調控一體化技術在石化企業電網管控系統中的應用

解凱，沙海源，戴如清

(南京南瑞繼保電氣有限公司，江蘇 南京 211102)

隨著中國大型煉化企業及石化基地建設不斷推進發展[1-2]，石化企業電網的規模不斷擴大，需要監控的變電站越來越多，日常進行的電氣操作也越來越頻繁[3]。石化企業電網從安全、高效的管控要求上呈現兩大趨勢： 從廣度上要求扁平化覆蓋全廠所有的區域電網；從深度上要求監控從220 kV到380 V的所有電壓等級的電氣設備。因此，對調度控制能力和效率要求更高，建立一套能夠支撐石化企業各區域電網的高效運行、協同操作的電網自動化管控系統就顯得尤為重要。

調控一體化作為“智能電網大運行”體系下的一種新的電網管理模式，是電網運行集約化管理的一項重要內容[4-5]。調控一體化建設，就是對電網調度、設備監視、設備控制進行24 h不間斷運作的核心環節實施集中管理、一體化運作，克服了傳統基于變電站層的運行管理相對分散、運行環節多、業務鏈條長、協同效率慢、人力物力資源優化利用程度低的缺陷。石化企業電網在規模擴大和自動化水平發展的基礎上，采用調控一體化的系統建設模式是更經濟、高效的必然趨勢。

1 石化企業電網管控系統建設模式的發展

石化企業電氣系統組成一般包括總降變電站、自備電廠、各區域變電所、裝置變電所子站及子子站。在站控層，由保護、測控等二次設備監測和控制電氣一次設備，變電站綜合自動化系統再通過站控層網絡將該站的二次設備進行連接，建立監控后臺提供計算機人機界面供值班人員操作。隨著石化企業電網的不斷擴大，采用變電站無人值守運行方式，建立調度管控中心進行電網集中控制和遠程操作，成為電網安全、高效運行發展的必然。電網管控系統將全廠范圍內不同電壓等級的變電站所統一集中管控，其建設發展經歷了分散管控模式、區域集控站加調度中心模式、調控一體化模式。

1.1 分散管控模式

早期的石化企業電網，由于規模較小，自動化水平較低，電網自動化系統的建設首先關注的是變電站綜合自動化系統。當需要多個變電站集中調度時，將各站的后臺操作計算機通過遠程光纖集中放置在調度室來實現。該系統集成方式簡單，幾乎無成本，只需將各站后臺的界面集中展示，沒有任何數據集成協同調度的功能，目前已經基本不再適用。分散管理模式如圖1所示。

圖1 分散管控模式示意

1.2 區域集控站加調度中心模式

大型石化企業一般將電網按照生產區域進行分區集控，比如煉化企業一般分為煉油和化工等區域。在各區域設置集控站，連接通信區域裝置變電站及下屬的變電所，進行集中管控；在總降變電所設置全廠電網調度中心，連接通信各區域集控站，進行全網調度。這種調度中心與集控站相結合的模式，能夠做到全廠電氣設備分層、分區的集中監控管理，是目前石化企業電網自動化系統建設的主流模式，如圖2所示。

圖2 區域集控站加調度中心模式示意

圖2所示的建設模式，區域集控站和全廠調度中心需要建設多套分系統，增加了建設成本，投運后自動化人員也要負責多套系統運維，增加了運維成本。此外，變電站的信號上傳和調度中心的控制下發都要經過集控站轉發，增加了中間環節，并且調度系統和集控兩級系統之間只是簡單的信號轉發，無法有效地相互協同操作，缺乏電網安全高效管理的系統支撐。

1.3 全廠調控一體化模式

隨著電網裝備技術水平和自動化水平不斷進步，電網運行監控和設備智能化、可視可控化技術手段日趨成熟，為調控一體化提供了技術支撐和硬件基礎。在調控一體化系統中，不再設置各區域的集控站，全廠的各變電站通過覆蓋全廠的調度數據網，從站端直接將信號連接到調度中心，這種扁平化的通信結構一方面減少了集控站轉發通信中間環節，提高了效率，同時也減少了建設區域集控站的建設成本以及后期相應運維費用。全廠調控一體化模式如圖3所示。

調控一體化系統平臺支撐了調度、集控和運維三級運行管理架構： 在調度中心實行電網調度職能；在各區域生產控制中心設置遠程集控操作員站，實行區域電網集控操作控制職能；在各運維區域設置電氣設備巡維站接收系統指令，就地化操作。各級電網管控機構設置為不同安全責任區，將調度、多個集控以及巡維站職能隔離，通過調度管理系統形成共管機制。這樣建立了責任明確、協同高效的電網分級、分區一體化管控系統，成為目前石化企業電網自動化建設的主流模式。

1.4 建設模式比較

從上述三種建設模式比較來看，大型石化企業采用電網調度一體化管控系統，在建設成本、通信效率、管控效率方面具備較大優勢。近幾年國內新建10 Mt/a以上大型煉化基地電網都逐步采用了該模式，已建石化企業電網也在逐步改造為調控一體化模式。三種石化企業電網管控系統建設模式比較見表1所列。

