淺探變電站的程序化操作實施

目前，變電站自動化系統經過多年發展已達到較高的技術水平，但變電站的電氣操作仍采用現場常規操作或單一監控軟件控制操作，且操作過程中需運行人員現場檢查設備狀況。這耗費了大量的人力和時間，使得無人值班變電站的優勢難以發揮。另一方面，隨著變電站操作密度的增加，倒閘操作過程中人工干預程度太高，從一定程度講也提高了誤操作的可能，給電網的安全運行帶來隱患。因此，從提高電氣操作的安全可靠性和工作效率上，需由計算機軟件代替人來自動檢查并完成多個電氣操作，并且隨著變電站電力設備的智能化發展，具備了實施程序化操作的條件，程序化操作逐漸成為無人值班變電站發展的趨勢。

1.程序化操作含義

變電站程序化操作是指變電站內智能設備根據變電站操作票的執行順序和執行結果校核要求，由站內智能設備替代操作人員，自動完成操作票的執行過程。實際操作時只需要變電站內運行人員或調度運行人員根據操作要求選擇一條程序化操作命令，一鍵操作，由智能電子設備按照預先設定好的操作票，一次性完成檢修、冷備用、熱備用、運行等狀態之間的轉換、多個步驟的控制操作，并包含有先后操作順序的操作步驟，每步驟包括操作前判斷邏輯（防誤邏輯）、操作內容、操作后確認條件（確認操作是否成功）。

2.程序化操作多方案的比較

實現變電站程序化操作具有三種方案：

（1）第一種方案是通過調度主站或者后臺機實現程序化操作。假設通過后臺機實現程序化操作，

程序化操作就不能在調度遠方實現；相反，通過調度主站實現程序化操作控制，則當地程序化操作功能不能實現；假設，調度主站與當地后臺機同時都實現了程序化操作功能，會帶來兩種后果：①程序化操作使系統變得更加復雜；②為確保在調度主站與當地后臺機同時都實現了程序化操作必須一一對應所帶來的驗證工作量非常大，并且只要操作票需要修改的時候，系統兩邊都要修改，給變電站運行維護增加了不少麻煩。

（2）第二種方案是集中式方案，是通過把程序化操作功能集中在某一臺站控層設備實現，而一般把實現該功能的站控層設備稱之為程序化操作服務器。一般情況下，程序化操作服務器設置在站控層，在程序化操作服務器中儲存變電站所有的操作票，在當地運行人員選取合適的操作票后，根據操作順序，程序化操作依次向間隔層設備下達控制指令，以此來實現操作票程序化操作的目標，主站側的運行人員下達的操作命令通過遠動機轉發到程序化服務器后也可實現程序化操作。

集中式的優點是對變電站已有的運行管理模式影響小，缺點主要如下：

A.所有程序化操作功能集中控制，實現程序化操作功能的站控層設備故障后無法進行程序化操作；

B.單純由后臺或遠動實現的程序化操作功能，遠動與后臺存在非常規接口，違背站控層功能分層分布的原則，對系統結構改動較大。

C.由于所有操作票均存儲在程序化操作服務器中，當變電站擴建后，間隔增加，操作票需要增加內容，此時運行間隔無法停電或停電時間短，造成操作票驗證不完整，為安全運行帶來隱患。

（3）第三種方案是通過間隔層設備與站控層程序化操作服務器共同實現程序化操作。意思是在間隔層測控裝置中存儲本間隔操作的所有操作票，其中間隔裝置負責實現所有間隔內的程序化操作，而程序化服務器則負責實現在程序化操作中涉及到的跨間隔部分的操作。通過這種方案解決了變電站在擴建時驗證的困難，因為間隔內的所有操作票都經過驗證的，在變電站擴建時不需要驗證其正確性，只需要驗證新、舊間隔操作票組合的正確性；并且，一般情況下，間隔層設備的可靠性要比站控層設備的可靠性高，因此，把程序化操作主體設置在間隔層設備中，在很大的程度上增強了程序化操作的可靠性和提高程序化操作的成功率。

