林海智能变电站一体化平台架构及其实现

doi:10．3969/j．issn．1008-0198．2013．Z1．018

林海智能变电站一体化平台架构及其实现

洪权,欧阳帆,李大公,刘伟良,李辉,赵永生(湖南省电力公司科学研究院,湖南长沙410007)

摘　要:介绍林海智能变电站一体化信息平台的架构及主要功能实现,阐述基于站控层网络实现全站信息交互的方式,并论述保信子站与远动一体化设置对远动功能实现的影响及应对措施。对双测控接入、系统五防配置、顺序控制以及智能告警等功能实现进行介绍。关键词:一体化信息系统;双测控;系统五防;顺控;智能告警中图分类号:TM76 文献标识码:B 文章编号:1008-0198(2013)S1-0064-04

收稿日期:2013-04-15 随着我国智能电网建设进程的推进,作为智能电网建设重要环节的智能变电站技术也得到了很大的发展。在实现全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化、系统功能集成化的设计要求下,一体化平台将数据采集与监控系统、保护信息子站、故障录波系统、一次设备监测系统〔1〕等在常规综自站中相对独立的系统进行了有效的集成,避免了数据的重复采集,实现了数据的有效融合,并以此为基础实现了包含顺序控制、无功优化、防误闭锁、智能告警等在内的多项高级应用,大大提高了变电站的智能化运行水平。文中以长沙220kV林海智能变电站一体化信息平台为例,介绍了其整体架构及主要功能实现。1　系统构成

林海智能变电站一体化平台冗余配置2台数据通信服务器作为一体化平台主机及操作员工作站,专设1台服务器作为高级应用服务器以实现智能告警与分析、内嵌五防逻辑的一键式顺控、经济调度与运行等专项功能,并配置1台数据存储器对历史数据进行存储。通过接入双套配置的测控装置、计量系统、视频、安卫等辅助控制系统,实现了对变电站设备运行状态监视、开关、刀闸控制时的视频联动功能及对门禁管理、火灾报警、消防给排水等辅助系统的智能运行管理及智能变电站全景数据的统一采集及使用。统一架构如图1所示。林海智能变电站自动化系统采用“三层两网”架构,即在过程层由智能终端及合并单元完成对一次设备运行信息的就地数字化及控制命令执行任务;在间隔层由保护测控(以下简称“保测”)一体化装置、安全自动装置、故障录波装置及网络分析仪实现对变电站各间隔的保护、监测、控制功能;在站控层由监控主机及操作员工作站、高级应用服务器、远动通讯装置、网络打印机、状态监测系统及辅助控制系统等完成对全站的运行管理及与远方主站的通讯。在间隔层及过程层,220kV线路间隔以及主变间隔配置双重化的智能终端、合并单元及保测一体装置,组建物理上相对独立的A,B网,采样值(sampledvalue,SV)和面向通用对象的变电站事件(genericobjectorientedsubstationevent,GOOSE)共网传输,以实现信号的独立上送。110kV间隔则采用单套配置,SV,GOOSE共网传输。过程层与间隔层间均采用DL/T860或IEC61850通信规约以实现信号的统一、标准化传输。间隔层与站控层间通过站控层网络进行信息交互,采用制造报文规范(Manufacturingmessagespecification,MMS)。10kV间隔直接通过保测装置完成一次设备运行状态信息采集,并直接接入站控层MMS网。在线监测及辅助控制系统经过单向

·46·　第33卷增刊1湖　南　电　力HUNANELECTRICPOWER　2013年7月隔离装置与一体化信息平台进行信息交互。按照《智能变电站技术导则》关于一体化信息平台建设要求,所有的保护、测控及故障录波信息通过统一的站控层网络上送至远动机。并且远动功能和保护信息子站功能采用了合一设计,统一由远动机实现与调度主站与保信主站的通信。远动保信一体机采用双机主备模式,并配备网络存储器进行历史数据及录波波形的存储。在此种设计方式下,将按照《电力二次系统安全防护总体方案》中隶属于安全Ⅱ区的保信子站功能提升至安全I区。远动机通过统一接口与调度主站与保信主站通信,但由于调度主站隶属于安全Ⅰ区,而保信主站仍属于安全Ⅱ区,故而在保信远动一体机对保信主站的通讯柜间加装防火墙以实现安全Ⅰ区与安全Ⅱ区的有效隔离。由于远动机集成了故障录波上送功能,故需考虑处理录波数据时对远动数据上送的影响。远动机处理故障录波时会占用系统相当的CPU资源及网络带宽,为不影响正常远动数据的可靠上送,采用了远动、录波数据优先级判别处理机制、录波文件分散负载、均匀问答等技术措施。

