500kV变电站计算机监控系统发展的建议.pdf

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1、500 kV变电站计算机监控系统发展的建议孙泽锋,刘 鑫(哈尔滨超高压局,黑龙江 哈尔滨150090)摘 要:对现有超高压变电站计算机监控系统存在的问题进行了分析,并对超高压变电站监控系统的发展提出了建议和改进方法。关键词:超高压;变电站自动化;计算机监控系统中图分类号:T M769 文献标识码:A 文章编号:1002-1663(2006)02-0105-03Suggestions of developi ng computer monitor systemfor 500 kV substationSUN Zefeng,L I U Xin(Harbin Extra High Voltage B

2、ureau,Harbin 150090,China)Abstract:Problems now existed in computermonitor system of an extra high voltage substation were analyzed,some suggestions and methods to develop and improve the extra high voltage substation monitor system were al2so presented in the paper.Key words:extra high voltage;auto

3、mation of substation;computermonitor system 随着我国电网规模不断扩大,高电压等级特别是500 kV等级的变电站得到了迅速发展,并逐步成为区域电力枢纽或骨干节点,这些变电站一般都具有占地规模大、配电间隔多、运行工作情况信息量大等特点,对运行设施和保障电网安全的技术手段提出了更高的要求。500 kV变电站计算机监控系统(简称监控系统)就是在这样的背景下产生和发展的。早期的监控系统是在变电站主控室装设I0装置和前置机柜,再配以必要的计算机设备,通过计算机网络连接一起,完成数据采集和监控功能。这种典型的集中式系统,需要大量长距离电缆连接,既消耗材料,又易受干

4、扰。随着计算机和网络技术的发展,原来按功能设置的设备已被按电气单元设置的独立测控单元所取代,形成了完全分散、分布式的变电站自动化系统。这种系统采用光纤网络来传输信号,既有效地抵抗了强电磁干扰,又极大地延长了信号的传输距离,使得保护下放到间隔成为可能,同时也大大减少了材料的消耗。本文就当前的500 kV变电站计算机监控系统的发展分析如下。1 存在的问题1.1 系统技术优势不能充分发挥据不完全统计,截至目前,全国已有80余套监控系统在500 kV变电站投入运行,另有一些正在建设或等待投运。此外,还有相当数量的监测系统经过技术改造后能够具备控制功能。调查情况表明,各变电站的监控系统虽然具备控制功能,

5、但大多数用户都因对控制的安全性存在顾虑而未使用或干脆拆除了该项功能,大部分监控系统的控制功能基本上形同虚设。调查发现,国内多数用户都仅仅将其监控系统用于运行值班,而其站内远动信息的上传则由1台专门的RTU来完成,也有把RTU和监控系统结合在一起使用的情况,这不仅造成了设备的重复购置,也带来了材料及人工的极大浪费。传统意义上的RTU经过长期的发展、考验,其功能及可靠性已经深入人心,相比之下,监控系统还是一个新事物,其应用和发展收稿日期:2005-09-05。作者简介:孙泽锋(1977-),男,2001年毕业于燕山大学计算机科学与技术专业,助理工程师。501第28卷 第2期 黑龙江电力2006年4

6、月 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/还需要一个较长的认识和接受过程。事实上,通常一套监控系统在设计选型时,其软件、硬件性能几乎都代表了当时的最高水平。因此,监控系统不仅可用于变电站运行值班,而且其他应用(如兼作远动终端、五防机等)。1.2 系统功能需进一步完善当前,较为成熟的监控系统一般都具有四遥、数据处理、逻辑闭锁、AVQC、微机保护通信、历史数据管理、事故处理指导、事故追忆、报表统计、操作票编辑打印、系统自诊断(偏重于硬件)及IED设备接入等功能,但

7、也存在着不足之处,如事故处理指导、专家系统、智能操作票等功能需进一步改进,以增强实用性。2 对监控系统发展的建议2.1 运用控制功能并扩大控制范围实践证明,成熟的监控系统是可靠的、安全且高效的。据资料表明:浙江金华双龙500 kV变电站在1997年12月29日至1998年12月31日期间,共进行正常的倒闸操作1 042次,成功率100%。在投产期间,共进行控制试验962次,成功率也达到了100%。另外,统计结果表明,采用监控系统进行倒闸操作的效率比常规操作提高了10%15%。运用并扩大控制范围,为监控系统的应用和发展提供一个更为广阔的空间。2.2 开发变电站间互联接口开发变电站间联网接口就是要

