李 軍，蔡利敏(.中國移動通信集團(tuán)設(shè)計院有限公司陜西分公司，陜西 西安 70077；.西北電力設(shè)計院，陜西 西安 70075)

近年來，隨著我國電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，少人值守甚至無人值班變電站的不斷推廣，以及計算機(jī)、通信、控制技術(shù)的發(fā)展，電力系統(tǒng)自動化處理的信息量越來越大，直接可觀測的范圍越來越廣。電力系統(tǒng)的運(yùn)行管理模式也發(fā)生了重大變化。調(diào)度人員不僅承擔(dān)著電網(wǎng)調(diào)度的責(zé)任，還要承擔(dān)對所屬變電站設(shè)備的監(jiān)視和控制工作，調(diào)度員的工作量不斷增加，不利于保證電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

基于電網(wǎng)安全運(yùn)行的需求，出現(xiàn)了對多個變電站實現(xiàn)集中控制的集控中心運(yùn)行方式。我國目前已建成多個110 kV/220kV集控中心，對于330 kV以上電壓等級的超高壓集控中心的建設(shè)也在開展之中。而750 kV雖然綜合自動化裝備水平高，但從安全可靠的角度去考慮750 kV現(xiàn)有條件還不能無人值守，750 kV將成為今后的集控點。集控中心有利于資源的優(yōu)化配置，是變電運(yùn)行工作努力的方向，符合國網(wǎng)公司提出的加強(qiáng)人財物集約化管理、加強(qiáng)信息化建設(shè)的企業(yè)發(fā)展新要求。

對于超高壓集控中心的設(shè)計，應(yīng)堅持“面對現(xiàn)實、著眼長遠(yuǎn)”的原則，不拘于現(xiàn)狀，積極考慮智能化的發(fā)展方向，使其更加科學(xué)、合理。

1 超高壓集控中心自動化系統(tǒng)的特點

超高壓集控中心是實現(xiàn)330 kV及以上電壓等級變電站無人值班的一種運(yùn)行管理模式，負(fù)責(zé)各所屬變電站的遠(yuǎn)方運(yùn)行監(jiān)視、倒閘操作、事故異常處理、設(shè)備的巡視與維護(hù)以及文明生產(chǎn)等全面運(yùn)行管理工作。超高壓集控中心自動化系統(tǒng)是集實時監(jiān)控(SCADA)、遙視監(jiān)控、五防防誤操作、智能操作票管理以及變電站運(yùn)行管理等功能于一體的自動化系統(tǒng)，超高壓集控中心的運(yùn)行人員可通過該系統(tǒng)監(jiān)測所屬變電站設(shè)備的運(yùn)行情況，并根據(jù)需要對設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)方控制。自動化系統(tǒng)是超高壓集控中心建設(shè)的核心系統(tǒng)，承擔(dān)著超高壓集控中心所有功能的順利實現(xiàn)。

超高壓集控中心的自動化系統(tǒng)具有如下特點：

⑴ 信息量大。超高壓集控中心自動化系統(tǒng)面向超高壓變電站設(shè)備，注重反映設(shè)備的各方面狀態(tài)，是運(yùn)行人員監(jiān)控設(shè)備的工具，因此設(shè)備的所有運(yùn)行信息都要采集，從而使系統(tǒng)的信息量巨大。其中包括了調(diào)度自動化系統(tǒng)所需要的與電網(wǎng)運(yùn)行方式有關(guān)的所有遙測、遙信、遙控和遙調(diào)量，還包括了與設(shè)備運(yùn)行有關(guān)的四遙信息與遙視信息。

⑵ 有完善的操作票編寫系統(tǒng)，能夠圖形化智能生成操作票，也能圖形化單步生成操作票。該系統(tǒng)根據(jù)運(yùn)行人員在接線圖上的模擬操作自動生成操作票，并能夠?qū)崿F(xiàn)在編寫過程中自動或手動檢查各操作步驟的正確性。同時可結(jié)合遙視系統(tǒng)進(jìn)行遙控操作聯(lián)動，以檢查實際操作是否依照模擬執(zhí)行。

