淺議電力系統(tǒng)自動(dòng)化控制

趙洪偉

【摘要】介紹了分層分布式變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中控制與操作的功能及特點(diǎn)，總結(jié)了防誤操作的幾種模式，比較了常規(guī)站與自動(dòng)化站控制與操作系統(tǒng)的差異，提出了作者自己的看法。

【關(guān)鍵詞】電力系統(tǒng)；自動(dòng)化；控制；操作

【中圖分類(lèi)號(hào)】TM76 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1672-5158（2013）01—0310-02

1 控制可靠性

變電站的設(shè)計(jì)首要考慮的便是控制與操作的高可靠性，采用自動(dòng)化系統(tǒng)的變電站更要將計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)縝密設(shè)計(jì)。為保證控制操作的高可靠性，通常用于高壓電力系統(tǒng)的變電站自動(dòng)化產(chǎn)品都具有以下功能：

（1）多級(jí)多地點(diǎn)控制功能自動(dòng)化系統(tǒng)的控制操作方式有遠(yuǎn)方遙控、站控、就地（后備操作）三種方式：

遠(yuǎn)方遙控：由調(diào)度人員在調(diào)度端發(fā)出下行控制命令。

站控操作：運(yùn)行人員在變電站層監(jiān)控主機(jī)發(fā)出操作命令，通過(guò)交互式對(duì)話過(guò)程，選擇操作對(duì)象、操作性質(zhì)，完成對(duì)某一操作過(guò)程的全部要求。

就地操作：作為后備控制方式，當(dāng)監(jiān)控系統(tǒng)故障或網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)，可在間隔層的測(cè)控單元的小開(kāi)關(guān)手動(dòng)控制或通過(guò)就地監(jiān)控單元裝置上的薄膜鍵盤(pán)進(jìn)行就地控制。

上述三種操作方式通過(guò)軟件或使能開(kāi)關(guān)可相互切換，當(dāng)切換到后備手動(dòng)控制時(shí)，站控及遙控命令不被執(zhí)行；當(dāng)切換到站控操作時(shí)，后備手動(dòng)控制不產(chǎn)生任何作用，計(jì)算機(jī)對(duì)一臺(tái)設(shè)備同一時(shí)刻只能執(zhí)行一條控制命令，當(dāng)同時(shí)收到一條以上命令或預(yù)操作命令不一致時(shí)，應(yīng)拒絕執(zhí)行，并給出錯(cuò)信息。每個(gè)被控對(duì)象只允許以一種方式進(jìn)行控制。

（2）操作過(guò)程中軟件的多次返校

1）操作員權(quán)限設(shè)密，以杜絕誤操作及非法操作。目前成熟的監(jiān)控系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)備都具有良好的容錯(cuò)能力，即便運(yùn)行人員在操作過(guò)程中發(fā)生一般性錯(cuò)誤，均不引起系統(tǒng)的任何功能喪失或影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行，對(duì)意外晴況引起的故障，系統(tǒng)都具有恢復(fù)功能。

2）操作員工作站發(fā)出的操作指令，都必須經(jīng)過(guò)選擇-校核-執(zhí)行等操作步驟，返校通過(guò)后再送至該點(diǎn)執(zhí)行下一步驟。當(dāng)某一環(huán)節(jié)出錯(cuò)，操作指令中斷，并告警提示。每次操作結(jié)束后，系統(tǒng)自動(dòng)記錄操作過(guò)程并存盤(pán)。

3）監(jiān)控系統(tǒng)的雙機(jī)配置220 kV及以上電壓等級(jí)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)多作雙機(jī)雙網(wǎng)配置，作為人機(jī)接口的監(jiān)控主站冗余配置，熱備用工作方式，可保證任意設(shè)備故障時(shí)控制功能無(wú)影響。時(shí)下的做法，監(jiān)控主站用以太網(wǎng)相聯(lián)并以HUB作為該以太網(wǎng)的管理。該網(wǎng)上任一裝置異常，可將熱備機(jī)切換為主機(jī)工作。監(jiān)控系統(tǒng)硬件的冗余配置，系統(tǒng)分層分布式結(jié)構(gòu)，為變電站的控制與操作的可靠性提供了保證。