8、在监控系统上开发专用、大容量的通信接口,为未来建设具有参考相邻系统状态能力的监控系统做好准备,更为未来相邻变电站或上下级变电站集中联网控制(建设集控站)创造条件。2.3 减少中间环节,实现远动信息直接采集传送目前,具有远动信息传送功能的监控系统主要有两种模式:a.操作员工作站除作为运行监控终端外,还兼作远动终端;b.与操作员工作站并行设置一套远动工作站,专门处理远动信息。在这两种模式下,测控单元采集到的信息都要先经过前置机处理,然后才能转发到调度端,这就必然加大数据的传送周期,因此不能完全满足直接传送的要求。笔者认为,监控系统的前置机应兼作远动终端,从而减少中间环节,实现直接采集直接传送。2.

9、4 开发实用的智能操作票功能编制操作票历来是变电站运行值班的一项重要内容,也是一项重复性较高、劳动强度较大的工作。衡量智能操作票功能好坏的标准是考虑它是不是真正安全、实用和高效,而不是去无止境地提高它的智能化程度。智能操作票模块应实现以下功能:在开票模式下,按照实际操作顺序点击电气接线图上各电气元件,该模块能够自动结合逻辑闭锁条件对实时信息进行逻辑判断,若所有操作均满足条件,则自动生成完整的倒闸操作票;反之,不生成倒闸操作票,并给出明确“错误提示”。2.5 完善人机界面随着计算机技术的不断进步,用户在对系统功能提出更高要求,同时也对系统的人机界面提出了新的要求。具体到监控系统,如使用不同的音响

10、报警、语音报警、动画等。音响报警可以帮助运行人员准确、快速地判断告警信息的种类和等级,语音报警则可以明确指出发生了什么情况,而动画则可以很直观地显示出线路的潮流方向、开关变位状态等。显然,多媒体信号的引入大大提高了系统的易用性。2.6 提高控制操作的安全性提高控制操作的安全性在很大程度上就是要提高逻辑闭锁条件的正确性和完整性。众所周知,在变电站的运行过程中,所有被控电气元件都不是独立的对象,必须满足特定的闭锁条件才能进行相应的操作,所以建立完善的逻辑闭锁判断体系是监控系统进行安全操作的必要条件。逻辑闭锁大致可以分为3层:间隔内的逻辑闭锁、间隔层的逻辑联锁和站控层的逻辑闭锁。间隔内的逻辑闭锁和间

11、隔层的逻辑联锁均应由间隔层设备来实现,可以称为硬闭锁;而站控层的逻辑闭锁则应由站控层的软件来实现,可以称为软闭锁。并且,间隔层的逻辑联锁依赖于间隔内的逻辑闭锁,而间隔层的逻辑联锁与站控层的逻辑闭锁应相互独立,功能上应等同。这样,当站控层系统崩溃、闭锁功能失效时,还能由间隔层的逻辑联锁来确保安全;若两者都失效时,则至少还能保证间隔内的操作安全。然而,目前大多数系统的间隔层的逻辑闭锁功能都比较薄弱,全站的逻辑闭锁主要依赖于站控层软件来实现,因此应加以改进。2.7 增加软件运行监控、自诊断和管理功能几乎所有的系统有较完善、可靠的硬件自诊断功能,而软件监视、自诊断和管理功能却普遍欠缺。然而,从系统维护

12、的角度来看,完善的软件监视、自诊断和管理功能是相当重要且非常必要的。正如硬件一样,系统在长期运行过程中,其软件也会产生一些不易发现的故障,给维护工作增加了601Vol.28,No.2Heilongjiang Electric PowerApr.2006 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/难度并造成了一定的安全隐患。所以,笔者建议增加一个独立的软件模块,它不仅能直观地向维护人员提供运行状态信息,而且还应具备软件管理功能。具体可描述为:为维护人员提供一个友好的

