變電站自動化系統(tǒng)控制與操作功能分析

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

　　1　控制與操作的高可靠性

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

　　1.1　多級多地點控制功能

　　自動化系統(tǒng)的控制操作方式有遠方遙控、站控、就地(后備操作)3種方式。
　　遠方遙控：由調度人員在調度端發(fā)出下行控制命令。
　　站控操作：運行人員在變電站層監(jiān)控主機發(fā)出操作命令，通過交互式對話過程，選擇操作對象、操作性質，完成對某一操作過程的全部要求。
　　就地操作：作為后備控制方式，當監(jiān)控系統(tǒng)故障或網(wǎng)絡故障時，可在間隔層的測控單元的小開關手動控制或通過就地監(jiān)控單元裝置上的薄膜鍵盤進行就地控制。

　　上述3種操作方式通過軟件或使能開關可相互切換，當切換到后備手動控制時，站控及遙控命令不被執(zhí)行；當切換到站控操作時，后備手動控制不產(chǎn)生任何作用，計算機對一臺設備同一時刻只能執(zhí)行一條控制命令，當同時收到一條以上命令或預操作命令不一致時，應拒絕執(zhí)行，并給出錯信息。每個被控對象只允許以一種方式進行控制。

　　1.2　操作過程中軟件的多次返校

　　1.2.1　操作員權限設密，以杜絕誤操作及非法操作。目前成熟的監(jiān)控系統(tǒng)的軟、硬件設備都具有良好的容錯能力，即便運行人員在操作過程中發(fā)生一般性錯誤，均不引起系統(tǒng)的任何功能喪失或影響系統(tǒng)的正常運行，對意外情況引起的故障，系統(tǒng)都具有恢復功能。

　　1.2.2　操作員工作站發(fā)出的操作指令，都必須經(jīng)過選擇—校核—執(zhí)行等操作步驟，返校通過后再送至該點執(zhí)行下一步驟。當某一環(huán)節(jié)出錯，操作指令中斷，并告警提示。每次操作結束后，系統(tǒng)自動記錄操作過程并存盤。

　　1.3　監(jiān)控系統(tǒng)的雙機配置

　　220kV及以上電壓等級變電站自動化系統(tǒng)多作雙機雙網(wǎng)配置，作為人機接口的監(jiān)控主站冗余配置，熱備用工作方式，可保證任意設備故障時對控制功能無影響。時下的做法，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，可將熱備機切換為主機工作。

　　監(jiān)控系統(tǒng)硬件的冗余配置，系統(tǒng)分層分布式結構，為變電站的控制與操作的可靠性提供了保證。

　　2　操作閉鎖的實現(xiàn)方式

　　為保證變電站控制與操作系統(tǒng)的可靠性、準確性，變電站的防誤操作的設計也是重要環(huán)節(jié)之一。因為是計算機監(jiān)控，變電站不再采用繁瑣的電氣聯(lián)鎖，可方便地實現(xiàn)多級聯(lián)鎖。對于分層分布式自動化系統(tǒng)，其操作閉鎖方式也為分層分級式閉鎖而與該系統(tǒng)結構相適應。每個間隔的測控裝置，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作為遙測、遙信之用，這也為實現(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行編程，實現(xiàn)該間隔的操作閉鎖功能。

