500 kV變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行分析
時(shí)間:2009-04-02 18:35:36來(lái)源:hesp
導(dǎo)語(yǔ):?由于500 kV變電所在電網(wǎng)中所處的重要地位和本身的特點(diǎn),對(duì)采用綜合自動(dòng)化系統(tǒng)有較高的技術(shù)要求。
[b]0 引言
[/b] 由于500 kV變電所在電網(wǎng)中所處的重要地位和本身的特點(diǎn),對(duì)采用綜合自動(dòng)化系統(tǒng)有較高的技術(shù)要求。500 kV雙龍變電所是我國(guó)已投運(yùn)的首座取消常規(guī)控制,完全采用計(jì)算機(jī)操作的變電所,其綜合自動(dòng)化系統(tǒng)于1997年12月與變電所同步投產(chǎn),1年多的運(yùn)行表明:系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、可靠,各項(xiàng)功能達(dá)到了設(shè)計(jì)指標(biāo),滿足運(yùn)行要求。
本文就雙龍變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的現(xiàn)狀和運(yùn)行情況進(jìn)行介紹,對(duì)超高壓變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)具備的功能、技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)做一分析。
[b]1 功能和技術(shù)特點(diǎn)
[/b] 500 kV雙龍變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)采用國(guó)際招標(biāo)方式采購(gòu)。由Siemens公司中標(biāo),并提供站級(jí)及以下設(shè)備;站內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)由Siemens公司分包給電力自動(dòng)化研究院,并由電力自動(dòng)化研究院負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的集成。
考慮系統(tǒng)的完整性和擴(kuò)建方便,綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的站內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)按遠(yuǎn)景規(guī)劃一次建成,站級(jí)及以下設(shè)備按變電所中期規(guī)模建設(shè),其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意框圖如圖1所示。
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圖1 500 kV雙龍變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖
Fig.1 Structure of integrated automation system at 500 kV Shuanglong ultra-high-voltage substation
綜合自動(dòng)化系統(tǒng)由一套電力自動(dòng)化研究院提供的BSJ—200變電站監(jiān)控系統(tǒng)和5套分別位于每個(gè)繼電保護(hù)小室內(nèi)的Siemens公司LSA 678裝置組成。站內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)備主要包括雙主機(jī)、雙人機(jī)工作站、主備通信機(jī)和雙光纖以太網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。
500 kV雙龍變綜合自動(dòng)化系統(tǒng)共采集遙信2 467點(diǎn)、遙測(cè)413點(diǎn)、脈沖量104點(diǎn),遙控輸出424點(diǎn),比較全面地實(shí)現(xiàn)了對(duì)變電所的監(jiān)控。
雙龍變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)與超高壓變電所常規(guī)監(jiān)控系統(tǒng)相比,除實(shí)現(xiàn)常規(guī)的監(jiān)控功能外,還具有以下特點(diǎn):
a.綜合自動(dòng)化系統(tǒng)與變電所總平面布置設(shè)計(jì)思想一致:即變電所內(nèi)二次設(shè)備相對(duì)集中、就近安裝。綜合自動(dòng)化設(shè)備按出線間隔或串設(shè)計(jì),縮短電纜長(zhǎng)度,降低強(qiáng)電磁環(huán)境下電纜的“天線效應(yīng)”,提高控制的可靠性。
b.為減少干擾信號(hào)造成誤操作的可能性,變電所內(nèi)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信和設(shè)備間通信基本采用了光纖作為傳輸介質(zhì),并盡可能采用冗余方式。