图1　林海智能变电站一体化信息平台架构示意图2　系统主要功能实现

按照《智能变电站技术导则》规定,智能变电站一体化信息平台的功能划分主要涉及运行监视、操作与控制、信息综合分析与智能告警、运行管理、辅助这五大应用〔2〕。2．1　双测控实现方案林海智能变电站保测一体化装置的选用及保护双重化的配置要求,使得变电站监控的双测控方案从二次设备配置上具备了实现的条件,相应的一次设备所提供的辅助节点也需成倍的增加,同时后台监控及远动也要采取对应措施以满足双测控信息接入的要求。保测装置上送的信息类型可分为2种:一种为公用信号,主要反映一次设备运行状态,如遥测量、断路器及刀闸位置等;另一种为私用信号,主要反映测控装置本身的状态的信号,如通信断链、装置告警等。对监控后台及远动装置来说,双测控的信息上送方式带来的是公用信号的冗余〔3〕。对于冗余的2套测控信号,通常有2种处理方式。一种是将双测控实际数据采用虚点映射方式映射为虚点数据,虚点数据同时接收来自2套测控的实点数据,并通过双套测控装置主标志选择其中一套作为虚点数据源〔4〕。此种方式只需对应一次设备建立一套图形界面对各种信号进行关联显示。另一种处理方式则是将2套数据全部保留的送到后台监控系统,在后台建立双画面分别接收2套测控数据上送的信号,通过测控装置状态自动选择当前主画面或是人工判别方式选择主画面。在本项工程中,采用后一种处理方案。在后台监控系统建立双画面,分别显示A,B套测控上送的遥测、遥信等信号。至主站的数据则是2套同时上传,其中公用部分信号则以A套为主数据源。2套测控均能完成对断路器、隔离开关进行控制,正常时采用第一套测控装置下发控制命令,屏蔽第二套测控装置的控制功能。本站四遥信息流示意图如