圖3 全廠調控一體化模式示意

項 目分散管控模式區域集控站加調度中心模式調控一體化模式適用范圍 適合小規模石化企業電網 適合大型石化電網 適合大型、超大型石化電網建設成本 低 高 中通信效率 直接界面 調度通過集控站轉發 變電站直采直送管控效率 全人工值班 區域集中控制,調度電話管控 采用調控一體化管理高效協同

2 石化企業電網調控一體化模式

2.1 調控一體化系統架構

石化企業電氣綜合自動化系統組成一般包括： 全廠調度中心、區域集控站、220 kV總降變電站、110/66/35/10/0.38 kV各區域變電站及裝置變電站的電氣自動化子系統以及相應的通信網絡，構成分布式采集與集中控制相結合的完整系統，采用調控一體化方式下的石化企業電網自動化系統負責對全廠供配電系統的電氣設備運行狀況進行數據采集、通信、監測、控制、管理，如圖4所示。遵循下述設置原則：

1) 總降變電站、自備電廠直接采集。220 kV總降變電站、110 kV變電站、自備電廠均設置獨立電氣自動化系統，通過遠動通信裝置向全廠調控一體化系統建立IEC-104或IEC-61850規約通信通道。

2) 區域變電站、裝置變電站就地匯總采集。66/35 kV裝置變電站，均設置獨立電氣自動化系統，在區域采集網絡上，按照0.38 kV變電所通過通信管理裝置向10/6 kV裝置變電站匯總，再向66/35 kV裝置變電站匯總，裝置變電站通過遠動通信裝置向全廠調控一體化系統建立IEC-104或IEC-61850規約通道。

3) 區域集控站分散操作。各區域采用調控一體化技術設置遠程集控操作站和遠程巡維操作站，監視本區域生產過程相關的用電設備和供電系統數據，采用遠程和巡維現場相結合的方式對開關、變壓器分接頭等進行控制，重大操作通過工作票和操作票系統上報上級調度審批。

4) 全廠調度中心統一指揮。全廠調控一體化系統提供總集控中心調度，匯聚全廠電氣系統所有實時數據，實現對全廠供配電系統的運行方式監控和調度管理，并實施高壓部分的重大電氣操作和控制，監視審批各區集控的日常操作。

在調控一體化模式下，所有的電網數據采集和設備控制通過具有10～50萬個測點的大型電網SCADA系統控制，系統提供數據分發服務，給全廠調度、區域集控以不同的人機界面視角，按照責任區進行管控操作。任何實時數據、告警以及各級操作都是相通和相互可見的，各級電網調度集控機構既相互獨立，同時又通過統一的實時系統相互聯系，避免了多套系統間的信息孤島問題。根據電壓等級和重要程度，按照“重大操作調度監視、日常操作下放集控、任何操作相互可見”的原則，使電網的監視和控制能夠在調控一體化的系統框架內有序高效地執行。

2.2 管控模式的轉變

調控一體化技術進步也促進了石化企業電網管控模式的轉變，按照一體化石化企業電網運行智能控制系統“統一平臺”建設原則要求，原有的電網“變電站值守就地操作，調度監視值班”的管控模式，將被“變電站無人值守，調度和多區集控協同遠程管控”的電網自動化管控新模式替代。石化企業電網管控模式的過渡和轉變如圖5所示。

各石化企業宜按照自身電網規模和自動化條件，確立“調監控一體+多集控巡維區域”目標模式。先建設調控一體化的支撐系統框架，再通過逐步改造完善相關設備和技術條件。在確保安全的前提下，穩步開展電網設備遠程控制，通過系統建設和制度建設，從組織結構上把原有變電站、集控站的設備監視、控制業務整合到調控中心，把現場運維操作下放到各區域運檢中心。

圖4 石化企業電網調控一體化系統架構

圖5 石化企業電網管控模式的過渡和轉變示意

3 石化企業電網調控一體化關鍵技術

3.1 分區運行責任區技術

多現場責任區技術實現調控一體化運行管理方式下的信息分區、分層功能，滿足了調度、集控、運維的不同監視與操作需求，如圖6所示。通過責任區實現信息分區，實現告警與人機操作的分區、分流。同時考慮到調控一體化的運行模式，全廠電氣運行管理人員，按組織結構實現不同人員、不同機構可切換責任區權限，具備各責任區分區確認狀態變化信息功能，實現完備的分區運行管理要求。

圖6 多現場責任區技術示意

在權限功能分區劃分原則上，按照“誰維護，誰巡維；誰操作，誰監視；誰調度，誰管轄”的原則。在各區域建立多個巡維分區，部署分散巡維站，由現場運維單位操作；建立集中監視分區，部署集控站，由區域生產集控電氣運行單位操作；建立調度中心分區，部署全廠調度中心，由公用工程調度管轄單位負責。

在對象信號分區劃分原則上，嚴格地將信號分類，區分調度信號、集控信號、調集公用信號，并對信號在調度工作站、集控工作站、巡維工作站有區分優先級的展示處理，避免了海量信號干擾調度業務。