c.采用Siemens公司的8TK Interlocking Unit作為間隔級(jí)的防誤閉鎖裝置,構(gòu)成變電所的硬件閉鎖控制系統(tǒng)。即使站內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)崩潰,還可以在間隔層設(shè)備上實(shí)現(xiàn)完整的監(jiān)控和防誤操作,確保運(yùn)行可靠性。
d.在站內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)上,設(shè)有口令授權(quán)系統(tǒng),并在人機(jī)界面上將控制設(shè)備按串或間隔分成單元;各單元設(shè)備的控制操作經(jīng)操作提示和確認(rèn)后,啟動(dòng)相應(yīng)的邏輯判別程序,軟件檢查正確后,再將控制命令下發(fā),從而與8TK共同構(gòu)成雙重檢測(cè)閉鎖功能。
e.重要的信息(如開(kāi)關(guān)、刀閘位置等)采用雙位置接點(diǎn)(一副常開(kāi)接點(diǎn),一副常閉接點(diǎn)),并在軟件和硬件上判斷其合法性。且事件順序分辨率(SOE)達(dá)到1 ms(經(jīng)華東電力試驗(yàn)研究所現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè))。
f.對(duì)暫態(tài)變位信號(hào)(如保護(hù)動(dòng)作、重合閘動(dòng)作等),在人機(jī)界面顯示時(shí)用軟件進(jìn)行處理,采用自保持方式,須經(jīng)人工確認(rèn)后,信號(hào)才會(huì)消失。
g. 在人機(jī)界面上采用模擬光字牌代替常規(guī)光字牌,并按全所級(jí)和間隔級(jí)的分層模式來(lái)顯示,同時(shí)采用改變光字牌不同的顯示方式來(lái)區(qū)別事故和預(yù)告信號(hào)。
h.微機(jī)保護(hù)的動(dòng)作信號(hào)包括自診斷信息,經(jīng)保護(hù)管理機(jī)規(guī)約轉(zhuǎn)換后主動(dòng)上送站內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)。各級(jí)保護(hù)管理部門及調(diào)度部門可通過(guò)電話撥號(hào)方式直接調(diào)取保護(hù)內(nèi)部的各類信息,用于分析事故的原因及過(guò)程。運(yùn)行值班人員可通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)遠(yuǎn)方調(diào)取保護(hù)信息,遠(yuǎn)方復(fù)歸保護(hù)動(dòng)作信號(hào),并且用硬件(壓板)或軟件兩種方式避免遠(yuǎn)方修改保護(hù)定值和通過(guò)通信方式從保護(hù)裝置出口跳閘的可能性。
i.相對(duì)獨(dú)立的自動(dòng)電壓控制(AVC)功能模塊集成在綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中。它既能控制500 kV系統(tǒng)電壓,也可以優(yōu)先控制220 kV系統(tǒng)電壓。控制目標(biāo)可以是定值方式,也可以是曲線方式;并且有閉環(huán)自動(dòng)調(diào)節(jié)、半閉環(huán)、L&C及開(kāi)環(huán)指導(dǎo)4種不同的運(yùn)行方式。在軟件設(shè)計(jì)中,充分考慮了被控設(shè)備可能出現(xiàn)異常和故障時(shí)的自動(dòng)閉鎖。對(duì)提高系統(tǒng)電壓合格率、無(wú)功潮流優(yōu)化都起到了積極作用。
[b]2 實(shí)際運(yùn)行分析
[/b] 500 kV雙龍變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)經(jīng)過(guò)1年多的實(shí)際運(yùn)行,與常規(guī)變電所相比,不但給變電所的運(yùn)行和維護(hù)工作帶來(lái)了相當(dāng)大的方便之處,而且為保證變電所的安全運(yùn)行起到了關(guān)鍵作用。
2.1 采集信息
雙龍變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)采集的信息量多、面廣,并在人機(jī)界面設(shè)計(jì)上采用了事故音響報(bào)警、變位開(kāi)關(guān)閃爍、簡(jiǎn)報(bào)窗口文字提示、模擬光字牌及模擬量越限報(bào)警等多種手段和方式,確保雙龍變?cè)诎l(fā)生事故和出現(xiàn)異常情況時(shí)能迅速做出反應(yīng)、詳細(xì)記錄、直觀顯示。既保留了部分傳統(tǒng)的運(yùn)行監(jiān)視習(xí)慣,又改變了運(yùn)行值班的監(jiān)視方式,提高了對(duì)運(yùn)行設(shè)備的監(jiān)視效果。
采用精度較高的交流采樣I/O裝置和變送器。通過(guò)抽測(cè)和年校測(cè)試,除極個(gè)別無(wú)功功率測(cè)點(diǎn)外,綜合誤差均小于0.5%。在程序設(shè)計(jì)上做到了測(cè)點(diǎn)的限值可方便設(shè)定,越限報(bào)警除在告警窗口文字提示外,還采取在人機(jī)界面上對(duì)模擬量顯示變色、模擬屏上相對(duì)應(yīng)模擬量值閃爍等多種提示手段,提高了監(jiān)視的效果。
