調控中心監控自動化系統與通訊功能淺析

齊 超，周志宇

（1.哈爾濱工業大學 黑龍江 哈爾濱 150001；2.華北電力大學 北京 102206）

“大運行”建設體系目標，是統籌電網調度和設備運行資源，推進輸變電設備運行與電網調度運行的業務融合，開展變電設備運行集中監控、輸變電設備狀態在線監測與業務分析，提高駕馭大電網的調控能力和優化配置資源能力。地市級調控中心負責地區電網調控運行，即負責承擔地區電網調度運行、系統運行、調度計劃、自動化等專業管理職能和變電站設備運行集中監控業務、輸變電設備狀態在線監測與業務分析，實現調控一體化。

本文從調控中心監控自動化系統結構、功能和工作原理展開，針對調控中心設備在運行監控與通訊功能中存在的電網系統故障監控系統事故報文繁瑣，遙信狀態量錯誤及監控自動化系統設備安裝質量不高等問題，提出建議，今后調控中心在此方面加以改進。

1 監控系統將向智能化方向邁進

1.1 監控系統全面智能化

監控自動化系統在運行集中監控方面應按照設計總體方案、程序化操作，進行集中監控、監控防誤閉鎖、保護與監控接口和遠動通信規約、信息分層分類優化、運行管理規范、視頻系統、系統調試規范等課題專題研究，同時考慮安全監測信號采集和系統調試的規范化[1]。

監控功能將以調度安全風險防控和運營績效管理兩大業務方向為突破，加強技術支撐建設、組織優化保障、理論研究儲備，建成高級調控中心，向決策智能、反應靈敏、組織高效、創新持續的未來調度方向邁進。

1.2 監控系統滿足互聯大電網安全穩定需要

監控自動化系統將實現廣域動態實時監控，提供系統綜合應用穩態、動態和暫態數據，為調度人員提供高質量的系統實時動態信息和輔助決策信息，增強電力市場輔助服務監測，幫助運行人員提高電網分析準確度，從而提高電網監視和運行水平，提高輸電能力和電網運行的可靠性[2]。同時也為智能電網提供安全穩定分析與控制的技術和裝備。

監控系統將遵循并突破原有監控自動化技術路線，采用先進的通信、信息技術，實現電網運行數據的統一斷面無損采集，提供變電站實時全景模型并實現共享；采用先進的自動控制、人工智能技術，全面提升時時控制、動態調整技術水平，實現各類電源及用戶的無擾接入、故障隔離，系統和設備具備自描述、自適應、自診自愈能力。

2 調控中心監控自動化系統具備功能

2.1 監控系統涉及兩項關鍵技術

監控系統設備運行集中調控是在子站監控系統的基礎上實現的。其中的監控功能是通過子站端監控系統的遠動機上送本地采集的各類信息來實現SCADA功能。

1）監控技術 窗口式操作系統（Windows、Unix）、分布式數據庫管理軟件、后臺監控系統功能維護軟件、后臺監控系統實時監控軟件。

2）通訊技術 以太網通訊技術、現場總線通訊技術、通用通訊接口技術（RS232、RS485）、遠動通訊技術（載波通訊、光纖通訊、網路通訊）、通訊規約。

調控中心監控功能綜合利用工況信息、在線監測信息、電氣間隔環境信息（含音視頻）實現電氣設備和變電站的安全監控與預警系統，在一個集中的平臺電能質量控制。監控自動化系統將利用先進的計算機技術、現代電子技術、通信技術和信息處理技術等實現對變電站二次設備，包括繼電保護、控制、監測 、信號、故降錄波、自動裝置及遠動功能進行重新組合、優化設計，對變電站全部設備的運行情況執行監視、控制和協調的一種綜合性的自動化系統[3]。通過變電站綜合自動化系統內各設備間相互交換信息，數據共享，完成變電站運行監視和控制任務。

