淺談特高壓變電站監控系統的優化布局及運維策略

國網山東省電力公司檢修公司 于倩 王繼偉

淺談特高壓變電站監控系統的優化布局及運維策略

國網山東省電力公司檢修公司 于倩 王繼偉

近年來，1000 kV特高壓交流電網進入快速發展期，大批特高壓變電站陸續投產。文中以目前主流的特高壓變電站監控系統設計方案為例，對特高壓變電站監控系統的整體架構進行了研究，重點分析了特高壓變電站監控系統運行維護策略，為日后新建特高壓變電站監控系統設計及運行維護提供重要參考依據。

特高壓 監控系統 運行維護

隨著我國電力工業的發展，特高壓輸電技術應用日益廣泛。在“十三五”規劃中，特高壓工程規劃分三批建設，將主要的負荷中心和能源輸出地連接起來，優化全國的能源配置格局。伴隨著特高壓交流工程的廣泛建設，對應用于特高壓變電站監控系統的探索研究將更加重要和迫切。

本文結合近年來新投特高壓變電站監控系統，對用于特高壓監控系統的整體架構進行了研究，仔細分析了特高壓變電站監控系統的主要設備類型及功能，并對特高壓變電站監控系統的特點進行了介紹和總結，對監控系統維護工作進行了相應的探討。

1 系統構成概述

與500 kV變電站相比，1000 kV特高壓變電站具有電壓等級高、監測控制點多、數據信息流量大、站內電磁環境復雜等基本特征。因此，建設一個安全先進的變電站監控系統，對于保障變電站主設備及系統安全穩定運行具有重大意義。

目前，特高壓變電站監控系統采用分散式計算機監控系統，為分層分布式、開放式網絡結構，站控層各計算機均直接接入站級主干網, 采用跨平臺操作系統, 以獲得高速通訊、資源共享和界面友好的效果，采用IEC61850規約，打造統一的平臺模型，滿足變電站內各裝置的通信需求。站控層和間隔層均按雙以太網配置，以光纖互聯，站控層采用千兆網，間隔層采用百兆網，提供更寬的帶寬、更好的網絡可靠性以及更快的應用響應時間，從而保證變電站正常運行和事故時的可靠告警。

站控層負責整個系統的集中監控，設備布置在主控室或計算機室，包括操作員工作站、監控主機、數據服務器、綜合應用服務器、圖形網關機和Ⅰ、Ⅱ區及Ⅲ/Ⅳ區數據通信網關機、工程師工作站、會議終端、公用接口設備以及網絡設備等。間隔層負責各間隔就地監控，間隔層設備布置在各相應保護小室，主要由保護裝置、測控單元和網絡交換機等設備組成。

按照“安全分區、網絡專用、橫向隔離、縱向認證”的思路，將電力網絡劃分為一區、二區、三區和四區，其中一區為生產實時控制大區、二區為生產非實時控制大區、三區為生產管理區、四區為管理信息區。站內兩臺監控系統專用防火墻分別安裝于站控層網絡設備屏A/B內，正反向隔離裝置安裝在Ⅲ/Ⅳ區數據通信網關機屏內。

為保證監控系統的可靠性，關鍵設備均采用雙重化冗余配置。一是雙機配置，監控主機、操作員工作站主機、圖形網關機和Ⅰ區數據通信網關機等設備均雙重化，提高了整個系統的可靠性；二是雙網配置，站控層、間隔層均配置A、B網，確保網絡信通狀態良好；三是雙遠動配置，配備雙機雙通道切換裝置，實現與各級調度中心的電力調度數據網通信，保證調度數據網通道暢通；四是雙GPS 時鐘系統配置，自動切換, 保證監控系統的同步對時精度和對時接口要求；五是雙UPS電源配置，站控層監控系統各屏柜均已引雙路UPS，確保監控系統安全穩定運行。

2 特高壓變電站監控系統特點

2.1 應用一體化五防系統

特高壓變電站采用一體化五防，一方面節約成本，減少了硬件上的開支，不需要監控主機與防誤主機間額外的通信連接，節約電纜和網絡設備；另一方面提高可靠性，一體化五防系統可直接訪問實時數據庫，從數據庫中讀取所需設備的實際狀態，用于五防閉鎖邏輯運算，一旦發現錯誤可立即閉鎖相關操作，能夠快速、可靠回傳操作的執行情況，不受外部電磁干擾。而且一體化五防的配置維護相對簡單，無需為防誤主機單獨配置圖形界面，對運檢人員來說，通過集中管理，有利于操作執行狀態的監控，提高工作效率，也減少了圖形維護的工作量。

2.2 呈現多種在線監測數據

特高壓設備電壓等級高、現場運行環境復雜，其絕緣部分缺陷及劣化將會對電網的安全運行產生不可估量的影響。為此，特高壓變電站主設備加裝了相對完備的在線監測系統，有助于提前發現危害設備運行的潛伏性故障，并為今后實現狀態檢修提供了必要的技術支持。

