網絡控制系統在電廠中的實際應用

摘要：網絡控制系統（Networked Control System，簡稱為NCS），即網絡化控制系統，是控制技術、計算機技術、網絡通訊技術發展結合的必然產物，與傳統點對點系統相比，表現出更大的優越性。現代電力工業系統中各個控制單元之間的通信結構從點對點轉變為使用總線結構，NCS系統就是通過總線結構的網絡形態通過建立動態數據庫，實現操作邏輯數據化，在線防誤，來實現對變電站全操作過程的智能化管理，同時上送省調信息表，以達到變電站安全穩定運行的實踐。

關鍵詞：變電站操作；智能化；上送信息表；管理

作者簡介：李濤（1985-），男，滿族，遼寧興城人，華電烏魯木齊熱電廠，助理工程師；蘇春磊（1988-），男，新疆烏魯木齊人，華電烏魯木齊熱電廠。（新疆烏魯木齊830065）

中圖分類號：TM621#8195;#8195;#8195;#8195;#8195;文獻標識碼：A#8195;#8195;#8195;#8195;#8195;文章編號：1007-0079（2012）06-0140-02

一、電廠變電站運行與操作過程智能化管理的背景

目前，網絡技術已成為變電站自動化發展的關鍵技術，它把分散的各種智能設備組成一體化的網絡系統，進而構成功能完備、高可靠、高效率的自動化系統，使得系統的增容、升級和維護更為方便，整體處理功能大大增強。

以華電烏魯木齊熱電廠為例，本電廠變電站于2009年建成，分為220kV部分和110kV部分，通過兩臺聯絡變壓器聯接。220kV部分為雙母帶母聯結構兩條主變進線，兩條220kV出線；110kV部分為雙母帶母聯結構兩條110kV出線，110kV起備變至電廠6kV備用進線。

實現全部NCS系統控制，本廠使用的是金智科技iPACS-5000變電站自動化系統，由iPACS-5000系列分布式測控裝置、自動裝置、通訊網絡設備和后臺監控系統構成。該系統采用分層分布式結構，遵循自上而下的系統設計思想，基于最新的計算機技術，硬件技術及以太網通訊技術等，并結合新的變電站體系結構。優化變電站設備的配置，提高變電站信息的安全性、完整性、實時性以及信息配置的靈活性，將通過操作票的人工操作由計算機智能化實現，通過程序化來控制，減少了不必要的人為工作，提高了變電站的運行效率、并降低可能的失誤概率。利用間隔層智能設備與程序化操作服務器共同實現程序化操作。

二、總體網絡結構組成（圖1）

1.烏魯木齊熱電廠NCS系統從整體上分為站控層、網絡層、間隔層

站控層采用分布式系統結構，選用SUN服務器，UNIX系統操作界面，一個五防模擬操作站，兩個操作員站，一個工程師站。靈活性好，可靠性高，且方便系統擴展。站控層為變電值班人員、調度運行人員提供變電站監視、控制和管理功能，界面友好，易于使用。

網絡層為雙網結構，100M高速工業級以太網，雙網采用以不同的網段并列運行，有效地保證了網絡傳輸的實時性和可靠性；通信協議采用電力行業標準規約，實現不同廠家的設備互連；選用光纖組網，增強通信抗電磁干擾能力；利用GPS，采用RS485差分總線構成IRIG-B碼和秒脈沖相結合的硬件對時網絡，減少了GPS與設備之間的連線，方便可靠，對時準確。

間隔層主要由保護裝置、測控裝置等組成。

2.NCS系統通信方式

站控層網絡與間隔層網絡采用雙以太網，選用不同的網段，相同的地址，即雙網并行的工作方式，網絡拓撲采用全交換星型網狀拓撲，距離超過100米采用光纖通信，站控層網絡與間隔層網絡通過設置不同的主機位來連接。實現失去任一單網都能可靠運行，同時通過設置不同的主機位使站控層與間隔層隔離，大大提高網絡控制的可靠性。

烏魯木齊熱電廠NCS系統通過一套獨立的iPACS5792通信裝置與熱工分散控制系統（DCS）和廠級實時監控信息系統（SIS）通訊。

與各級調度通信，通過一套雙機熱備用工作方式的iPACS5791通信裝置使用IEC104調度規約采用TCP/IP網絡通訊方式發送遙測遙信報文到新疆電力省調和西北網調，同時與新疆省調之間還有一路四線模擬通道作為備用（采用主動上送的CDT規約），保證了數據的可靠性。與烏魯木齊市調通訊也采用一路四線模擬通道通過CDT規約上傳所要求上傳量。實現了與各級調度通信可靠性、實時性強的特點。

