變電站自動化系統(tǒng)設計和運行問題的分析

1、變電站自動化系統(tǒng)設計和運行問題的分析    結合220 kV無人值班變電站運行實際，探討監(jiān)控系統(tǒng)安全性、保護裝置信息采集、遠動信息分流、規(guī)約轉換等變電站自動化系統(tǒng)設計和運行中需注意的幾個問題。1引言隨著220 kV無人值班變電站大規(guī)模建設及現有220 kV變電站按無人值班逐步改造，從設計的角度談談220 kV無人值班變電站自動化系統(tǒng)在設計暨運行中的一些問題。2220 kV無人值班變電站運行中的一些問題現有220 kV無人值班變電站自動化系統(tǒng)配置可歸納為常規(guī)模式和計算機監(jiān)控模式兩大類。新建220 kV無人值班變電站投運初期，某些因素使得生產單位不敢放手按無

2、人值班運行，原因大致歸納如下：2.1設備原因(1)監(jiān)控系統(tǒng)遠動工作站或RTU有死機現象，導致全站遠動數據丟失。(2)監(jiān)控系統(tǒng)遠動工作站與RTU上傳的遠動數據不一致。(3)利用RTU實現無人值班變電站的信號主要來自硬接點輸入，微機型繼電保護裝置只能提供保護動作總信號接點，沒有信號分類，不利于調度部門判斷事故類型、處理事故、及時恢復線路供電。(4)遙信誤發(fā)。遙控斷路器有拒動現象。(5)直流系統(tǒng)發(fā)生故障時，只有總信號，須到現場排查故障原因。2.2基建驗收某些變電站基建驗收投產時，遺留問題較多，影響運行單位無人值班的實行。2.3現有變電站運行管理規(guī)章制度與無人值班運行方式沖突根據運規(guī)，220 kV線路

3、保護需每天進行高頻交信，計量所要求每天到現場抄表。這樣，對維操隊來說，如果無人值班站距離較遠，還不如按現場留守運 行模式來得經濟和可靠。3問題的分析及建議3.1監(jiān)控系統(tǒng)和RTU安全性問題無人值班后，調度值班人員對遠動系統(tǒng)的依賴性越來越大，遠動系統(tǒng)的運行可靠性成為較突出的問題。監(jiān)控系統(tǒng)和RTU死機導致全站遠動數據丟失是安全運行的嚴重隱患，在該類問題未消除以前，不能按無人值班運行。某站RTU運行中死機的原因在于：基于RTU為核心進行數據采集與傳遞，取消了常規(guī)控制屏，由微機綜合操作屏實現全站監(jiān)視和控制的方式，導致RTU主控模塊CPU負載過重死機。雖然設計時考慮了相應CPU負載的問題，配置有3塊主控模

4、塊，但由于測控裝置和操作屏等裝置均接入RTU主控模塊，規(guī)約轉換信息流量大，在某些不明因素擾動下，可導致RTU主控模塊負荷過重，出現死機。該站RTU自診斷功能有缺陷，死機后無報警信號、遙信或遙測數據不刷新，只有實際操作斷路器時才能判斷RTU是否死機。因此，運行單位擔心如果在電網事故時RTU死機又不能及時發(fā)現和處理，將會延誤調度部門處理事故，造成電網的安全事故。后經RTU廠家對RTU重新組態(tài)均勻分配CPU負載后，死機問題得以解決。此外，監(jiān)控系統(tǒng)遠動工作站死機的問題，同樣也是重大安全隱患。由此，我們認為提高監(jiān)控系統(tǒng)、遠動工作站或RTU運行可靠性是無人值班的必要條件。在具體實施時，應采取冗余配置方式。