2 操作實(shí)現(xiàn)方式

為保證變電站控制與操作系統(tǒng)的可靠性、準(zhǔn)確性，變電站的防誤操作的設(shè)計(jì)也是重要環(huán)節(jié)之一。因?yàn)槭怯?jì)算機(jī)監(jiān)控，變電站不再采用繁瑣的電氣聯(lián)鎖，可方便地實(shí)現(xiàn)多級(jí)聯(lián)鎖。對(duì)于分層分布式自動(dòng)化系統(tǒng)，其操作閉鎖方式也為分層分級(jí)式閉鎖而與該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相適應(yīng)。每個(gè)間隔的測(cè)控裝置，已引入該間隔的交流電流、電壓、斷路器位置及刀閘輔助接點(diǎn)作為遙測(cè)、遙信之用，這也為實(shí)現(xiàn)本間隔內(nèi)的斷路器及刀閘操作的防誤操作提供了必要條件。智能型裝置可很方便地利用上述信息進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)該間隔的操作閉鎖功能。

對(duì)于全站的涉及多個(gè)電氣間隔和多個(gè)電壓等級(jí)問(wèn)的操作閉鎖，目前有三種不同的實(shí)現(xiàn)方式。其一，用軟件實(shí)現(xiàn)，即將全站的防誤操作閉鎖用軟件編程置于監(jiān)控主機(jī)之內(nèi)。監(jiān)控主機(jī)可從通信網(wǎng)上獲得全站所有開(kāi)關(guān)、刀閘的狀態(tài)信息及每個(gè)間隔控制終端的操作信息，引入設(shè)備操作規(guī)則，進(jìn)行軟件編程即可實(shí)現(xiàn)全站的操作閉鎖功能。該方式應(yīng)該說(shuō)是最簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)可靠的方案之一。其二，硬件閉鎖，即西門(mén)子公司的8TK模式。西門(mén)子公司的LSA-678變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的一個(gè)主要特點(diǎn)便是8TK操作閉鎖裝置的相對(duì)獨(dú)立性，8TK純粹作為控制及操作閉鎖之用，每個(gè)間隔的刀閘信息進(jìn)8TK1實(shí)現(xiàn)該間隔的操作閉鎖，各間隔的刀閘信息經(jīng)重動(dòng)后都進(jìn)入8TK2裝置，母聯(lián)刀閘及母線地刀等直接引入8TK2裝置，8TK2裝置實(shí)現(xiàn)間隔之間的操作閉鎖功能。其三，軟硬相結(jié)合的閉鎖方式，間隔之間的閉鎖采用8TK及類(lèi)似裝置實(shí)現(xiàn)閉鎖功能，監(jiān)控主機(jī)內(nèi)做一套全站的軟件操作閉鎖。該模式即為江蘇宿遷雙泗500 kV變采用的操作閉鎖方式。

軟硬兩級(jí)閉鎖，其可靠性高，監(jiān)控系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)故障不影響全站的安全可靠操作，但該模式接線復(fù)雜，且價(jià)格昂貴，雙泗500 kV變的該套8TK閉鎖裝置約花費(fèi)人民幣300萬(wàn)元。

以軟件實(shí)現(xiàn)全站的操作閉鎖，對(duì)于一套成熟的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，也應(yīng)該是高可靠性的；既然整個(gè)變電站的監(jiān)控功能都由監(jiān)控主機(jī)實(shí)現(xiàn)，那么操作閉鎖軟件功能做在監(jiān)控主機(jī)內(nèi)也應(yīng)是安全可靠的。對(duì)于雙機(jī)系統(tǒng)冗余配置，閉鎖軟件也為雙套設(shè)置。筆者認(rèn)為對(duì)于220 kV及以下自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的無(wú)人值班站采用這種模式可靠、安全、經(jīng)濟(jì)適用。

對(duì)于一個(gè)半開(kāi)關(guān)接線的500 kV變電站，筆者認(rèn)為500 kV系統(tǒng)每個(gè)斷路器及兩側(cè)刀閘的操作閉鎖由相應(yīng)測(cè)控裝置實(shí)現(xiàn)以外，每串內(nèi)的斷路器及刀閘之間的閉鎖采用專(zhuān)門(mén)一套硬件閉鎖裝置以提高其可靠性。至于220kV系統(tǒng)為簡(jiǎn)化接線，節(jié)約資金，可不必配置用于間隔之間操作閉鎖的專(zhuān)用硬件裝置。

