像監(jiān)視系統(tǒng)可以實現(xiàn)在有人值班時的設(shè)備巡視,彌補無人值班站集控時設(shè)備巡視困難的難題。監(jiān)控系統(tǒng)與圖象監(jiān)視系統(tǒng)的結(jié)合可以實現(xiàn)兩系統(tǒng)的互動,各自發(fā)揮其優(yōu)勢彌補其不足。2.5將sts系統(tǒng)安裝在集控站中無人值班變電站實現(xiàn)集控以后,值班人員減少,使值班員無法象以前那樣熟悉變電站的操作。為了提高值班員的業(yè)務(wù)能力,可以借助值班員仿真培訓(xùn)系統(tǒng)STS進行培訓(xùn)。同時STS系統(tǒng)可以將變電站實際運行工況與其仿真系統(tǒng)進行對照,易于及時發(fā)現(xiàn)變電站運行隱患,并通過仿真系統(tǒng)制定消除這些隱患的合理運行方案。目前,國內(nèi)還沒有把STS系統(tǒng)裝在集控站的先例,一般是裝設(shè)在學(xué)校等一些研究機構(gòu),但隨著對集控站值班和管理要求的進一步提高,在集控站中裝設(shè)STS系統(tǒng)將成為必要。因此,怎樣把集控站仿真培訓(xùn)系統(tǒng)和集控站監(jiān)控系統(tǒng)對照起來,相互參考運行,以提高變電站運行的可靠性,將成為電力研究工作者和電力產(chǎn)品開發(fā)商當(dāng)前急需解決的技術(shù)課題。STS系統(tǒng)也將成為每一個實際集控站運行中必不可少的培訓(xùn)和研究平臺。2.6保護操作及管理部門的需求集控站作為替代原變電站運行人員的一種新型管理模式,對主要設(shè)備的操作管理是其應(yīng)具備的功能。除了提供設(shè)備檔案等固定信息,還應(yīng)針對每種設(shè)備提供檢修、運行記錄,運行狀態(tài)分析、處理等功能。如對斷路器的動作次數(shù)、故障動作次數(shù)、遮斷容量、切斷時間、變壓器的絕緣性能記錄、直流系統(tǒng)的監(jiān)測結(jié)果等進行較為全面的管理,為實現(xiàn)狀態(tài)維修提供具體而確切的依據(jù)。集控站的保護操作及管理也將成為必須,保護信息多為非實時信息,信息量非常龐大,通過遠(yuǎn)動通道對繼電保護遠(yuǎn)方下定值和讀取保護的各種報告,會嚴(yán)重影響自動化系統(tǒng)的實時性和控制的可靠性,所以建議保護的操作及管理采用單獨的通道,與監(jiān)控系統(tǒng)掛接在同一以太網(wǎng)上,選擇一定的保護信息傳送到監(jiān)控系統(tǒng),還可通過電話線路連接到繼電保護管理部門。在微機保護非常成熟、通道有較高的可靠性時,可以提供保護投切的控制功能和保護定值的遠(yuǎn)方整定。3綜合控制站故障綜合網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)方案的研究3.1綜合監(jiān)控系統(tǒng)綜合應(yīng)用實現(xiàn)系統(tǒng)主網(wǎng)可采用雙局域網(wǎng)(雙網(wǎng)冗余熱備用)全分布式體系結(jié)構(gòu),所有計算機均連接到兩個以太網(wǎng)上。當(dāng)兩個通信節(jié)點間兩個網(wǎng)的狀態(tài)發(fā)生變化時,系統(tǒng)將根據(jù)變化后的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)重新設(shè)置其通信路徑。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備由10/100MB交換機組成。系統(tǒng)支持從運行環(huán)境及軟件支撐平臺到應(yīng)用功能的開放,全分布式體系結(jié)構(gòu),采用資源優(yōu)化的實時庫客戶/服務(wù)器機制,把各個功能模塊分配到系統(tǒng)的各個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點上(如圖3),保證了系統(tǒng)的可擴充性。服務(wù)器作為實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)的服務(wù)和處理模塊,可兼作前置機規(guī)約的解釋和生數(shù)據(jù)的處理;圖中的A框表示數(shù)據(jù)采集方式是采用終端服務(wù)器和調(diào)制解調(diào)器相結(jié)合的方式,B框表示數(shù)據(jù)采集方式是路由器或交換機方式,A方式和B方式可以結(jié)合使用,互為備用;操作員工作站主要運行綜合監(jiān)控系統(tǒng)的MMI界面,供值班員進行各種操作;OTS工作站運行倒閘操作票的自動生成和預(yù)演培訓(xùn)軟件;SMIS工作站可運行集控站的實時運行管理系統(tǒng)軟件;STS工作站可運行值班員仿真培訓(xùn)軟件訓(xùn)練值班員;保護管理機主要用于收集集控站中的保護定值等信息,上級調(diào)度可通過撥號等方式查看保護信息,支持保護定值的遠(yuǎn)方修改;通信工作站作為往上級調(diào)度系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)用的專用工作站,可直接接入通信轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)。系統(tǒng)可適應(yīng)不同規(guī)模用戶的要求,進行不同規(guī)模的計算機系統(tǒng)配置。上述各節(jié)點既可分別配置,也可配置成一個節(jié)點。其它功能工作站(Web瀏覽服務(wù)器、維護工程師工作站、報表工作站、遙視工作站)既可根據(jù)需要配置成單獨節(jié)點,也可與其它節(jié)點的軟件配置在一起。