⑶ 大范圍設(shè)備的遙控操作。超高壓集控中心自動化系統(tǒng)需要對超高壓站內(nèi)大量的開關(guān)和刀閘進(jìn)行遙控。電力系統(tǒng)中對于遙控操作的安全性具有很高的要求，一旦發(fā)生誤操作將有可能直接燒毀設(shè)備，引起大的系統(tǒng)事故。因此，超高壓集控中心自動化系統(tǒng)對于遙控操作的安全性要求較之調(diào)度自動化系統(tǒng)更高。在保證遙控操作安全的基礎(chǔ)上，還應(yīng)盡量減少中間環(huán)節(jié)，節(jié)省時間，提高效率，做到方便快捷。

2 超高壓集控中心自動化系統(tǒng)的設(shè)計

2.1 系統(tǒng)的構(gòu)成

超高壓集控中心自動化系統(tǒng)的組成基本與調(diào)度自動化系統(tǒng)相似，通常由以下幾個子系統(tǒng)組成：實時監(jiān)控子系統(tǒng)(SCADA)、遙視監(jiān)控子系統(tǒng)、集控管理子系統(tǒng)以及安全防護(hù)子系統(tǒng)。

實時監(jiān)控子系統(tǒng)由SCADA服務(wù)器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、監(jiān)控工作站、五防工作站、報表工作站、時鐘同步系統(tǒng)以及打印機(jī)等的外設(shè)組成，同時配備相應(yīng)的操作系統(tǒng)、支撐軟件以及SCADA應(yīng)用軟件。該子系統(tǒng)提供與所屬變電站設(shè)備的通信鏈路，完成數(shù)據(jù)的采集和處理功能以及實現(xiàn)對所屬變電站的監(jiān)視和控制功能。

遙視監(jiān)控子系統(tǒng)由視頻服務(wù)器、視頻工作站、視頻數(shù)據(jù)的采集設(shè)備以及相應(yīng)的遙視軟件組成。該子系統(tǒng)提供對所屬變電站的環(huán)境狀況、設(shè)備運(yùn)行狀況、文明生產(chǎn)等各類情況加以視頻監(jiān)視，實現(xiàn)對無人值班變電站全方位的監(jiān)視和控制，保證安全生產(chǎn)。

集控管理子系統(tǒng)由集控管理服務(wù)器、集控管理工作站、WEB發(fā)布工作站以及配套的運(yùn)行管理軟件組成。該子系統(tǒng)可根據(jù)調(diào)度操作需要完成智能操作票的生成及預(yù)演和打印，能夠?qū)崿F(xiàn)對所屬變電站設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)管理以及對生產(chǎn)運(yùn)行分析與事故處理指導(dǎo)。

安全防護(hù)子系統(tǒng)由防火墻、正/反向隔離設(shè)備、縱向加密認(rèn)證設(shè)備以及相應(yīng)的防病毒軟件組成。根據(jù)《電力二次系統(tǒng)安全防護(hù)規(guī)定》及行業(yè)主管部門安全防護(hù)的有關(guān)要求，電力系統(tǒng)各主站端與廠站端的各應(yīng)用系統(tǒng)、功能設(shè)置均應(yīng)在正確的安全分區(qū)內(nèi)。安全防護(hù)子系統(tǒng)實現(xiàn)了對超高壓集控中心內(nèi)各子系統(tǒng)的安全分區(qū)，以確保超高壓集控中心與變電站、與調(diào)度中心通信的安全。

2.2 系統(tǒng)的總體技術(shù)要求

⑴ 可靠性原則：超高壓集控中心是對所屬無人值班變電站運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)控的唯一手段，其穩(wěn)定性和可靠性極其重要。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計、設(shè)備配置、軟件編制要保證超高壓集控中心自動化系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。重要的設(shè)備、軟件和數(shù)據(jù)應(yīng)具有冗余配置及備份措施，并為系統(tǒng)故障的隔離和排除提供快捷的技術(shù)手段。

⑵ 實時性原則：超高壓集控中心自動化系統(tǒng)是一個實時性較高的系統(tǒng)，必須保證信息的即時處理和數(shù)據(jù)的及時傳輸，使系統(tǒng)響應(yīng)時間的各項指標(biāo)滿足要求。

⑶ 實用性原則：系統(tǒng)應(yīng)操作方便，易于使用，結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)注重系統(tǒng)的可維護(hù)性、實用性和多樣性相結(jié)合。系統(tǒng)應(yīng)有較高的信息處理能力，可對信息進(jìn)行屏蔽以及分類操作等。