特高壓變電站在線監測系統主要有以下幾種：1000 kV GIS局放在線監測系統；1000 kV、500 kV GIS SF6密度在線監測系統、1000 kV主變油色譜及鐵芯/夾件在線監測系統；1000 kV高抗油色譜在線監測系統。各種在線監測系統自行組網后采用IEC61850規約上傳至監控系統綜合應用服務器，不單獨配置在線監測系統后臺，并通過Ⅱ區網關機采用104規約送地方省調，同時通過Ⅲ/Ⅳ區網關機采用I2規約傳本地電科院。后臺對數據的遙測越限告警進行判斷，并能生成歷史曲線圖和報表進行對比、分析，有利于運檢人員監視設備運行狀態，及時發現設備缺陷，避免發生設備事故，減少非計劃停電次數，對保證變電站安全、可靠運行起著重要的作用。

2.3 監控信息和保護信息共網傳輸，故障錄波單獨組網

特高壓變電站監控信息和保護信息實行共網傳輸，各保護裝置通過雙網口直接接入監控系統在各保護小室配置的MMS A/B網交換機，各繼電器小室不再單獨設置子站采集屏，從而更好地保證了保護信息上送的實時性和可靠性。保護及故障錄波子站接在站控層MMS雙網上，各保護裝置的保護信息通過監控及保護的MMS雙網接入保信子站通訊及數據服務器，并上傳調度。此外，在監控后臺還可對保護裝置進行復歸、告警查詢、召喚定值、查看模擬量、狀態量、故障錄波、投退軟壓板等操作，有利于運檢人員對保護裝置的日常維護、監視，及事故時對保護動作情況的查看。

特高壓變電站故障錄波單獨組網，各保護小室故障錄波屏通過3個光口，一路采用IEC61850通信規約通過光纜接入計算機室保護信息管理子站，并上傳調度；另兩路采用IEC61850通信規約通過光纜直接接入國家電力調度數據網和網調分中心。故障錄波單獨組網可避免在電力系統發生故障、保護跳閘的情況下, 網上數據流量突增可能導致的數據丟失, 保證信息實時性和完整性。

2.4 增設智能排水系統及變電站室內外照明控制系統

為防止汛情發生，部分特高壓變電站會增設智能排水系統，可在監控后臺實時監測水池水位，越限報警，當超過定值時，自動開啟水泵排水，水位下降后自動停止。運檢人員還可通過監控后臺遠程起停水泵，杜絕水患威脅。

為使照明控制更加靈活和人性化，配置屋內外照明控制系統，可在監控后臺對各保護室及設備區照明進行控制，滿足運維工作的多種要求。

2.5 建立一體化電源監控平臺

配置1套一體化電源監控系統，該系統將站內交流電源系統、直流電源系統、逆變電源系統、通信電源系統統一設計，通過數字一體化監控平臺將站用電源各子系統通信網絡化，實現站用電源信息共享、控制一體化。各功能監測模塊運行工況和信息數據通過一體化電源監控單元展示并通過IEC61850規約接入計算機監控系統綜合應用服務器，實時監測各裝置進線回路和母線的電壓、電流、斷路器運行狀態以及直流母線和各饋電支路的絕緣狀況，實現監控后臺對整個電站電源的交流、直流系統、逆變電源系統、通信系統進行監控和分析，提高系統網絡化、智能化程度，確保供電安全。

3 對特高壓變電站監控系統維護工作的幾點看法

監控系統對保障變電站的安全、穩定運行具有十分重要的意義。目前，特高壓變電站仍處于發展階段，在新電氣設備、新技術手段、新管理理念等大力推廣應用的形勢下，對特高壓變電站監控系統提出了更高的要求，這就需要做好監控系統運行維護工作。

3.1 加強監控系統巡檢工作

結合變電站例行巡視、全面巡視和專項巡視工作，及時發現設備告警、裝置異常等情況，建立設備預警、診斷分析機制，找出監控系統可能存在的運行隱患，及時處理異常，從根本上杜絕事故產生。

3.2 關注設備運行環境

對監控系統設備的運行環境進行合理調整，保證設備運行不受電磁、溫度、濕度、振動、灰塵等因素的影響，各設備風扇運行無異常，主機散熱良好，定期清理過濾網，確保CPU正常運行。

3.3 建立現場、后臺數據對比機制

結合設備定檢、巡檢等工作，對后臺數據及設備實際情況進行分析對比，確保測控、在線監測等裝置數據上送正確，遙測符合精度要求。

3.4 逐步完善監控系統功能

根據變電站實際運行情況，對監控系統進行升級改造。充分利用特高壓變電站年檢機會，解決監控系統軟件信號誤報、系統軟硬件老化、網絡通信設備阻塞等問題，提高設備運行可靠性。并適度增加監控目標數量和系統覆蓋規模，完善在線監測項目，提升變電站智能化運維水平。此外，還應根據變電站擴建工程，及時完善后臺數據，做好系統軟件維護工作，對軟件異地備份，避免數據庫發生問題。

4 結語

隨著特高壓網架不斷壯大，技術快速升級發展，特高壓變電站監控手段及功能要求也將出現新課題、新變化。因此，需要不斷深化監控系統技術研究，以及運維模式探索，持續完善系統策略，更有效地維護變電站監控系統正常運行，確保特高壓變電站安全穩定運行。

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《電力設備管理》雜志社編輯部

2017.6.15