自500 kV雙龍變電所投產(chǎn)以來(lái),綜合自動(dòng)化系統(tǒng)經(jīng)受了5次線路事故的考驗(yàn),每次事故發(fā)生,綜合自動(dòng)化系統(tǒng)都能準(zhǔn)確地記錄事故的全過(guò)程。如1998年4月5日23時(shí)57分,因?qū)?cè)變電所一條220 kV線路故障,對(duì)側(cè)變電所因電壓互感器(TV)多點(diǎn)接地,保護(hù)失去方向性,造成雙龍變至該變電所的3回220 kV線路開(kāi)關(guān)同時(shí)跳閘。綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中預(yù)告信號(hào)一覽表詳細(xì)記載了從23時(shí)36分51秒500 kV1號(hào)故障錄波器啟動(dòng)開(kāi)始到23時(shí)37分35秒故障消除期間共668條記錄;事件一覽表記錄了從23時(shí)36分51秒577毫秒到23時(shí)36分51秒831毫秒共254毫秒內(nèi)73條有關(guān)各類保護(hù)動(dòng)作及開(kāi)關(guān)跳閘的準(zhǔn)確時(shí)間及內(nèi)容;微機(jī)保護(hù)一覽表提供了各套線路保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間、動(dòng)作行為、故障測(cè)距等內(nèi)容,為運(yùn)行值班人員的故障分析、判斷和及時(shí)處理提供了強(qiáng)有力的支持和幫助。
在試運(yùn)行期間,500 kV蘭雙5407線路保護(hù)復(fù)用載波機(jī)由于抗干擾能力不足,造成誤發(fā)信,綜合自動(dòng)化系統(tǒng)準(zhǔn)確地記錄和反映了這個(gè)現(xiàn)象,及時(shí)地發(fā)現(xiàn)了事故隱患。
2.2 控制與操作
自1997年12月29日至1998年12月31日,運(yùn)行人員在正常倒閘操作中通過(guò)自動(dòng)化系統(tǒng)共進(jìn)行了1 042次控制操作,正確率達(dá)100%。另外,在新設(shè)備投產(chǎn)期間,共進(jìn)行控制試驗(yàn)962次,正確率也達(dá)100%。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明,通過(guò)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行倒閘操作,操作速度比常規(guī)變電所提高約10%~15%,其中,一次設(shè)備的操作速度至少要提高50%以上。影響操作速度的主要原因是由于繼電保護(hù)分布布置,在進(jìn)行保護(hù)投退操作時(shí),需往返于繼電保護(hù)小室與主控室。
2.3 運(yùn)行管理和統(tǒng)計(jì)報(bào)表
雙龍變綜合自動(dòng)化系統(tǒng)取代了常規(guī)的人工報(bào)表和統(tǒng)計(jì),能自動(dòng)完成各類日、月負(fù)荷報(bào)表的生成和打印,自動(dòng)完成全所電量計(jì)算、電壓合格率統(tǒng)計(jì)、開(kāi)關(guān)動(dòng)作次數(shù)及跳閘次數(shù)統(tǒng)計(jì)、主變有載開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)次數(shù)統(tǒng)計(jì)等;并且可按照變電所運(yùn)行工作的需要,方便地生成各類運(yùn)行管理需要的報(bào)表,大大減少了值班人員手工抄表和統(tǒng)計(jì)計(jì)算的工作量。
2.4 變電所電氣設(shè)備的檢修和消缺
由于雙龍變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)以及保護(hù)裝置均按串或間隔設(shè)計(jì),任一間隔設(shè)備的停運(yùn)不會(huì)影響其他部分,給檢修和消缺工作帶來(lái)了很大的方便。綜合自動(dòng)化系統(tǒng)能清晰地反映所內(nèi)一、二次電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài),記錄并保存電氣設(shè)備的運(yùn)行、缺陷及異常狀況。檢修人員可在工作前進(jìn)行相應(yīng)查詢,對(duì)需檢修或消缺的設(shè)備進(jìn)行必要的了解,如:該設(shè)備目前的運(yùn)行狀況,有無(wú)缺陷,是否已處理,有無(wú)遺留問(wèn)題等,真正使檢修人員做到心中有數(shù),體現(xiàn)出“應(yīng)修必修,修必修好”這一宗旨。繼保人員和運(yùn)行值班人員在工作前和工作后,隨時(shí)可利用綜合自動(dòng)化系統(tǒng)核對(duì)保護(hù)定值,徹底杜絕“誤整定”事故的發(fā)生。1998年11月18日,雙航2381線LFP—902A保護(hù)檢驗(yàn)完畢,終結(jié)工作票前,值班員通過(guò)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)核對(duì)保護(hù)定值,發(fā)現(xiàn)定值有變化,后查明系繼保人員試驗(yàn)時(shí)所設(shè)的臨時(shí)定值未及時(shí)更改,從而防止了一起保護(hù)“誤整定”事故。