2.2 形成功能一體化綜合預警平臺

監控系統功能將實現設備智能狀態監測、自檢測、自診斷，對變電站告警信息進行分類告警、信號過濾、基于邏輯推理的濃縮告警，提出事故及異常處理方案；采集開發故障診斷算法和系統研究，能夠進行數字化或綜合自動化變電站故障特征信息的診斷，分析電網一次設備數據庫上形成監控、安全監測和預警等形成功能一體化綜合預警平臺。

2.3 緊急運行狀態下實現自適應保護功能

調控中心與變電站協調配合，可動態改變繼電保護和穩定控制的策略和參數；實現站域保護及智能集成保護，全方位綜合利用全站信息提高保護性能；支持設備信息和運行維護策略與調度中心和集控中心實現全面互動，實現基于設備狀態的全壽命周期管理；具有向大用戶實時傳送電價、電量、電能質量及電網負荷信息的功能，實現智能電網各環節的協調運行[4]。

采用同步測量技術實現實時采集與處理變電站外用戶及線路帶時標信息；應用直觀圖形界面，在站控層和遠端實現可視化閉環控制和安全校驗。

2.4 調控中心輔助監控管理系統-視頻監控

視頻監控系統應能實現與SCADA系統、環境監控系統、消防、保衛等相關系統的互聯，并根據制定的規則進行自動化聯動。監視系統設備結構如圖1所示。

圖1 監控自動化系統設備結構圖Fig.1 Monitoring automation system equipment structure

通過綜合數據網直接采集變電站視頻監控信息，實現對變電站現場的視頻監視。當發生故障或設備報警時，運行監控人員可調閱站內相應視頻畫面，在線查看重點關注設備狀態，實時掌握設備現場情況。監視的內容包括：

①安全防盜：通過移動自動跟蹤并與安防報警設備（如紅外微波探頭、門禁傳感器等）配合聯動，可及時將報警信號和相應的視頻圖像傳給集控中心和安全保衛部門，使得公安保衛人員能夠及時做出相應處理。

②變電站內環境 ：與消防報警系統聯動，實現變電站站內關鍵部位（主控室、高壓室、電容器室、獨立通信室、電纜夾層等）防火圖像自動監視，滿足防火、防爆、防浸、防水、防泄漏、消防設施安全等監測需要[5]。為實現真正意義上的變電站無人值守奠定基礎。

③變電站設備巡檢、設備監視：監視變電站內隔離開關和接地刀閘的分合狀態；監視變壓器油位、風扇，斷路器壓力的運行情況；監視變電站內變壓器、電抗器、電容器、CT、PT和絕緣子等高壓設備的外觀運行狀態；監視變電站內其他充油設備、易燃設備的外觀狀態。

④設備操作遠方圖像監控：通過與SCADA系統的聯動，當進行刀閘設備操作時，視頻監控系統可以及時顯示操作對象的視頻圖像，集控中心操作人員和調度中心調度員能夠馬上看到操作結果，及時發現錯誤，從而減少或避免生產事故的發生。

3 目前監控系統存在問題

調控中心監控功能在原有監控自動化系統技術路線基礎上應實現技術突破。目前，綜合監控自動化系統經多年運行，已日臻成熟完善。但也存在的個中不足。下面就監控自動化系統多年運行中存在問題進行分析，以便今后調控中心加以避免。

3.1 電網系統故障時事故報文繁瑣

在電網系統故障時，監控系統后臺監控機給出的事故報文十分繁瑣，尤其監控中心的監控畫面，在系統發生事故后，每個畫面都含有大量繁瑣的事故報文滾動顯示，不利于運行人員分析事故性質。

當故障發生，眾多后臺信號同時顯示時。運行人員不能迅速找出其中重點，作出正確的分析判斷。例如發生事件時，監控系統告警事件窗體對話框內對同一事件多次重復告警滾動顯示，如圖2所示。

