基于PCS9700監控系統的智能變電站順序控制研究

劉興勇，傅振宇，呂昕昕，盧卓群，薛 超

(國網朝陽供電公司，遼寧 朝陽 122000)

隨著智能變電站數量的增多，電網架構越來越復雜，導致操作任務也越來越多。如果仍然使用傳統倒閘操作方式，則會極大地增加運維人員的工作量，增大操作失誤的可能性。順序控制以智能變電站強大的硬件和軟件為支撐，減少了操作過程中的人為錯誤，提高了倒閘操作的效率，提高了變電站運行的安全可靠性，降低了操作失誤的幾率。順序控制功能的應用也為應對變電站運維人員緊缺提供了一條新的途徑。

本文以南瑞繼保公司的PCS9700監控系統為平臺，研究了集中式順序控制功能在智能變電站中的應用。并以220 kV河碩智能變電站為例，介紹了智能變電站順序控制的具體實現方案。

1 智能變電站順序控制

變電站順序控制是由順序控制服務器根據倒閘操作票對變電站設備進行的程序化操作，根據采集到的結果信息來判斷執行是否到位，確認無誤后，繼續執行下一條指令，直到執行完所有的操作指令。

1.1 智能變電站實現順序控制功能需具備的條件

a.滿足無人值守變電站的要求。

b.現場設備滿足遙控操作功能。

c.監控系統能自動生成各種典型操作流程。

d.保護裝置具備投退軟壓板功能；應具備急停功能。

e.現場操作具備可視化界面功能[1]。

1.2 智能變電站順序控制方案

順序控制目前的實現方式主要有：集中式、集中式與分布式相結合2種。

a.集中式順序控制是通過監控系統、網關機解析典型操作票，并根據解析的操作順序依次向測控裝置下發指令，從而達到現場操作順序控制的目的。集中式順序控制方案是在某臺站控層設備實現對操作票的存儲、執行和操作邏輯及狀態的判斷。具有實現方式簡單、運行可靠，無需改動現存設備、無規約要求的優點。缺點是監控系統與間隔層測控裝置配合較復雜[2]。

b.集中式與分布式相結合的方式是指對于單間隔順序控制操作由該間隔相應的測控裝置來實現，對于跨間隔的順序控制操作，則采用集中式的方案實現。集中式與分布式方案是在間隔層IED裝置中，實現對操作票的存儲、執行和操作邏輯及狀態的判斷功能。具有執行速度快、效率高、可靠性高的優點，其缺點是在單間隔操作時，往往會涉及到多個IED，但跨IED的操作方法，目前沒有統一的方案。

2 智能變電站順序控制硬件與軟件平臺

2.1 硬件平臺

智能變電站順序控制硬件平臺要求現場設備滿足系統結構分層分布化布置、一次設備高度智能化、二次設備高度集成網絡化、數字化采集站內信息。設備能實時準確采集各狀態信息，并根據操作票邏輯、操作順序發出各類控制命令。同時還要具備一定的容錯機制。智能變電站無論執行單間隔、跨間隔還是跨電壓等級的操作，由于都是采用IEC61850標準通信協議和高速工業以太網通信，都可以通過智能控制單元內部或智能控制單元之間的信息交互實現，不需要另外設置順序控制工作站或順序控制單元。因此，智能變電站順序控制的硬件平臺應滿足以下要求。

a.一次設備能夠進行遙控操作。斷路器、隔離開關、接地刀閘、手車開關等一次設備，應采用電動操作，能通過接收遙控指令實現斷路器、隔離開關的分合，手車的推入和拉出等。其位置信號的采集應采用雙輔助接點遙信且具備完善的防誤閉鎖功能。一次設備設計、工藝應合格，有較高的可靠性以保證遙控操作較高的操作成功率。

b.二次設備滿足IEC61850規約的要求，高度集成網絡化設計。二次設備在順序控制功能實現中起到關鍵作用，是具體執行順控功能的重要組成部分，同時負責實時準確地采集一次設備的狀態。因此，二次設備必須具有較高的可靠性，能夠依據操作票的邏輯和操作順序正確發出控制命令，準確實時地采集一次設備信息，保證順序控制的順利執行。在實際應用中，智能變電站二次設備應采用32位以上高速CPU、64 M以上的大容量存儲器、多接口高速工業以太網交換機、支持GPS、北斗對時功能。二次設備除具有常規的保護測控功能外，還應具備一定的容錯機制、支持多任務操作功能[3]。