對(duì)于一些疑難缺陷,可進(jìn)一步利用綜合自動(dòng)化系統(tǒng)查詢?nèi)毕莸默F(xiàn)象、發(fā)生的時(shí)間、是否消失過(guò)、出現(xiàn)的頻繁程度以及是否帶有普遍性等。如1998年4月5日,雙航2381線901保護(hù)收發(fā)信機(jī)(YBX—1K)裝置異常,繼保人員現(xiàn)場(chǎng)檢查后認(rèn)為裝置完好,查不出裝置異常的原因,通過(guò)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)現(xiàn),其他3條220 kV線路保護(hù)的收發(fā)信機(jī)均出現(xiàn)過(guò)類似情況,不同的是它們?cè)诟婢蠛芸熳詣?dòng)返回,最快的龍?jiān)?374線從裝置異常信號(hào)發(fā)出到自動(dòng)返回僅間隔2 ms。通過(guò)分析認(rèn)定是由于干擾信號(hào)引起,采取了措施后,該類裝置就再未出現(xiàn)類似現(xiàn)象。
2.5 二次電氣設(shè)備的運(yùn)行可靠性
常規(guī)變電所中控制層上的光字牌、信號(hào)燈及指示儀表的故障在變電所的缺陷處理中占有很大的比例,也影響到二次設(shè)備的安全運(yùn)行。500 kV雙龍變電所由于采用綜合自動(dòng)化系統(tǒng),取消了常規(guī)控制屏,提高了二次設(shè)備運(yùn)行可靠性,缺陷處理次數(shù)明顯減少。同時(shí)繼電保護(hù)裝置就地小室分布,大大節(jié)省了二次電纜用量(據(jù)華東電力設(shè)計(jì)院統(tǒng)計(jì),節(jié)省約達(dá)36.6%),并節(jié)約了電纜的投資。更主要的是,常規(guī)變電所由于使用了較長(zhǎng)的電纜,產(chǎn)生較大的對(duì)地分布電容,使得保護(hù)裝置誤發(fā)信號(hào)情況時(shí)常出現(xiàn),給運(yùn)行和檢修人員的分析、判斷和處理帶來(lái)了極大的困難。而500 kV雙龍變電所自投運(yùn)至今,類似情況沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)一次。
[b]3 建議和探討
[/b] 從500 kV雙龍變綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況分析和現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行人員對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的反饋中,對(duì)變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)提出下列幾點(diǎn)建議和設(shè)想。
3.1 提高綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的可靠性
提高綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的可靠性始終是綜合自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的根本出發(fā)點(diǎn)。對(duì)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的本身設(shè)備包括運(yùn)行的軟件,加強(qiáng)監(jiān)視和控制,是提高可靠性的重要途徑之一。
我們認(rèn)為,變電站站內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)雖然在功能上與SCADA系統(tǒng)有許多類似之處,但兩者的側(cè)重點(diǎn)并不同。變電站站內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)具有相對(duì)功能穩(wěn)定性,對(duì)系統(tǒng)的可靠性、安全性和穩(wěn)定性具有較高的要求,特別是對(duì)信號(hào)的處理和設(shè)備的控制方面要求更高。站內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)因各地要求不同,運(yùn)行習(xí)慣不同,應(yīng)用軟件不可能完全一致。簡(jiǎn)化一些不必要的非實(shí)時(shí)功能,對(duì)主要運(yùn)行程序和計(jì)算機(jī)內(nèi)部資源管理等采用自診斷、自恢復(fù)等方式,可提高系統(tǒng)的可靠性。
3.2 擴(kuò)大綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的監(jiān)控范圍