13、界面,清晰明了地显示出系统各项功能赖以实现的所有软件(进程)清单和各自的运行状态;同时,维护人员在该界面中能够对各个软件(进程)进行禁止和使有效操作。另外,因操作该模块将直接影响到系统的安全运行,还应对该模块设置严格的权限管理机制,除特定用户外一律不得于进入和操作。2.8 提高系统硬件的电磁兼容性能(EMC)系统硬件的电磁兼容性能对于系统的安全运行至关重要,除站控层设备(后台计算机系统)外,其余大部分设备(I O单元、前置机等)都安装在配电间隔的继电器小室内,电磁环境非常复杂(有静电放电、工频电磁场、高频感应磁场、无线电电磁场、雷击等多种干扰源)。为提高系统的安全性,目前绝大部分新建的变电站对

14、继电器小室进行特殊的抗电磁干扰设计,如采用全封闭金属结构、在小室结构中加入金属屏蔽网等。笔者认为,提高抗电磁干扰能力应从设备自身做起,而不应过多地依赖于辅助手段。特别指出的是,目前已经出现了一些较为成功的技术,如某公司推出的NLSA系统就是一例。该系统间隔层设备的模板之间采用光纤内总线技术,各种模板及底槽采用六面体金属屏蔽结构,间隔测控单元采用DC2DC电源二次逆变隔离技术、I O触点强电技术以及严格的数据校验技术等,极大地增强了系统的抗干扰能力,使得这些设备分散安装在高达500 kV及以下各电压等级的就地间隔成为可能。3 改进建议3.1 与保护的通信接口应有统一协议在变电站采用计算机监控系统

15、后,保护和监控系统之间除了少量的状态信息以硬接点的方式传送外,还有许多保护内部的信息是以通信的方式送往监控系统,但由于变电站中保护型号不同,其通信协议也不 一 样,如ABB保 护 协 议 为IEC60870252101,ALSTOM保护协议为IEC60870252103。需要监控系统对其进行协议解释转换,这给系统的调试工作带来困难。而实际工程中留给调试的时间往往比较少,容易出现先投产后消缺的不利情况。为此,建议各保护产品的生产厂家应统一协议,并在工程招标及技术协议的签署中注意此类问题5。3.2 克服信息传输的瓶颈问题目前,在变电站监控系统的结构中,往往是某一部分的间隔层单元所采集的分散数据经过

16、中间的通信主单元传送到站级层网络上,这样,一方面容易发生由于传送数据量大、受通信速率和数据缓冲区容量等的限制使通道阻塞,造成监控系统死机6-7;另一方面,该通信主单元在完成上下层数据信息传输的同时,还要与其他通信主单元(通常是同一电压等级)之间交换信息以完成电气操作联锁功能,当其中任一单元故障或相互间通信故障,均会导致系统对该电压等级设备失去监控及部分闭锁功能。因此,通信主单元是整个监控系统的薄弱及瓶颈环节,实际运行中发生过此类故障,尤其在系统投运之初故障率颇高,而每次故障处理均对一次系统带来很大威胁。所以,通过硬件(装置、通道)和软件两方面的双重功能是解决信息传输瓶颈问题的有效途径。3.3

17、信息量优化的必要性在监控系统设计、实施中往往强调信息总量问题,认为信息采集的内容越全,对变电站监视和事故处理越有利,但经过一段时间运行,发现还存在信息优化的问题。尤其是保护装置通过监控系统上送的报文,装置会上送大量的报文,影响运行人员对重要信息的捕捉。因此,必须对系统采集的信息进行必要的优化筛选。3.4 研究并制定监控系统调试、校验规程技术指标和参数是考核技术水准的重要因素,但很多指标无确切的定义,使现场调试时无法测试,如CPU和网络负荷率等。此外,为了配合国外装置的保护,其出口操作回路另行在监控系统中实现,但又没有明确的继电器校验标准对其考核,例如西门子6MB524等间隔设备没有明确的校验规