圖2 監控系統告警事件窗體對話框Fig.2 Monitoring system alarm event form diagram of the dialogue

建議廠家對事故后，重要報文與非重要報文用不同顏色加以區分，或對保護動作情況報文及開關動作變位報文加以區分，其他在事故發生中某些不重要的告警信息可以屏蔽。并建議改進監控數據庫，將后臺信號按重要等級、變電站名稱，劃分“保護出口，開關跳閘”、“I類缺陷，告警”、“II、III 類缺陷，告警”、“輔助電氣量位置變化，提示”4 類，并分類顯示。建議改進監控數據庫，形成類似于在告警設置窗口的事件類型窗體使用不同顏色加以區分的各種信息分類，將每條告警信息按照重要報文與非重要報文用不同顏色加以區分。例同告警設置窗口事件類型告警設置對話框如圖3所示。

圖3 事件類型告警設置對話框圖Fig.3 Event type alarm settings dialogue diagram

3.2 遙信狀態量錯誤

調度監控自動化系統事件信息的準確采集決定于信息源（電磁保護設備和微機保護及自動裝置）、RTU裝置的可靠工作，測控裝置和二次設備的良好匹配以及功能的不斷完善和擴展。

綜合自動化變電站遠程控制具有的功能為：1）對現場信息實時采集數據，包括模擬控制量，開關信息量等重要的遙信量。這些遙信量可以向控制調度中心反映當前變電站設備的實時運行狀態。2）控制調度中心根據收到的遙信量給變電站設備發出指令，可以控制和改變當前運行設備的狀態，因此，遠程控制調節是自動化電力系統有效安全運行的經濟方式。要實現變電站的自動化有效控制，遙信量是整個自動化系統中最關鍵的信息量。一旦遙信誤發或者漏發，調度員就不能正確地對斷路器進行遠程控制操作，電力系統自動化就不能正常運行，延誤了對電力網絡故障或者事故的判斷和處理。由此可見，遙信量的誤發和漏發概率越低越好，這樣才能保證電力自動化系統的正常運行，提高自動化變電站的抗干擾能力。

遙信狀態量來自監測對象的輔助接點，多為空接點。輔助接點與遠動裝置的距離較遠，現場干擾大，在干擾存在且遠距離傳輸時，遙信狀態量會出現誤碼。雖然為提高遙信信號的傳輸距離和抗干擾能力，遙信取樣回路都施加24 V、48 V、220 V直流電壓，但是還不足以克服產生的誤碼性能。建議解決方案：隔離。為了不使二次信號可能夾雜的干擾侵入到計算機系統，還需要采取信號隔離措施，常采用的兩種隔離方法：繼電器隔離，光電耦合隔離。

3.3 監控自動化系統設備安裝質量不高

目前，監控系統在運行過程中出現的問題大多數是由于設備安裝質量和產品質量問題引起的，主要存在著安裝人員操作不規范，沒有按要求進行安裝、調試，在運行過程中表現出了很大的誤差，使得系統在實際的使用過程中存在著誤發信號等。建議監控人員對綜合自動化變電站的設備巡視應包含“實設備”和“虛設備”的巡視。即巡視中不僅要巡視查看每個具體的裝置（包括通信設備、網絡設備、圖監控設備等），還要對監控后臺系統中的全部信號（光字牌或遙信表）、全部遙測量、通信工況、歷史報警信息、畫面刷新等進行定期巡視檢查，而且這種檢查往往更為重要。另外，主監視圖中的畫面可能只顯示主要的遙測信息，如不定期進行全面遙測量的巡視，也會帶來極其嚴重的問題。還有，保護事件等信息由于處理上的方法不同，不能做成直觀的光字牌等畫面顯示，只有依賴報警窗。如果短時間段內操作過多或發生事故，信號就會很多，而實時報警窗儲存的報警信號條數（容量）是有限的，滿容量后，系統會自動將最先發生的信號自動轉存到歷史報警庫中。因此必須檢查歷史報警庫中的報警信息，建議監控人員不定時同子站人員核對監控畫面數據與保護信息，以確證遠傳信息的正確性。