變電站站內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)除反映潮流分布情況外,更主要的是反映一、二次設(shè)備本身的運(yùn)行狀況。如果在設(shè)計(jì)和產(chǎn)品選型時(shí)考慮一次設(shè)備的絕緣在線監(jiān)測(cè),就有可能納入綜合自動(dòng)化的監(jiān)控范圍,提高對(duì)運(yùn)行設(shè)備的在線監(jiān)測(cè)能力和設(shè)備的科學(xué)管理水平。另外,目前一次設(shè)備的倒閘操作,特別是刀閘類設(shè)備的操作,還必須派人員到現(xiàn)場(chǎng)核對(duì)設(shè)備的操作情況及操作狀態(tài)。如果能將計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)方圖像監(jiān)控系統(tǒng)與綜合自動(dòng)化系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合在一起,利用圖像監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)操作設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視,對(duì)提高運(yùn)行值班人員監(jiān)視質(zhì)量和倒閘操作速度將有極大益處。
3.3 微機(jī)保護(hù)的遠(yuǎn)方投退及修改定值
目前,對(duì)微機(jī)保護(hù)的投退除修改保護(hù)定值中的控制字外,必須要對(duì)出口壓板進(jìn)行操作,而且絕大部分運(yùn)行單位也不允許遠(yuǎn)方修改保護(hù)定值。運(yùn)行中發(fā)現(xiàn),影響倒閘操作速度的最主要原因就是二次設(shè)備的投退切換操作,需要人工就地(即在繼電保護(hù)小室)進(jìn)行。因此遠(yuǎn)方投退保護(hù)和修改定值是綜合自動(dòng)化發(fā)展的需要。目前已有不少專家、學(xué)者和生產(chǎn)廠商正在著重此方面的研究,主要需解決可靠性和管理模式的問(wèn)題。
3.4 智能化的運(yùn)行管理
在目前超高壓變電所有人值班的模式下,提高變電所智能化管理水平是電力系統(tǒng)發(fā)展的需要,也是實(shí)際運(yùn)行的需要。變電所的智能化管理與綜合自動(dòng)化系統(tǒng)有非常緊密的關(guān)系,很多方面依賴于綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的實(shí)時(shí)信息。但是在具體實(shí)施中,為了保證綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的安全可靠,不宜將此集成在站內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)中,可以作為一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的系統(tǒng)。在現(xiàn)階段變電所智能化運(yùn)行管理系統(tǒng)至少應(yīng)包括以下3個(gè)部分:
a.根據(jù)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)采集的信息和數(shù)據(jù),在電網(wǎng)或變電所內(nèi)發(fā)生事故時(shí),能準(zhǔn)確判別事故的類型、性質(zhì)和事故的范圍,自動(dòng)生成對(duì)運(yùn)行值班人員的事故處理指導(dǎo)意見(jiàn),以便運(yùn)行值班人員根據(jù)指導(dǎo)意見(jiàn)和操作程序快速處理事故。
b.根據(jù)調(diào)度命令和監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)信息,在線自動(dòng)生成操作票,即具有操作票專家系統(tǒng)功能。
c.根據(jù)變電所運(yùn)行管理要求,自動(dòng)統(tǒng)計(jì)并生成各類報(bào)表,實(shí)現(xiàn)變電所各類運(yùn)行記錄和技術(shù)資料的微機(jī)化管理。
[b]4 結(jié)語(yǔ)
[/b] 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,超高壓變電所實(shí)現(xiàn)綜合自動(dòng)化是電力系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì),也是提高變電所運(yùn)行質(zhì)量和管理水平的需要。500 kV雙龍變電所作為原電力工業(yè)部的試點(diǎn)和國(guó)內(nèi)首批實(shí)現(xiàn)綜合自動(dòng)化的超高壓變電所,凝聚了眾多參加建設(shè)單位、主管部門和生產(chǎn)廠商技術(shù)人員的集體智慧和心血,目前實(shí)現(xiàn)的功能也是綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的基本功能。相信在此基礎(chǔ)上經(jīng)過(guò)廣大科技人員的不斷努力,功能更全、智能化水平更高、系統(tǒng)更完善的超高壓變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng),必將在我國(guó)電網(wǎng)建設(shè)中不斷涌現(xiàn),把電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提高到一個(gè)新的水平。