⑷ 開放性原則：系統(tǒng)應(yīng)遵循開放性原則，采用開放式體系結(jié)構(gòu)和分布式系統(tǒng)設(shè)計，軟、硬件接口符合國際標(biāo)準(zhǔn)，滿足軟件平臺、硬件平臺的兼容及各子系統(tǒng)間的互聯(lián)，便于第三方軟件集成。

⑸ 防誤性原則：從值班員的培訓(xùn)、管理功能嚴(yán)密、報警的多樣性、操作權(quán)限分級和防誤操作閉鎖等方面入手達(dá)到微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)全面防誤性能的實現(xiàn)。

⑹ 安全性原則：采用安全防護(hù)措施，提供嚴(yán)格的用戶認(rèn)證和管理手段以及身份認(rèn)證技術(shù)，對用戶和信息進(jìn)行授權(quán)與管理，并考慮信息保密的時效性，保證系統(tǒng)及其數(shù)據(jù)的安全。

2.3 系統(tǒng)的功能簡述

應(yīng)國家電網(wǎng)公司數(shù)字化、智能化的發(fā)展方向，超高壓集控中心自動化系統(tǒng)應(yīng)具有數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)通訊、遙控和五防操作閉鎖、遙視、報表打印、操作票管理、系統(tǒng)維護(hù)、事件和事故處理、事故追憶及反演、系統(tǒng)時鐘同步、電壓無功控制、WEB實時瀏覽、系統(tǒng)運(yùn)行管理以及電子化值班等的功能。

系統(tǒng)應(yīng)能夠?qū)崟r監(jiān)控電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定裕度(域)、有功損耗(無功補(bǔ)償)狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定隱患，自動預(yù)防控制，降低電網(wǎng)發(fā)生穩(wěn)定事故的概率，降低系統(tǒng)損耗。能夠通過自動語音報警等功能，降低調(diào)度員的工作量，增強(qiáng)調(diào)度自動化系統(tǒng)對電網(wǎng)的自動分析與控制能力，提高電網(wǎng)安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平。

⑴ 系統(tǒng)能夠采集所屬各變電站遠(yuǎn)動遙測、遙信、脈沖量、數(shù)字量、微機(jī)保護(hù)、各種記錄等信息，并能夠?qū)ψ冸娬镜母鞣N模擬量、狀態(tài)量、電能量、保護(hù)信息等進(jìn)行處理、統(tǒng)計和計算。

⑵ 系統(tǒng)能夠利用所采集的實時信息，通過專家知識庫的篩選，提煉出關(guān)鍵信息和智能告警信息概要，分析故障位置，降低人工分析告警信息的出錯概率，為運(yùn)行人員對事故的判斷與處理贏得時間。

⑶ 系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)視電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定和功角穩(wěn)定模式、系統(tǒng)穩(wěn)定裕度及邊界、有功損耗、無功補(bǔ)償狀態(tài)、穩(wěn)定和有功損耗的相對關(guān)系。能夠進(jìn)行預(yù)防控制和事故預(yù)警。

⑷ 系統(tǒng)應(yīng)能夠支持各種類型的通訊規(guī)約(包括部頒CDT、SC1801、DNP3.0、IEC870-5-101、IEC870-5-103、IEC870-5-104等)，能和上級調(diào)度自動化系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，具備接收省調(diào)或地調(diào)自動化系統(tǒng)的遙調(diào)遙控命令，并通過本系統(tǒng)實現(xiàn)遙調(diào)及遙控的功能。采集通道主備冗余，能夠自動切換，并且具備對通道狀態(tài)的實時監(jiān)視與顯示。

⑸ 系統(tǒng)能夠?qū)ΡO(jiān)控系統(tǒng)中的遙控操作加入閉鎖判斷條件，在遙控操作實施前進(jìn)行五防判斷，可靈活地錄入、修改、導(dǎo)入、導(dǎo)出邏輯公式，能夠?qū)崿F(xiàn)遙控、遙調(diào)操作權(quán)閉鎖、監(jiān)護(hù)閉鎖、五防閉鎖、設(shè)備掛牌閉鎖，并能夠?qū)λ械倪b控、遙調(diào)操作進(jìn)行統(tǒng)計。