3.110kV南山站程序化操作設計方案介紹

110kV南山變電站選擇間隔層設備和程序化操作服務器共同實現的方案，在間隔層設備中儲存涉及到間隔內操作的操作票，其中間隔裝置負責實現間隔內的程序化操作，而程序化服務器則負責實現在程序化操作中涉及到的跨間隔部分的操作。

3.1 程序化操作系統結構及功能

如下圖所示，變電站自動化系統分為兩層（站控層/間隔層），程序化操作功能集成至該系統中。

本方案以間隔層裝置分布式方案為核心，結合集中式方案解決跨裝置程序化操作需求，支持當地監控和遠動機實現程序化操作的集中式方案。該方案集合了分布式和集中式的特點和優勢，功能如下：

（1）對于間隔裝置之間控制信息的傳輸，由間隔裝置之間直接通訊完成，如使用IEC61850面向對象的變電站事件（GOOSE）通信；

（2）跨裝置程序化操作由后臺或遠動與測控裝置配合實現，實現方式靈活。方案充分考慮了程序化操作的可靠性，站控層程序化操作功能由后臺和遠動分布實現，后臺或遠動發生故障不影響正常一方的程序化操作：

A.站內操作時，程序化操作與遠動機無關。可由后臺與間隔裝置配合實現，也可由后臺獨立實現，即后臺發出并執行所有單步操作；

B.主站操作時，程序化操作與后臺無關。可由遠動與間隔裝置配合實現，也可由遠動機獨立實現，即遠動發出并執行所有單步操作。

（3）能夠實現母線、主變等一次設備狀態切換的一鍵操作。執行時自動識別母線、主變相關間隔的當前狀態，在進行狀態切換時只操作需要操作的間隔，實現真正的“一鍵操作”；

（4）組態功能強大。設備態、執行條件和確認條件可靈活自定義，支持對跨裝置遙測的判斷。操作票的配置充分考慮到程序化操作過程中可能出現的異常情況，可靈活設置延時、出錯處理條件和出錯處理方式；

（5）在執行操作票前，具備操作票預演仿真功能，可有效避免誤操作；

（6）操作前執行條件與間隔裝置防誤邏輯一致，執行后確認條件可判斷多個遙測遙信條件，可充分保證程序化操作的安全性；

（7）增加提示性操作，實現某些特殊情況下出現的暫停或確認要求；

（8）提供定值區的自動確認檢查、定值的自動調取查看功能，提高程序化操作的自動化程度，不需人為確認和操作。

3.2 程序化操作流程

變電站側運行人員在操作員站用戶系統發出的程序化操作命令、主站側的運行人員發出的操作命令均是通過遠動機轉發到程序化服務器后也可實現程序化操作。具體流程如下：

3.3 實施程序化操作與間隔層聯鎖的關系

程序化操作的執行是和運行操作票一一對應的，也就是說操作票中的一項對應于程序化操作的一步操作，包括操作前的檢查、操作項和操作后的確認檢查。在通常情況下，程序化操作過程中的操作條件檢驗跟間隔層的閉鎖邏輯是保持一致性的，然而有時候閉鎖邏輯也許會增添若干個有關聯性的條件，其考慮的因素要比程序化操作條件檢驗多一些。間隔層的程序化操作功能與間隔層的聯鎖功能在實現時是相互獨立的，它們之間通過獨立的模塊來實現，只是在操作實施時，程序化操作的條件判定與間隔層聯鎖的閉鎖邏輯共同作用于控制輸出口，意思就是說程序化操作操作條件滿足要求并且間隔層閉鎖邏輯許可操作的情況下，才可以真正執行程序化操作中的某一步驟，不然該步驟會被閉鎖，若操作到某一步驟時，假設程序化操作條件處于允許狀態，可是聯鎖邏輯處于閉鎖狀態，間隔層設備會出現閉鎖操作狀態而且會向操作員發出操作失敗的原因，提示操作員要注意目前的操作步驟是否正確。