5、雙機配置，遠動通道雙重化，兩套設備應能自動切換。遠動設備要有自診斷功能，出現異常時能發(fā)告警信息，對遠動系統(tǒng)要進行監(jiān)視。RTU模式下，RTU負載的問題需在設計時重點關注，必要時應設置專門的規(guī)約轉換裝置，由規(guī)約轉換裝置向調度發(fā)送遠動信息。3.2遙信誤發(fā)的問題無人值班變電站準確的事故遙信動作信號對監(jiān)控中心或調度值班人員判斷運行狀況十分重要。根據運行反映，電網事故過程中遙信正確動作率不高、正確信息被遙信“抖動”造成的大量信息淹沒的問題較嚴重，說明遠動系統(tǒng)的抗干擾性能須加強。遙信誤發(fā)問題是一個綜合性的問題，產生的原因很多，如開關輔助觸點、繼電器觸點抖動，電磁干擾，遙信回路串模干擾，通道誤碼等，目前尚無完

6、全根除的方法，但可以采取措施減少。一方面要求自動化設備廠家應能對實時采集的開關量進行消除觸點抖動的濾波處理，在工程建設中注意遠動設備的接地、遠動系統(tǒng)與二次設備連接的電纜采用屏蔽電纜等措施;另一方面在運行中積累對遙信誤發(fā)的經驗，如可以結合負荷、潮流的變化，相應的開關變位和事故總信號判斷是誤發(fā)信號或事故信號等。3.3保護裝置信息采集從運行反映的問題來看，采用RTU模式實現無人值班時普遍反映保護動作信息量不足。原因是微機型繼電保護裝置往往只提供保護動作總信號觸點，沒有保護動作性質分類，如高頻閉鎖保護只能提供高頻閉鎖保護動作信號而無距離保護/段，高頻方向保護只能提供高頻方向保護動作信號而無零序保護/段

7、等具體信息，不利于調度部門判斷事故類型、處理事故和及時恢復線路供電。由于微機保護裝置均配置通信接口，有幾種模式可以解決這個問題：RTU與站內微機保護裝置實現串口通信，完成規(guī)約轉換。但220 kV變電站保護裝置數量多、型號廠家不統(tǒng)一，規(guī)約轉換信息量過大，勢必加重RTU的CPU負擔。事故狀態(tài)時大量保護信息需進行規(guī)約轉換，相對容易造成RTU的死機。利用正在規(guī)劃建設的保護信息管理系統(tǒng)，在各電業(yè)局監(jiān)控中心設置1個分站，變電站內保護信息管理工作站采用TCP/IP+IEC60870-5-103的傳輸方式向省調和地區(qū)監(jiān)控中心發(fā)送保護信息。站內專設一個保護信息規(guī)約轉換裝置，由規(guī)約轉換裝置向監(jiān)控中心發(fā)送保護信息。

8、運行單位還反映，目前沒有調度中心需要監(jiān)控無人值班變電站信號內容的運行規(guī)定，現在依據的規(guī)定大多為傳統(tǒng)的調度自動化系統(tǒng)發(fā)展而來，不能完全適應無人值班的要求，而且遙信信號名稱不規(guī)范，同一性質遙信無標準命名。由此，我們認為應盡快制定相應的標準或規(guī)定，以便于設計單位、生產廠家、運行單位的監(jiān)控信號內容和命名向標準靠攏。3.4遠動信息的分類和分流為了盡可能全面地在遠方完成對站內二次設備的狀態(tài)監(jiān)視及一次設備的操作，減少維操隊的巡視和維護工作量，實現無人值班確實需要向上傳送大量的信息，尤其是微機監(jiān)控站，除了有保護設備的通信口發(fā)出的信息外，還有大量的硬接點信息接入。運行中大量信息的涌現，加重了監(jiān)控人員的負擔，也不