3.NCS系統的四遙功能

NCS系統通過設在間隔層的各個測控裝置進行實時信息的采集和處理。四遙功能包括：遙測、遙信、遙控、遙調。實時信息包括模擬量、開關量（狀態量）、脈沖量等信號。模擬量包括電流、電壓、有功功率、無功功率、頻率、功率因數和溫度等。其中，除溫度需要通過變送器輸入外，其余的均采用直接交流采樣方式。開關量（狀態量）包括斷路器、隔離開關以及接地開關的位置信號，繼電保護和自動裝置的動作，告警信號，運行監視信號，變壓器有載調壓分接頭的位置信號。開關量（狀態量）的輸入為無源干接點輸入。開關量（狀態量）的采集處理包括定時采集，設備異常報警，事件順序記錄。開關事故跳閘到指定次數或者開關拉閘到指定次數時發出報警信息并提示用戶檢修。當某一設備為掛牌操作時與該設備相關聯的狀態量（開關量）報警和遙控操作將被閉鎖。

監控系統對實時數據的采集按電氣設備間隔單元（線路、母線、母聯、分段、主變、無功設備等）劃分，每個測控單元為1個相對獨立的智能小系統，對所采集的輸入量進行數據濾波、有效性檢查、實際工程值轉換、故障判斷、信號接點消抖動等處理。

（1）遙測功能（模擬量的采集處理）。按掃描周期定時采集遠程測量數據，包括Ua、Ub、Uc、Ux、Uab、Ubc、Uca、U0、Ia、Ib、Ic、I0、F、Fx、P、Q、S、COSф、Vxm、DifV、DifHz、Uzx、Ufx、Ulx共24個模擬量。通過積分計算得出有功電度、無功電度，所有這些量都在當地實時計算，實時累加。電流、相電壓精度達到0.2級，頻率精度≤±0.01Hz，其余精度達到0.5級。并進行相應轉換、濾波、精度檢驗及數據庫更新等，變壓器溫度通過變送器輸入采4-20mA量，轉換為溫度值。后臺服務器按設置的限值對模擬量進行死區判別和越限報警，其報警信息包括報警條文、參數值及報警時間等。對要求追憶的模擬量，能追憶記錄事故前后的采集數據，并制成所需要的報表形式。

（2）遙信功能（狀態量的采集處理）。遠程信號，采集并傳送各種保護和開關量信息。開關量（狀態量）的輸入為無源干接點輸入，當被監測的設備狀態發生變化時，出現設備變位檢測功能，操作錯誤時有相應的提示。包括斷路器、隔離開關以及接地開關的位置信號，繼電保護和自動裝置的動作，告警信號，運行監視信號，有載調壓變壓器分接頭的位置信號等。每個間隔單元有84路自定義遙信開入，后臺服務器有遙信事件順序記錄（SOE），遙信分辨率小于2ms。

（3）遙控功能。即在遠方集控室下發操作命令實現分合斷路器、分合隔離開關功能，并且該操作應遵守調度自動化系統對遙控的各項要求（即：五防功能及同期功能），由計算機監控系統判斷、選擇執行。

（4）遙調功能。遠程調節，接受并執行遙調命令，對遠程的設備進行遠程調試，如調節發電機輸出功率、變壓器有載調壓等。

4.NCS系統模擬操作功能。

通過NCS系統的五防操作站可進行對斷路器，刀閘的模擬控制，操作控制符合五防功能要求才可以解五防鎖，進行實際控制，這樣操作正確率達到100%。

三、控制操作、同期檢測和防誤閉鎖

NCS系統可以實現對變電站的斷路器、電動隔離開關、變壓器有載調壓設備的控制。控制方式分為3級，即在就地間隔層、站控間隔層、遠方集控室（或者調度端實現）實現控制。通過就地斷路器或電動隔離開關的就地/遠方轉換開關和站控間隔層測控裝置的就地/遠方轉換開關實現同一時間只允許1種控制方式有效。對任何操作方式，只有保證在上一次操作步驟完成后，才能進行下一步操作。