3.4 對防止誤操作采取的措施

防止誤操作是程序化操作實現必須關注的問題，因此采取切實有效的防誤措施是實施程序化操作的關鍵。

在間隔層設備上，一方面需要增強操作流程中的操作前條件的檢驗與操作后的設備狀態檢驗的措施，并且同時通過相互獨立的間隔層聯鎖邏輯作為輔助措施來進行防誤操作驗證；另一方面，需考慮一次設備輔助接點不可靠，造成一次設備實際位置與輔助接點反應的位置不對應所帶來的安全隱患，需采用雙位置信號加強其判斷的可靠性。

在后臺系統方面，必須確保后臺機上發出的程序化操作命令與實際條件相符合。因此，在后臺采用程序化操作的時候，第一步是對電氣設備的當前運行狀態進行判定，不是從電氣設備的當前運行狀態開始的操作在操作系統中會被屏蔽掉，確保了電氣設備的程序化操作只可以由當前的運行狀態向目標狀態的進行。

在調度主站方面，通過檢驗變電站接收到來源于主站發出的程序化操作命令，確保從當前狀態開始的程序化操作才可以被正確執行，當監控中心向變電站監控系統主機發出遙控選擇命令的時候，站內監控系統首先檢驗是否滿足操作條件，當滿足操作條件的時候，監控中心會接收到遙控返校的信息，對于不滿足條件的遙控命令則會發出選擇錯誤的信息，由此確保了遙控操作包含了程序化操作命令執行的正確性和安全性。

3.5 程序化操作實施相關通信問題

在變電站實施程序化操作，涉及到自動化設備、保護設備之間的互操作，因此變電站自動化系統必須是一個開放系統。由IEC制定的關于變電站自動化系統和通信網絡的國際標準——IEC 61850標準，與以往使用的協議存在差異的地方是標準的對象模型及信息的自描述，這些模型定義了公共數據格式、標識符、行為和控制，真正意義上實現了變電站綜合自動化設備的互操作。在變電站綜合自動化系統增添IEC61850標準體系作為通信體系規范，并且將程序化操作在此基礎上實施，極大地提高系統的性能和增強系統的可靠性及安全性。

4.工程實施建議

（1）程序化操作的首要條件是變電站一次電氣設備可控，建議實施程序化操作的變電站一次電氣設備都可以電動操作，對于變電站一次電氣設備正確率不高的設備間隔不實施程序化操作；

（2）程序化操作要求一次設備可靠，一次設備必須接入雙位置；

（3）變電站相關保護設備應該具備軟壓板與定值區切換功能，并且軟壓板宜采用遙控方式，由此實現程序化操作方式的統一，從而更好地實現程序化操作；

（4）設備電源在程序化操作中若有投入或者退出的要求，應該設置專用控制設備對相關設備電源進行控制，并且該設備應具備電源位置接點，并可以被遙控控制；

（5）變電站實施程序化操作，對臨時接地線的管理非常重要，臨時接地線的狀態應由專用設備采集。

5.結束語

隨著電力設備的蓬勃發展和電力系統綜合自動化逐步走向數字化、智能化和標準化，程序化操作也將在變電站得到越來越廣泛的應用。開展程序化操作運行管理模式的推廣應用，還需不斷總結和完善程序化操作的相關要求，完善程序化操作變電站的運行規程和管理制度。

參考文獻

[1]長園深瑞程序化操作方案介紹.

[2]南瑞繼保RCS-9700綜合自動化61850系統程序化變電站說明.

[3]楊亮，蘇志剛，張新強.程序化控制在變電站中的實現方案[J].機電信息，2010年06期.

作者簡介： 區廣順（1986—），男，廣東江門人，大學本科，電氣助理工程師，主要從事電力工程監理工作。