上述三種模式都可高效可靠地實(shí)現(xiàn)變電站所有斷路器及刀閘的控制。而且都具有順控功能，常規(guī)站可能要花費(fèi)幾個(gè)小時(shí)的操作，在這里幾分鐘便可完成。

可見(jiàn)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的防誤操作分層分級(jí)考慮，其可靠程度明顯優(yōu)于常規(guī)站的防誤設(shè)計(jì)。

3 自動(dòng)化控制技術(shù)分析

分層分布式自動(dòng)化系統(tǒng)從軟硬件上分層分級(jí)考慮了變電站的控制與防誤操作，提高了變電站的可控性及控制與操作的可靠性。綜合自動(dòng)化站可采用遠(yuǎn)方、當(dāng)?shù)亍⒕偷?級(jí)控制，而常規(guī)站只能通過(guò)控制屏KK把手控制；常規(guī)站電氣聯(lián)鎖設(shè)計(jì)聯(lián)系復(fù)雜，在實(shí)際使用中，設(shè)備提供的接點(diǎn)有限且各電壓等級(jí)間的聯(lián)系很不方便，使得閉鎖回路的設(shè)計(jì)出現(xiàn)多余閉鎖及閉鎖不到的情況。綜合自動(dòng)化站可方便地實(shí)現(xiàn)多級(jí)操作閉鎖，可靠性高。

常規(guī)站，人是整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的核心，人的感官對(duì)信息的接受不可避免地存在誤差，其結(jié)果就會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤的判斷和處理。人接受信息的速度有一定限制，對(duì)于變化快的信息，有時(shí)來(lái)不及反應(yīng)，可能導(dǎo)致不正確的處理。而且個(gè)人的文化水平、工作經(jīng)驗(yàn)、責(zé)任心等因素都會(huì)影響信息的處理，可以說(shuō)常規(guī)站人處理信息的準(zhǔn)確性和可靠性是不高的。運(yùn)行的實(shí)踐證明，值班人員的誤判斷、誤處理常有發(fā)生。綜合自動(dòng)化站的核心為系統(tǒng)監(jiān)控主機(jī)，用成熟可靠的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)整個(gè)變電站的控制與操作、數(shù)據(jù)采集與處理、運(yùn)行監(jiān)視、事件記錄等功能，可靠性高且功能齊全。

變電站自動(dòng)化系統(tǒng)簡(jiǎn)化了變電站的運(yùn)行操作，可方便地實(shí)現(xiàn)各種類(lèi)型步驟復(fù)雜的順控操作，且操作安全快速，對(duì)于全控的變電站，線路的倒閘操作幾分鐘便可完成；而常規(guī)站實(shí)現(xiàn)同樣的操作往往需要幾個(gè)小時(shí)，且仍存在誤操作的隱患。

常規(guī)變電站控制一般采用強(qiáng)電一對(duì)一的控制方式，信息及控制命令都是通過(guò)控制電纜傳輸。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)控制命令的傳輸由模擬式變成數(shù)字指令，提高了信息傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和可靠性。特別是分層分布式自動(dòng)化系統(tǒng)，各保護(hù)小間與主控室之間采用光纜傳輸，提高了信鼠傳輸回路的抗電磁干擾能力。分散式布置，控制電纜長(zhǎng)度大為縮減，在相同控制電纜截面時(shí)，斷路器控制回路的電壓降減少，有利于斷路器的準(zhǔn)確動(dòng)作。規(guī)劃院最近將全國(guó)5個(gè)500 kV站作為綜合自動(dòng)化的試點(diǎn)，也從側(cè)面反應(yīng)電力系統(tǒng)業(yè)內(nèi)人士對(duì)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)可靠性的認(rèn)同。

4 小結(jié)

綜上所述，變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的控制與操作是可靠的，它的成熟和進(jìn)步還需在變電站的實(shí)際運(yùn)行中不斷得到完善。

參考文獻(xiàn)

[1]張繼雄.變電站自動(dòng)化系統(tǒng)選型中應(yīng)注意的問(wèn)題.內(nèi)蒙古電力技術(shù).2005，02

[2]韓富春.電力系統(tǒng)自動(dòng)化技術(shù).北京：中國(guó)水利水電出版社，2009.