2.2 軟件平臺

智能變電站順序控制的軟件平臺，主要包括智能控制單元和監控系統2個部分。智能控制單元負責存儲本間隔內操作，與本間隔有關的跨間隔、跨電壓等級操作需要的所有順序控制操作程序；監控系統負責存儲站內所有的順序控制操作程序。站內監控系統應支持IEC61850等國際標準，能夠實現站內智能電氣設備間的相互操作和信息共享。滿足常規變電站、智能變電站及電廠電氣監控對后臺監控系統的需求。監控系統執行順序控制操作時，應先讀取智能控制單元中的操作規則，然后與健康系統存儲的操作規則進行比較。如果操作規則一致則繼續操作，如果操作規則不一致則發出報警，提醒運行人員對待執行的操作規則進行核對。智能控制單元和監控系統存儲的順序控制操作程序應隨變電站增容擴建等變化而做相應的改變。

3 集中式順序控制在和碩變電站的應用

河碩220 kV 智能變電站位于朝陽市喀左縣，為即將投運的京沈高鐵提供安全可靠的動力。全站采用三層兩網結構，二次系統建立在IEC61850通信技術規范基礎上，實現站內智能電氣設備(IED)間的信息共享及互操作。220 kV系統保護裝置、合并單元、智能終端均為雙套配置，66 kV站用變保護、本體智能終端、合智一體裝置為單套配置。線路及母線保護均采用直采直跳(點對點)方式。站控層網絡采用A、B雙網配置，自動切換，配置有3臺服務器。其中監控機采用南瑞繼保公司的PCS9700監控系統雙套配置、互為主備，兼作服務器、操作員站，完成實時監控功能，實現電網及設備的數據采集、可視化展示、操作控制及綜合分析等功能。微機防誤系統獨立配置，與監控機實現遙控操作閉鎖。

該站采用集中式順序控制，能自動識別當前運行狀態，根據順控操作票自動尋找切換方向，執行順控操作票，其操作流程如圖1所示。

該站220 kV線路在實際運行中主要的狀態及轉換流程如圖2所示。

圖1 順序控制操作流程

圖2 線路運行狀態及轉換流程

河碩220 kV 智能變電站為雙母雙分段接線，本文以I、II段母線上的220 kV線路倒閘操作為例介紹順序控制在變電站中的實際應用，其檢修狀態接線圖如圖3所示。

圖3 220 kV線路檢修狀態圖

圖4 220 kV線路I母運行狀態圖

220 kV線路I母運行狀態圖如圖4所示。

Ⅰ、Ⅱ段母線檢修狀態轉為I母運行狀態操作票如表1所示。

上述典型操作票在生成后應由運維人員在微機防誤系統上進行核對性模擬預演，無誤后，檢查PCS9700監控系統無異常信號，各斷路器、隔離開關、接地刀閘、把手、軟壓板在正確位置。上述項目結束后， PCS9700監控系統進入順序控制模式，按照操作票規定的步驟逐項操作，每操作一步前向微機防誤系統發送解鎖請求，允許后進行操作。操作結束后順序控制程序退出，恢復到正常運行界面。

220 kV線路II母運行狀態圖如圖5所示。

在執行順序控制操作時應注意的問題如下。

a.控制源的唯一性。目前，河碩智能變電站的控制源有裝置本身、監控系統、各級調度中心等。在實際操作中應具有完備的互鎖、閉鎖機制，確保同一時刻每個控制對象只能接受唯一的控制源操作。

b.系統的安全性。該站通信系統采用了局域網的模式，并在不同的網絡分區加裝了隔離裝置與加密裝置。在運行維護中應特別注意操作人員的身份驗證與操作權限的管理，確保操作的正確性和安全性。

圖5 220 kV線路II母運行狀態圖

表1 Ⅰ、Ⅱ段母線檢修狀態轉為I母運行狀態操作票

c.設備狀態的判別。應有2個及以上非同源或非同樣原理的判據均滿足時，才能確定設備狀態。

d.與視頻監控系統的聯動。在順序控制程序執行時，監控系統應自動把視頻監控畫面切換到相應操作設備。運維人員通過監控畫面直觀的觀察設備當前的運行狀態、切換過程和最終狀態。當出現異常情況可以對順序控制程序進行人工干預。

e.應具備合理的自動判斷功能。當系統發生異常告警信號、設備分合不到位或不滿足操作條件時，順序控制應自動停止執行。告警信號消除后或狀態無異常，順序控制程序能自動繼續執行。

4 結束語

本文以PCS9700監控系統為平臺，介紹了智能變電站集中式順序控制在220 kV河碩智能變電站的應用，提高了變電站倒閘操作的效率，降低了誤操作的風險，節省了大量的人力、物力，實踐證明順序控制操作模式具有較高的有效性和實用性。隨著智能變電站的大力推廣，順序控制在未來會有廣闊的應用前景。