變電站自動(dòng)化系統(tǒng)控制與操作功能分析

　　一套成熟的變電站自動(dòng)化產(chǎn)品，其可靠性決不會(huì)低于常規(guī)站的控制。如分層分布式變電站自動(dòng)化系統(tǒng)，其監(jiān)控系統(tǒng)冗余配置，控制與防誤操作亦分層分級(jí)設(shè)置，控制與操作的可靠性及靈活性都很高?，F(xiàn)就其主要特點(diǎn)及與常規(guī)方式的差異進(jìn)行分析與介紹。

　　1　控制與操作的高可靠性

　　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)。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，以保證控制操作的高可靠性。

　　1.1　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)3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3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。

　　1.2　操作過(guò)程中軟件的多次返校

　　1.2.1　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)意外情況引起的故障，系統(tǒng)都具有恢復(fù)功能。

　　1.2.2　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)。

　　1.3　監(jiān)控系統(tǒng)的雙機(jī)配置

　　220kV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)對(duì)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　操作閉鎖的實(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)間的操作閉鎖，目前有3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。該模式即為浙江金華雙龍500kV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，金華500kV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220kV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500kV變電站，筆者認(rèn)為500kV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，例如：操作某條線路送/停電、旁母代/倒線路、母線切換等各種常規(guī)順序操作，只需在監(jiān)控主機(jī)的鍵盤(pán)上敲入相應(yīng)指令，便可自動(dòng)完成。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。

　　這3種模式適用于全控(斷路器及隔離刀閘采用電動(dòng)操作)的變電站，當(dāng)變電站的隔離刀閘采用手動(dòng)操作時(shí)，站級(jí)的操作閉鎖方式有所不同。方法一，類(lèi)似上述的軟件閉鎖模式一，只是在主機(jī)上外掛一個(gè)電腦鑰匙，手動(dòng)操作的隔離刀閘配置相應(yīng)的機(jī)械編碼鎖。方法二，配置專(zhuān)用五防PC機(jī)與監(jiān)控主機(jī)串口或以太網(wǎng)絡(luò)相聯(lián)，該P(yáng)C機(jī)完成全站的操作閉鎖功能。監(jiān)控主機(jī)通過(guò)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接受來(lái)自間隔層測(cè)控單元采集的開(kāi)關(guān)位置信息，也可通過(guò)電腦鑰匙回送部分非實(shí)時(shí)開(kāi)關(guān)狀態(tài)，使主機(jī)一次系統(tǒng)運(yùn)行圖與當(dāng)前的實(shí)際運(yùn)行狀況相一致。上述兩種方法實(shí)現(xiàn)的功能如下：首先操作員在監(jiān)控主站上預(yù)演操作，并對(duì)每一操作依據(jù)系統(tǒng)的防誤規(guī)則進(jìn)行檢驗(yàn)。如果有錯(cuò)則立即報(bào)警，如果正確則生成操作票。內(nèi)容包括動(dòng)作、對(duì)象、結(jié)果、鎖的編號(hào)或其它提示性的內(nèi)容。預(yù)演結(jié)束后，打印機(jī)打印出操作票，并將正確的操作內(nèi)容及順序輸入智能鑰匙。操作人員拿智能鑰匙，按照其顯示的設(shè)備編號(hào)及操作順序，操作相應(yīng)的電氣裝置。這兩種方式相比較，前者操作閉鎖與監(jiān)控主機(jī)融為一體聯(lián)系緊密；后者防誤操作裝置相對(duì)獨(dú)立，在監(jiān)控系統(tǒng)停用或工作不正常的情況下，五防PC裝置仍能正常運(yùn)行。究竟選擇哪種方式，可根據(jù)用戶(hù)的習(xí)慣確定。

　　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)。