9、利于事故狀態(tài)下的信息處理。事故時大量信息都通過遠動通道上傳，容易造成通道擁擠以及重要遙信信號被淹沒甚至被延時，影響了遠動數據的實時性和準確度。無人值班變電站的信息分為兩類：一類是實時信息，包括：遙測、遙信、遙控信息，主要設備及電源系統(tǒng)狀態(tài)信息等;另一類為非實時信息，包括：保護參數的遠方顯示、定值的管理、保護的動作性質、設備狀態(tài)及診斷信息等。從保護設備通信口發(fā)出的信息基本為非實時信息，非實時信息只是作為事故的記錄以供事故分析用。在調度端，要把遠動信息按性質、對象和重要性加以區(qū)分、組合和分流，使需要者在需要的時候能得到需要的信息，要防止重要的信息被淹沒，將信息不加選擇地通盤顯示是不可取的。無人值班

10、站不是搞控制室搬家，檢修和維護仍需在現場。無人值班站中當地接入的信息是在可能的基礎上多采，但遠傳的信息選擇要適當，站內數據庫可以根據運行的需要上傳遠動數據。由于220 kV無人值班站對遠動信息可靠性要求高，一般應采用光纖或微波作為通信通道。在此前提下，如果條件允許，建議采用多通道對信號分流，如利用2路遠動專用通道傳送實時信息，利用2路二線通道傳送非實時信息，并且在監(jiān)控中心也將信號分類、分層，避免由于報警信息過多致使監(jiān)控主站值班人員無法有效識別和處理信息，導致真正的故障出現時被漏掉。3.5遙控成功率及遙控對象問題220 kV站內的遙控對象分3種：一種是斷路器和主變中性點地刀;第二種是有載調壓變壓

11、器分接頭調節(jié);第三種是繼電保護信號復歸。從運行統(tǒng)計情況看，目前國內運行和生產的刀閘，其一次合閘成功率達不到100%，操作后必須到現場確認，才能合斷路器。因此，目前階段如需對隔離刀閘進行遠方遙控，須采取慎重的態(tài)度。采用監(jiān)控方式的無人值班站在設計中已經具備所有電動刀閘遠方遙控的功能，我們認為在監(jiān)控模式的設計中，可以保留這個功能，一來不增加投資，二來以后一次設備性能提高、條件成熟后二次設計不需改造，在目前階段可以在調度端將此功能屏蔽。提高遙控成功率，在很大程度上取決于設備的可靠性，不光是自動化設備，更重要的是電氣主設備。電氣一次設備采用GIS的變電站，可以嘗試對刀閘進行遠方遙控，以取得運行管理經驗。

12、3.6高頻交信問題根據運規(guī)采用閉鎖式的高頻保護運行時，要求變電站運行人員每天要交換信號，通過檢測相應的電流、電壓和收發(fā)信機上相應的指示燈來檢查高頻通道是否正?！，F有變電站配置的高頻收發(fā)訊機只能做到遠方啟動交信，雖然有的收發(fā)訊機有3 dB告警信號，但不能提供相應的電流、電壓等數據上傳，不能完全起到遠方交信檢測通道的目的，還是要運行人員每天到現場交信。在微機型收發(fā)訊機未成熟應用前，在現行的規(guī)程下，我們認為某些變電站根據實際情況適當保留個別留守人員完成簡單的壓板投退、電能表抄表和高頻交信等單一操作，也許是一種較好的運行過渡模式。3.7通信接口和規(guī)約轉換的問題監(jiān)控系統(tǒng)目前正處于不斷開發(fā)深入階段，在接口及設計方面還沒有形成統(tǒng)一的標準。在調查中運行單位反映強烈的是：一個站內配置有多種不同保護廠家、不同保護類型的設備，規(guī)約轉換困難。個別變電站甚至出現投產初期可以無人值班，在經過多期的生產改造、工程擴建后，反倒不能實現無人值班的情況。原因就在于多次擴建中設備不斷改造更新，而且微機保護裝置軟件版本更新換代快，各廠家通信接口沒有按統(tǒng)一的標準規(guī)約設計，與監(jiān)控系統(tǒng)接口困難。每次變電站擴建時，監(jiān)控系統(tǒng)最大的難點就在于通信接口的規(guī)約轉換。所以，在設計及設備選擇時必須要求監(jiān)控設備、微機保護和其它IED設備提供符合IEC60870-5