⑹ 系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)在視頻工作站上同時顯示所屬變電站內(nèi)的任意多個畫面，并且切換靈活，優(yōu)先級控制可設(shè)。能夠?qū)Σ杉囊曨l圖像進(jìn)行數(shù)字錄像，并能進(jìn)行錄像資料的查詢和播放。具備操作聯(lián)動功能，能夠與超高壓集控中心監(jiān)控子系統(tǒng)配合，在模擬預(yù)演、預(yù)操作、實際操作三個階段均能夠?qū)唧w設(shè)備位置進(jìn)行查看，最大限度降低誤操作的可能性。具備警視聯(lián)動功能，能夠根據(jù)安防和消防自動化系統(tǒng)的信息自動調(diào)整攝像機(jī)對準(zhǔn)監(jiān)視目標(biāo)。

⑺ 系統(tǒng)能按站、按數(shù)據(jù)屬性，如遙測、遙信、電度的生成日報表、月報表、年報表，電壓合格率、正常 /事故變位次數(shù)、報警、越限等自動生成上述表格，同時提供用戶工具自定義表格形式。

⑻ 系統(tǒng)能夠提供操作票生成工具，幫助生成系統(tǒng)建立標(biāo)準(zhǔn)操作票庫，進(jìn)行備檔和統(tǒng)計。能夠生成新的操作票，并能夠存儲和調(diào)用操作票。能夠提供三種操作票的生成方式：智能生成，圖形化單步生成，典型票生成。對于其中操作票一體化平臺的設(shè)計，把實用性放在第一位，使調(diào)度的操作預(yù)令在網(wǎng)上傳發(fā)流轉(zhuǎn)，110千伏及以上電壓等級變電站，具有可直接從內(nèi)網(wǎng)查詢調(diào)度操作預(yù)令的功能，通過技術(shù)手段進(jìn)一步保證調(diào)度命令在接、發(fā)的準(zhǔn)確性。

⑼ 系統(tǒng)能夠?qū)ζ渥陨淼倪\(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，并具有故障自恢復(fù)功能。系統(tǒng)應(yīng)支持通過MODEM撥號方式的遠(yuǎn)程維護(hù)。

⑽ 系統(tǒng)能夠提供事件順序記錄(SOE)、系統(tǒng)異常事件以及用戶操作事件的顯示、存儲、打印和檢索。系統(tǒng)具有完善的報警機(jī)制，對于顯示的各級報警信息，能夠提供報警的確認(rèn)、存儲、打印和檢索功能。

⑾ 系統(tǒng)能夠設(shè)置事故發(fā)生前后紀(jì)錄時間的長度，事故追憶被觸發(fā)時，能夠自動打印事故追憶報表，并將報表內(nèi)容存入數(shù)據(jù)庫中。在進(jìn)行事故分析時，能夠進(jìn)行事故重演。

⑿ 系統(tǒng)應(yīng)能夠接受同步時鐘系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)校時信號，具有時鐘同步網(wǎng)絡(luò)傳輸校正措施，可保證時鐘同步率達(dá)到精確度要求。

⒀ 系統(tǒng)能夠根據(jù)各變電站的運(yùn)行方式和控制物理量(電壓、功率因數(shù))狀態(tài)確定控制策略，并對變電站所有的投入的且控制方式為自動控制的控制對象(變壓器、電容、電抗、靜止無功補(bǔ)償器、同步調(diào)相機(jī)等)實施自動控制，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)潮流。

⒁ 系統(tǒng)能夠提供對于實時畫面以及相關(guān)報表和歷史事件的瀏覽。系統(tǒng)還應(yīng)具備完備的系統(tǒng)運(yùn)行日志服務(wù)以及設(shè)備信息管理服務(wù)。

⒂ 系統(tǒng)能夠利用手機(jī)短信業(yè)務(wù)將電力調(diào)度自動化系統(tǒng)中的實時事件通過短消息方式發(fā)送到指定系統(tǒng)維護(hù)人員或者相關(guān)主管領(lǐng)導(dǎo)的手機(jī)上，從而保障系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行，同時也便于事故的及時處理。

2.4 系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)