　　對于全站的涉及多個電氣間隔和多個電壓等級間的操作閉鎖，目前有3種不同的實現(xiàn)方式。其一，用軟件實現(xiàn)，即將全站的防誤操作閉鎖用軟件編程置于監(jiān)控主機之內(nèi)。監(jiān)控主機可從通信網(wǎng)上獲得全站所有開關、刀閘的狀態(tài)信息及每個間隔控制終端的操作信息，引入設備操作規(guī)則，進行軟件編程即可實現(xiàn)全站的操作閉鎖功能。該方式應該說是最簡單經(jīng)濟可靠的方案之一。其二，硬件閉鎖，即西門子公司的8TK模式。西門子公司的LSA-678變電站自動化系統(tǒng)的一個主要特點便是8TK操作閉鎖裝置的相對獨立性，8TK純粹作為控制及操作閉鎖之用，每個間隔的刀閘信息進8TK1實現(xiàn)該間隔的操作閉鎖，各間隔的刀閘信息經(jīng)重動后都進入8TK2裝置，母聯(lián)刀閘及母線地刀等直接引入8TK2裝置，8TK2裝置實現(xiàn)間隔之間的操作閉鎖功能。其三，軟硬相結合的閉鎖方式，間隔之間的閉鎖采用8TK及類似裝置實現(xiàn)閉鎖功能，監(jiān)控主機內(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。

　　軟硬兩級閉鎖，其可靠性高，監(jiān)控系統(tǒng)或網(wǎng)絡故障不影響全站的安全可靠操作，但該模式接線復雜，且價格昂貴，金華500kV變的該套8TK閉鎖裝置約花費人民幣300萬元。

　　以軟件實現(xiàn)全站的操作閉鎖，對于一套成熟的變電站自動化系統(tǒng)來說，也應該是高可靠性的；既然整個變電站的監(jiān)控功能都由監(jiān)控主機實現(xiàn)，那么操作閉鎖軟件功能做在監(jiān)控主機內(nèi)也應是安全可靠的。對于雙機系統(tǒng)冗余配置，閉鎖軟件也為雙套設置。筆者認為對于220kV及以下自動化系統(tǒng)實現(xiàn)的無人值班站采用這種模式可靠、安全、經(jīng)濟適用。

　　對于一個半開關接線的500kV變電站，筆者認為500kV系統(tǒng)每個斷路器及兩側刀閘的操作閉鎖由相應測控裝置實現(xiàn)以外，每串內(nèi)的斷路器及刀閘之間的閉鎖采用專門一套硬件閉鎖裝置以提高其可靠性。至于220kV系統(tǒng)為簡化接線，節(jié)約資金，可不必配置用于間隔之間操作閉鎖的專用硬件裝置。

　　上述三種模式都可高效可靠地實現(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)控主機的鍵盤上敲入相應指令，便可自動完成。常規(guī)站可能要花費幾個小時的操作，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操作)的變電站，當變電站的隔離刀閘采用手動操作時，站級的操作閉鎖方式有所不同。方法一，類似上述的軟件閉鎖模式一，只是在主機上外掛一個電腦鑰匙，手動操作的隔離刀閘配置相應的機械編碼鎖。方法二，配置專用五防PC機與監(jiān)控主機串口或以太網(wǎng)絡相聯(lián)，該PC機完成全站的操作閉鎖功能。監(jiān)控主機通過系統(tǒng)網(wǎng)絡接受來自間隔層測控單元采集的開關位置信息，也可通過電腦鑰匙回送部分非實時開關狀態(tài)，使主機一次系統(tǒng)運行圖與當前的實際運行狀況相一致。上述兩種方法實現(xiàn)的功能如下：首先操作員在監(jiān)控主站上預演操作，并對每一操作依據(jù)系統(tǒng)的防誤規(guī)則進行檢驗。如果有錯則立即報警，如果正確則生成操作票。內(nèi)容包括動作、對象、結果、鎖的編號或其它提示性的內(nèi)容。預演結束后，打印機打印出操作票，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，按照其顯示的設備編號及操作順序，操作相應的電氣裝置。這兩種方式相比較，前者操作閉鎖與監(jiān)控主機融為一體聯(lián)系緊密；后者防誤操作裝置相對獨立，在監(jiān)控系統(tǒng)停用或工作不正常的情況下，五防PC裝置仍能正常運行。究竟選擇哪種方式，可根據(jù)用戶的習慣確定。

　　可見變電站自動化系統(tǒng)的防誤操作分層分級考慮，其可靠程度明顯優(yōu)于常規(guī)站的防誤設計。