3.2 遠程控制和安全操作技術

采用調控一體化模式，鼓勵石化企業的電網管理大膽采用變電站無人值守方式，由調度和集控中心對電網電氣設備進行遙控操作，由巡維人員現場就地監視設備。在調控一體化系統中，大量的遠程遙控并發執行對系統安全操作提出了嚴格的要求。多環節安全校核遠程控制如圖7所示。

圖7 多環節安全校核遠程控制示意

調度中心和集控系統都從調控一體化的SCADA平臺上發出遠程控制命令，系統操作安全互斥機制，保證了同一時間同一設備只能有1個遠程控制方。調控一體化系統的防誤操作的安全約束系統，相較單獨的變電站的“五防”，可以實現多站聯合安全校驗，是將現有操作制度和工作流程進行統一管理。調控一體化防誤操作需要建立全網的數據模型，采用拓撲防誤計算方法，提供包括電磁合環、設備過載等調度操作防誤規則以及二次設備防誤規則在內的防誤功能[5]。重大操作還必須提供電網潮流計算來進行操作結果仿真的安全校核，將單個設備操作在整個大電網的模型中評估其安全影響。

所有遙控依據操作票執行，按票步驟逐條操作時，在控制下發之前，還必須有多層人機安全校驗手段，例如異機監護、調度編號、遙控閉鎖等。在各個環節中利用機制方法和規則進行安全校驗，盡可能地避免由于人為因素和電網的變化而引起的誤操作。

3.3 多級協同調度技術

大型石化企業電網的調度與生產結合緊密，操作頻繁，既有各區域的電氣操作，也有跨區域跨變電站的聯合操作，以及涉及電網運行方式的調度操作。隨著生產規模越來越大，變電站越來越多，采用人工協調的辦法，同時管控各個區域不同電壓等級的設備操作，存在很大隱患。調控一體化電網管控系統依靠一套協同值班和工作流轉系統，將“全廠調度、區域集控、就地巡維”三級電網管控機構有效組織起來。按照電壓等級和重要程度將石化企業電網的日常操作分為以下3類：

1) 特別重大操作。針對總降變電所高壓設備、自備電廠發電設備，由全廠調度直接遙控，各區域集控站在同系統中關注操作過程、告警和電網狀態。

2) 重大操作。區域變電站、裝置變中壓設備，由各區域集控站擬票，全廠調度審批，區域集控遠程遙控，巡維站現場共同操作，操作結果報全廠調度歸檔。

3) 一般操作。裝置變電站及下屬變電所低壓設備，巡維站擬票和操作，區域集控站審批監視。

電網控制操作分級分區、分層方式如圖8所示。通過操作分級、分區協同，在橫向上可以使各級電網管控機構關注于自身職責范圍內的操作，其操作結果可以在上下級機構中共享，共同關注。在縱向上重大操作涉及多個變電站，需要多個電網管控機構協同時，上級調度機構經過工作流審批權限，按照操作順序，只有批準后才能操作，避免任意操作。

圖8 電網控制操作分級分區分層示意

3.4 低壓信號采集和處理技術

石化企業電網的一個重要特點為低壓電氣設備較多，一般大型煉化基地電網中有上萬臺0.38 kV綜保裝置的信號需要接入系統。按照每臺綜保裝置上送30個信號，全廠低壓信號就有幾十萬個[6]，因而對全廠電氣測控信號匯總在1個SCADA平臺上的電網調控一體化系統來說，網絡通信和數據處理壓力很大，并且海量的低壓信號上送各級電網管控機構，如不進行分級、分流處理，將干擾正常的中高壓電網信號及時處理。

在石化企業電網調控一體化系統建設實施過程中，必須重視對低壓信號的采集和處理問題。一方面是對低壓綜合的上送信號量進行壓縮，把單臺低壓裝置的上送信號壓縮為7個重要信號；另一方面采用告警過濾和分流技術，把一般低壓信號在巡維站、集控站層面全部展現，在調度中心層面依重

要等級分級屏蔽過濾，同時采用告警分區確認技術，對于同1條告警可以由不同區域的多個操作員確認處理。

4 結束語

從目前國內已經投運的大型石化企業電網調控一體化系統的運行效果來看，采用調控一體化技術可以充分整合資源，減少中間環節，優化電網監控調度流程。實行人員集約化管理，利于變電運行人員的統籌調配，實現減員增效。調控一體化系統整合全廠通信、自動化設備為一體化SCADA平臺，在此基礎上集中監視、控制和調度電網的變電站、高壓、電廠、區域變等受控站，全面掌握電網實時信息數據。尤其是在處理緊急事故時，其主動、快速的優點將更加凸顯。各級調度、集控、巡維機構人員可以借助系統匯總處理后分級分發來的各類信號，快速做出判斷，并在第一時間按照協同指令，通過遠方遙控直接斷開相應開關，隔離故障點，迅速控制事故蔓延，從而進一步提高電網事故處理正確性、恢復供電快速性，提升電網的安全管理、自動化水平。

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