4 調控中心通訊系統功能及存在問題

調控中心與變電站間的通訊技術是調控中心的關鍵技術，在綜合自動化系統的安裝、調試和運行維護過程中，通訊問題解決得好壞，關系到系統運行的穩定性和可靠性。

4.1 遠動通訊工作站功能

遠動通訊工作站的功能要保證與子站智能設備通訊搜集實時信息；根據需要對信號進行合成處理；按給定的通訊規約與調度通訊。

4.2 通信系統的任務

通信包括兩個方面的內容:一是子站內部各部分之間的信息傳遞，如保護動作信 號傳遞給中央信號系統報警；二是子站與操作控制中心的信息傳遞，即遠動通信。向控制中心傳遞變電站的實時信息，如電壓、電流、功率的數值大小，斷路器位置狀態、事件記錄等；接收控制中心發出的斷路器操作控制命令以及查詢和其他操作控制命令[6]。調度系統/保護主站與變電站各設備之間通訊交換信息關系，系統結構如圖4所示。

圖4 調度系統/保護主站與變電站各設備之間網絡交換圖Fig.4 Scheduling system/protection stood and substation equipment network exchange between figure

4.3 現場級通信主要解決以下問題

主要解決自動化系統內部各子系統與上位機 （監控主機）和各子系統間的數據通信和信息交換問題，它們的通信范圍是變電站內部。對于集中組屏的綜合自動化系統來說，實際是在主控制室內部；對于分散安裝的自動化系統來說，其通信范圍擴大至主控室與子系統的安裝地 （如開關柜），使通信距離加長了。現場級的通信方式有并行通信、串行通信、局域網絡和現場總線等多種方式[7]。

大集控模式下變電站與上級調度通信主要解決以下問題。大集控模式變電站必須兼有RTU的全部功能，應該能夠將所采集的模擬量和開關狀態信息以及事件順序記錄等遠傳至調度端；同時應該能接收調度端下達的各種操作、控制、修改定值等命令。即完成新型RTU等全部四搖功能[8]。規約必須符合部頒的規定。

5 結 論

文中針對傳統的監控中心在設備運行集中監控、輸變電設備狀態在線監測與操作功能方面不能夠滿足現代電網提高駕馭大電網的調控能力和調控一體化出發，從調控中心監控自動化系統結構、功能及通訊工作原理展開，分析調控中心設備在運行監控與通訊功能中存在的電網系統故障監控系統后臺機事故報文繁瑣，遙信狀態量錯誤及監控自動化系統設備安裝質量不高等存在不足，提出建議進而加以完善。提出調控中心在設計過程中采用新標準新規范應與時俱進。更好地開展變電設備運行集中監控、輸變電設備狀態在線監測與業務分析，實現調控一體化，提高駕馭大電網的調控能力和優化配置資源能力。

[1]羅成.110 kV綜合自動化變電站改造相關問題之探討[J].廣東科技， 2009，9（221）:244-245.LUO Cheng.110 kV Substation Integrated automation problems related to the transformation of the discussion[J].Guangdong Science and Technology，2009，9（221）:244-245.

[2]劉云龍.淺談綜合自動化變電站的安全運行管理[J].民營科技，2010（12）:227.LIU Yun-long.On the safety operation of the transformer substation integrated automation management. Private Science and Technology，2010（12） :227

[3]陳澤劍.淺析加強綜合自動化變電站的有效管理[J].技術與市場，2012，19（2）:98-99.CHEN Ze-jian.According to the strengthening the effective management of the transformer substation integrated automation[J].Technology and The Market Technol，2012（2）：98-99.

[4]田海水.運行人員如何適應綜合自動化變電站的發展要求[J].電力與能源，2009（31）:1113-1114.TIAN Hai-sui.Operation personnel how to adapt to the requirements of the development of substation integrated automation[J].Power and Energy，2009（31）：1113-1114.

[5]王鴻濱.光纖通信基礎[Z].深圳:華為公司，1998.

[6]丁書文，黃訓誠，胡啟宙.變電站綜合自動化原理及應用[M].北京:中國電力出版社，2003.

[7]沈金官.電網監控技術[M].北京:中國電力出版社，1997.

[8]畢勝春.電力系統遠動及調度自動化[M].北京:中國電社，2000.