實時系統(tǒng)與SMIS等系統(tǒng)的通信通過Web服務(wù)器節(jié)點實現(xiàn)多個LAN之間的互連。Web服務(wù)器節(jié)點中的通信服務(wù)程序使用標(biāo)準(zhǔn)的實時數(shù)據(jù)庫訪問接口可獲得實時數(shù)據(jù)和SCADA處理描述參數(shù),但其訪問權(quán)限應(yīng)設(shè)置為只讀模式。而獲得歷史數(shù)據(jù)和歷史事項需訪問關(guān)系數(shù)據(jù)庫Sybase,DB2,ORACLE,SQLSERVER等。SMIS網(wǎng)上的實時畫面調(diào)用采用通用的Internet瀏覽方式,這種方式使得SMIS網(wǎng)上的人機工作站無須任何專用程序支持。3.2該系統(tǒng)的主要功能3.2.1數(shù)據(jù)庫設(shè)計功能作為集控站對無人值班站操作的重要手段,該子系統(tǒng)功能直接關(guān)系到值班員使用的方便程度。它可對各種運行參數(shù)進行采集,通過各種數(shù)字通信接口交換數(shù)據(jù),進行遙信、遙測、電量、統(tǒng)計計算等各種數(shù)據(jù)處理,有直觀的畫面顯示功能,簡單方便的人機交互功能,實時數(shù)據(jù)庫所有對象的任何字段均可上畫面顯示,操作員執(zhí)行的所有操作都受到嚴(yán)格的權(quán)限控制。該系統(tǒng)具備調(diào)節(jié)和防誤操作閉鎖、同期操作、事項及事故處理、事件順序記錄(SOE)、事故追憶及反演、系統(tǒng)時鐘同步、用戶可自定義運算、報表打印、Web實時瀏覽、系統(tǒng)及設(shè)備故障處理指導(dǎo)等功能。3.2.2管理模式功能集控站的日常管理比較煩雜,信息管理系統(tǒng)一般包含如下管理模塊:運行管理、操作管理、檢修管理、繼電保護管理、設(shè)備管理、生產(chǎn)管理、調(diào)令及工作票的遠(yuǎn)方傳輸?shù)裙δ堋?.2.3系統(tǒng)擬寫操作票操作票專家系統(tǒng)采用全圖形開票方式,能根據(jù)運行方式和電網(wǎng)實際運行情況正確編寫各種類型的操作票。既可按實時系統(tǒng)狀態(tài)擬寫操作票,也保留了離線擬寫操作票功能。融進資深值班員的經(jīng)驗,有嚴(yán)格的防誤措施,具有智能生成、單步生成及典型操作票自定義維護功能。開完票后可進行模擬預(yù)演,具有方便的操作員培訓(xùn)功能。操作票可存成文本文件和數(shù)據(jù)庫等方式,具有操作票審查、分類、編號、做記號、查詢、統(tǒng)計和打印等功能,符合調(diào)度室的日常管理規(guī)定。3.2.4仿真操作工具變電站仿真系統(tǒng)作為一種利用模型對變電站系統(tǒng)進行試驗、研究和培訓(xùn)人員的工具,它具有可控、安全、經(jīng)濟、節(jié)約時間和允許多次重復(fù)等突出的優(yōu)點,具有正常狀態(tài)及故障和異常狀態(tài)模擬、故障設(shè)置、誤操作模擬、仿真系統(tǒng)運行控制、人為設(shè)置潮流等功能。3.2.5其他功能系統(tǒng)還具備電壓無功自動控制、保護操作及管理、遠(yuǎn)程圖像監(jiān)控和保安報警等功能,可作為集控站功能的擴展。另外還具備各種接口功能。4基于tcp/ip的自動化通信方案集控站和調(diào)度中心在組織管理和系統(tǒng)操作上相對獨立,這里提出一種基于TCP/IP的集控站自動化通信互聯(lián)方案,保持兩層機構(gòu)間自動化信息共享。4.1換網(wǎng)時的網(wǎng)絡(luò)層調(diào)度中心和各集控站之間采用電力光纖數(shù)據(jù)交換網(wǎng),以確保兩端實時數(shù)據(jù)的傳送,網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議為TCP/IP協(xié)議,應(yīng)用層采用IEC8705101,DL47692等規(guī)約。4.2通信工作站設(shè)置條件各集控站自動化系統(tǒng)的生產(chǎn)廠家用不同的技術(shù)和方法,多個異構(gòu)系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)交換網(wǎng)互連,在調(diào)度端和各集控站端分別配置獨立的通信工作站,網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)用已有的電力數(shù)據(jù)交換網(wǎng)。集控站計算機監(jiān)控系統(tǒng)與通信工作站間保持可靠的通信機制,通信工作站與監(jiān)控系統(tǒng)之間用LAN接口,直接掛在監(jiān)控系統(tǒng)局域網(wǎng)上。通信工作站上包括有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)進程、模式自定義進程、外部數(shù)據(jù)收發(fā)進程。除這些進程之外,用戶也可在工作站上配置站端監(jiān)控系統(tǒng)進程。4.3讀取和讀取所需數(shù)據(jù)各端通信子系統(tǒng)提供了與各端監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口API函數(shù),這樣可以保證新的集控站接入時,各端通信子系統(tǒng)不用修改程序源碼,只需監(jiān)控系統(tǒng)通過通信互連系統(tǒng)提供的接入函數(shù)讀寫實時數(shù)據(jù)即可。調(diào)度端也可通過讀出接口函數(shù)得到所需數(shù)據(jù)。軟件結(jié)構(gòu)層次關(guān)系如圖4所示,其接口函數(shù)NetConnect,NetRead,NetWr