⑴ 數(shù)據(jù)容量

系統(tǒng)的基本數(shù)據(jù)容量應(yīng)根據(jù)具體將接入的變電站類型及其數(shù)量進(jìn)行計算，并留有一定的擴(kuò)充裕量。并且，隨著的科技發(fā)展，超高壓集控中心采集的信息將越來越多，本文暫按目前西北一新建的典型330kV變電站信息量進(jìn)行考慮，數(shù)據(jù)容量如下：

模擬量( YC)： 1024 點/站

狀態(tài)量( YX)： 2048點/站

脈沖量( PC)： 500點/站

遙控量( YK)： 512點/站

遙調(diào)量( YT)： 200點/站

SOE量：128點/站

事故追憶點： 2048點/站

VQC(單臺)： 兩臺變壓器，2×4組電容

⑵ 系統(tǒng)的實時性指標(biāo)

遙測傳送時間：不大于4 s

遙信變化傳送時間：不大于3 s

事故時遙信變位傳送時間：不大于2 s

遙控、遙調(diào)命令傳送時間：不大于4 s

畫面調(diào)用響應(yīng)時間：85%的畫面不大于2 s，其它畫面不大于3 s

畫面實時數(shù)據(jù)刷新周期為：5～10 s

雙機(jī)自動切換到基本監(jiān)控功能恢復(fù)時間：不大于20 s

電度量廣播凍結(jié)和讀出量值時間：不大于10 min

打印報表輸出周期：可由用戶自行設(shè)置

2.5 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)配置圖

超高壓集控中心自動化系統(tǒng)可適應(yīng)不同的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模組網(wǎng)需要，既可在簡單至幾臺PC機(jī)組成的單網(wǎng)上運(yùn)行，也可在雙網(wǎng)、雙服務(wù)器、雙前置機(jī)及多工作站的情況下運(yùn)行，實現(xiàn)冗余設(shè)備的可靠管理。兩種相應(yīng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)配置圖如下圖1與圖2所示。

圖1 單網(wǎng)結(jié)構(gòu)的超高壓集控中心自動化系統(tǒng)

圖2 雙網(wǎng)冗余結(jié)構(gòu)的超高壓集控中心自動化系統(tǒng)

根據(jù)上文所述的集控自動化系統(tǒng)要求，我們推薦采用第二種系統(tǒng)配置模式。

2.6 系統(tǒng)的供電電源及機(jī)房要求

按照《電力系統(tǒng)調(diào)度自動化系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)規(guī)程》以及《地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度自動化設(shè)計技術(shù)規(guī)程》的要求，為保證供電的可靠性和質(zhì)量，超高壓集控中心自動化系統(tǒng)應(yīng)配置交流不間斷電源(UPS)供電。UPS的容量可根據(jù)具體的系統(tǒng)設(shè)備配置計算。電源要求在交流電源消失后，UPS蓄電池在滿負(fù)荷情況下維持供電時間應(yīng)不小于60分鐘，不同超高壓集控中心還可根據(jù)自身的重要性給予適當(dāng)?shù)脑黾印?/p>

超高壓集控中心自動化系統(tǒng)的大部分設(shè)備(包括服務(wù)器、各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等)均應(yīng)放置在自動化機(jī)房中，只有監(jiān)控工作站、視頻工作站以及大屏幕顯示設(shè)備等放置在監(jiān)控室中。自動化機(jī)房內(nèi)要求具備良好的接地系統(tǒng)，并能夠保持一定的溫度和濕度。

3 結(jié)論

本文對超高壓集控中心自動化的設(shè)計進(jìn)行了研討，提出了超高壓集控中心自動化系統(tǒng)應(yīng)實現(xiàn)的功能以及技術(shù)性能等指標(biāo)，并在此基礎(chǔ)上給出了推薦的超高壓集控中心自動化系統(tǒng)配置方案圖。

超高壓集控中心自動化系統(tǒng)的設(shè)計采取先進(jìn)實用的技術(shù)，對電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行、提高系統(tǒng)運(yùn)行管理水平都具有積極而又深遠(yuǎn)的影響。隨著超高壓集控中心自動化系統(tǒng)的建立，只要輕輕一點鼠標(biāo)發(fā)出一個操作信號，其所屬的330 kV及以上電壓等級的變電站開關(guān)都能自動實現(xiàn)遠(yuǎn)程分閘操作，整個過程只要數(shù)10秒，隨之也將大大提高電網(wǎng)的智能化程度，設(shè)備操作、事故處理等速度也將得到有效提高。