1.控制操作功能

（1）就地間隔層控制，在就地間隔層轉換開關就地位置時，可在就地對斷路器或隔離開關通過人工按鍵實現對斷路器或隔離開關的一對一操作，操作過程遙信采集過程由后臺服務器進行顯示記錄。

（2）站控間隔層控制，在就地間隔層轉換開關遠方位置時，站控間隔層該測控裝置轉換開關就地位置，根據操作需要在站控間隔層該測控裝置處通過具有防誤操作閉鎖功能進行對斷路器的控制，可以實現檢無壓、檢同期、不檢三種控制方式。

（3）遠方集控室（或者調度端實現）控制，就地間隔層轉換開關遠方位置時，站控間隔層該測控裝置轉換開關遠方位置，后臺服務器監控系統在保證操作安全、可靠的前提下，可按規定的程序在集控室操作員站上（或者調度端實現）對斷路器和電動隔離開關進行分合控制，也可以實現1個任務對多個設備遵守五防功能及同期合斷路器的條件下進行順序控制操作。

2.同期檢測功能

NCS系統具有同步功能，同期電壓輸入分別來自斷路器兩側PT 的單相電壓。檢同期合閘具有頻差閉鎖，壓差閉鎖，頻差加速度閉鎖功能限制。當斷路器兩側有電壓，測控裝置采集測量母線和線路的相角差，同時根據頻差，頻差加速度以及開關動作時間算出斷路器在合閘瞬間的相角差，確保斷路器在合閘瞬間的相角差滿足整定值。其計算公式如下：

在導前角滿足該公式時發合閘脈沖，即可滿足整定值要求，才允許合閘。同期合閘的判斷在間隔層測控裝置上進行，同期合閘成功與失敗均有信息輸出。同期檢測按實際要求配置于測控裝置中。

當斷路器兩側均無壓或一側無壓時，斷路器檢無壓進行合閘。

3.防誤閉鎖功能

采用單獨的操作站五防根據電氣五防原理（①防止帶負荷分、合隔離開關；②防止誤分、誤合斷路器；③防止接地開關處于閉合位置時關合斷路器、負荷開關；④防止在帶電時誤合接地開關；⑤防止誤入帶電間隔）制作的組態軟件用于實現變電站操作功能。組態軟件采用畫流程圖的形式，同時配以文本語言以供分析。進行模擬操作正確后上傳給NCS系統。NCS操作員站解鎖后既可進行斷路器和隔離開關的操作，對接地刀閘的操作通過就地五防解鎖進行就地操作。系統與微機五防系統實現同網絡不同IP進行無縫連接，共享各自采集的信息，實現防誤閉鎖功能。

四、數據庫功能

NCS系統中服務器分操作員站和工程師站，數據庫同時分布于操作員站和工程師站中，對變電站的測控使用操作員站，更改數據庫配置必須開啟工程師站數據庫以保存在系統數據庫中。系統數據庫建有實時數據庫和歷史數據庫。實時數據庫的刷新周期及數據精度可滿足規程要求；歷史數據庫為通用數據庫，記錄周期可滿足監控系統要求。數據庫采用通用數據庫，以便于擴充和維護，并可在線修改或者離線生成數據庫，并且保存、發布該數據庫，生成同時可方便地實現交互式查詢和調用，響應時間滿足規程要求。數據庫維護包括系統配置、權限配置、數據庫組態、畫面編輯、報表編輯、設備態定義等。數據庫維護主要完成四個方面的工作：（1）變電站廠站信息的配置；（2）間隔設備組和一次設備信息的配置；（3）測控裝置的遙信、遙測、遙控、遙調信息的配置；（4）系統及操作員站信息和功能的配置。

五、結束語

隨著工業以太網的發展，變電站網絡微機監控系統（NCS）開始實現于現代發電企業，通過NCS系統的使用實現無人化變電站，大大降低了電氣運行人員配置，同時保障了運行人員的操作安全性和操作的準確性，降低了發電企業運行成本。NCS系統主要是由網絡電子間的間隔設備和網控的站控設備組成的2層網絡結構，實現對變電站站設備的遙測、遙信、遙控、遙調這四遙功能，它的后臺服務器功能非常強大，是現代發電廠變電站自動化的重要組成部分，兼顧與調度的通訊功能。隨著科技的發展，NCS系統的功能會逐步增強，已實現變電站由數字化到智能化的轉變。

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（責任編輯：劉麗娜）