18、程,有时只能用微机保护的标准和传统监控的技术标准对其考察。随着计算机监控系统在变电站建设中的大量应用,系统在变电站运行中所处的地位和作用越来越重要,必须尽快制定相关的调试、校验规程,以保证监控系统正常稳定的运行。3.5 防误闭锁功能的改进在采用监控系统的变电站中,一次系统的防误功能是由监控系统完成的。其方式是由系统间隔级和站级独立完成两级闭锁,但由于部分设备在操作时所需的闭锁信息量要求更完整,从而使(下转第111页)701第28卷 第2期 黑龙江电力2006年4月 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House.All

19、rights reserved.http:/际中的种种技术原因导致现有的小电流接地选线在正确率很低(20%30%)。北京四方华能公司在国内首次提出基于全网通信的小电流接地智能保护系统。该保护系统以小波技术、模糊技术为识别工具,在通信系统的支持下实现了小电流接地的故障选线、定段。3.4 低压网系统结构的第四层网络是面向10 kV/0.4kV配电变压器低压侧符负的低压数据网。该网络由各配电变压器的低压侧出发,到各负荷节点结束;实现对各负荷节点的测量与控制,如自动抄表、负荷控制,并通过中压网、城域网与配网自动化中心主站通信。低压网在“营配合一”的系统中是用电营业系统的主要网络,该网络的通信量很小,波

20、特率低,通信方式可采用载波、无线。因绝大部分用户是低压用户,且国家对99.99%供电可靠性的统计即将要求到0.4 kV低压网,“一户一表”正在全面推行,故最终的低压网的配电自动化必将是抄表、负荷管理、SCADA、需方管理(DS M)集成为一体的系统。对于低压网制约的主要问题仍是通信问题,而目前实行的有双绞线和低压载波;双绞线敷设困难,现有的低压载波应用有难度。北京四方华能公司研制的载波系统可同样成功地应用于低压网,目前在贵阳市的试点工作已初见成效。4 结束语配电网自动化正经历两个深刻的转变,一是由多岛自动化向开放式、综合集成的方向发展;二是电力市场的兴起与实施,对从电能表到配电管理软硬件都提出

21、了新的要求。参考文献:1 陈堂,赵祖康,陈星莺,等.配电系统及其自动化M.北京:中国电力出版社,2003.2 徐丙垠.配电自动化远方终端技术 J.电力系统自动化,1999,23(5):41-44.3 林功平.配电网馈线自动化解决方案的技术策略J.电力系统自动化,2001,25(7):52-55.(编辑 李世杰)(上接第107页)整个监控系统密不可分。若断开信号电源,则其闭锁逻辑牵连到的设备因缺少信息而无法通过闭锁逻辑进行操作,有时不得不使用紧急解锁操作,这给检修和扩建期间的安全运行带来困难。目前,只能通过加强现场监护来提高安全系数。因此,开发出能适应各种运行方式的防误系统是一个重要课题8。4

22、结束语500 kV超高压变电站采用计算机监控系统实现自动化是电力系统技术发展的趋势,也是提高安全运行质量及管理水平的需要。从目前应用和运行的情况来看,这种技术较为成熟可靠,但也有不足之处,有待进一步技术改造和升级。参考文献:1杨奇逊.变电站综合自动化技术发展趋势J.电力系统自动化,1995,19(10):7-9.2 金韬,唐涛,阙连元,等.分散式变电站自动化系统分析与讨论J.电力系统自动化,1997,21(10):69-72.3 曾庆禹.变电站自动化技术的未来发展(一)电力市场与协调型自动化J.电力系统自动化,2000,24(48):1-4.4 杨晓松,阙连元,唐涛,等.500 kV超高压变电

23、站综合自动化系统应用J.电力系统自动化,2000,24(8):65-66.5 沈国荣,黄健.2000年国际大电网会议系列报道 通信技术是变电站自动化的关键 J.电力系统自动化,2001,25(10).6 张伟.超高压变电站计算机监控系统优化设计建议J.电力系统自动化,2001,25(15):58-59.7 畅广辉.500 kV变电站计算机监控系统的发展建议J.电力系统自动化,2002,26(24):67-69.8 牟媛.适用于500 kV变电站的全站闭锁式监控系统J.电力系统自动化,2001,25(19):55-57.(编辑 李世杰)111第28卷 第2期 黑龙江电力2006年4月 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/