·56·第33卷增刊1洪权等:林海智能变电站一体化平台架构及其实现2013年7月图2所示。

图2　林海智能变电站四遥信息流示意图2．2　系统五防配置五防系指防止带负荷分合刀闸、防止误入带电间隔、防止误分合断路器、防止带电挂接地线、防止带地线合刀闸等5项防止电气误操作。在智能变电站技术框架下,根据减少设备重复配置原则,通过变电站自动化系统的逻辑闭锁软件实现全站的防误操作闭锁功能〔5〕。后台五防系统与监控系统共享同一个数据库以及系统拓扑图。通过将五防闭锁规则编入后台五防规则库中,则在进行后台遥控操作时,后台五防系统会自动根据当前操作对象的状态及相关开关位置判断是否满足操作规则所列条件,进而开放或闭锁当前操作。就地的五防闭锁则依靠机构提供的电气闭锁以及程序编码锁实现。电气防误闭锁回路主要通过设备辅助触点来实现闭锁。能够实现断路器与刀闸之间的闭锁,但却对误入带电间隔并不能有效防止。程序编码锁的使用则对其不足进行了补充,通过在后台五防系统进行模拟开票及操作票下装至手持屏,具有唯一编号的程序锁只有当满足五防闭锁条件时才可打开,进而保证了现场运行操作人员不会误入带电间隔。2．3　顺序控制功能顺序控制也称程序化操作,是指在变电站原有标准化操作的前提下,由变电站自动化系统自动按照操作票规定的顺序执行相关运行方式变化的操作任务,每执行一步操作前自动检查防误闭锁逻辑,一次性地自动完成多个控制步骤的操作。顺序控制操作能够有效地减少操作时间、有效地降低倒闸操作误操作的概率,将运行人员从繁杂的倒闸操作中解放出来,在保证操作正确性、可靠性的同时,也提高了系统的操作效率。因此,国家电网公司颁布的《智能变电站技术导则》中明确规定,把变电站的设备顺序控制功能作为智能变电站的基本系统功能之一〔6〕。变电站电气设备具有运行、热备用、冷备用、检修4种状态。而变电站操作可分解为电气设备在以上4种状态中的相互切换操作。本站顺序控制功能在高级应用服务器中实现。通过与监控系统共享电网实时运行数据库,可以得到全站设备的运行状态。在进行顺序控制时,可以自动按照预先入库的顺控操作票由后台出口操作命令对设备进行遥控操作,并在每步操作前自动根据五防闭锁逻辑进行检查。同时,在进行一次设备状态改变的同时,也能够相应地对变电站二次设备的定值及压板进行相关修改及核查。本站的顺控操作采用了回退再确认及人工复核机制,即在顺序操作某一个执行条件不满足时,会停在当前操作进程下直到运行人员检查确认操作条件满足后下发确认命令后,顺控程序才会继续执行并向上回退一个操作步骤对已确认过的设备状态进行再次确认,防止在顺控操作执行中影响控制逻辑的已确认过的设备状态发生了改变,以提高顺控逻辑判断的可靠性。顺控操作能够较好地提高系统的操作效率,但是顺控操作的安全性相对于常规人工操作来说仍显不足。顺控操作的逻辑判断依赖于一、二次设备运行状态的正确采集,而目前顺控操作的闭锁逻辑仅采用了基于设备开关量采集的单判据模式,无法应对测控装置故障、回路松动等造成的设备采集位置与实际不符的情况。对此,可考虑将采集的模拟量作为辅助判据引入顺控操作的闭锁逻辑中以提高顺控操作的可靠性。2．4　智能告警与分析决策功能变电站一体化信息系统的采用,使得全站设备运行信息均能通过统一的数据信息标准上送到后台监控系统。如果对于上送的信息不加以分类加工,仅仅按照上送时序对事故报文给予显示,一旦发生事故,各种动作事件记录同时上送,极容易造成变电站值班人员遗漏重要告警信号,影响事故的正确处理〔7〕。为此,需在后台监控系统中提供对于告警信号进行分类显示处理,提取故障信息,辅助故障判断及处理,即智能告警与辅助分析决策系统。在本站后台监控系统中,智能告警及分析决策系统具备遥信按告警类型分类及告警等级分类的功·66·第33卷增刊1湖　南　电　力2013年7月能。遥信按照类型可分为其他遥信(系统默认)、位置遥信(对应断路器、隔离刀闸等变为信息)、保护遥信(保护动作信息)、事故遥信,并支持不同类型遥信信号以不同颜色进行区分。告警等级可分为预告、普通、事故等。针对告警等级的不同,在告警窗中有不同的标签页可以区别,并可根据告警等级,选择配置是否上告警窗、是否响铃、是否语音报警等。本站的智能告警系统能够提供单事件推理、多事件推理以及智能推理3种推理模式。单事件推理通过将系统数据库中的遥信事件与知识库进行关联,一旦发生相应的遥信事件,则从知识库中给出对应的信息描述、发生原因、处理措施以及图解。关联多事件推理提供基于多个关联事件的判别逻辑。它将一段时间内由同一诱因导致的多个关联事件进行推理,给出关联多事件发生的原因及解决方案。故障智能推理对变电站的主要故障类型能根据故障发生的关键条件、结合接线方式、运行方式、开关变位及开关状态、遥测量、时序信息等综合判断,给出当前故障的故障类型、相关信息、故障结论及处理方式。智能告警功能的实现依赖于专家知识库的构建,通过预先将各种故障及异常情况下的遥信变位情况编制成推理规则,则当系统接收到的信号与规则匹配时,智能告警系统自动给出对应规则的推理结果。3　结束语