500kV变电站无人值班设计思路和试点技术.pdf

第 3 6卷第 1 期 2 0 0 8年 1月 姜氧 电力 e a s t c h i n a e l e c t r i c p o w e r vo 1 36 no 1 j a n 2 0 0 8 5 0 0 k v变电站无人值班设计思路和试点技术 孙 纯军 ， 万炳 才 ， 褚农 ( 1 江苏电力设计院， 江苏 南京2 1 0 0 2 4 ； 2 华东电网有限公司， 上海2 0 0 0 0 2 ) 摘要： 结合国家电网公司“ 苏州西锡西南 5 0 0 k v变电站无人值班科技项 目” 研究内容 ， 提出了5 0 0 k v无人 值班变电站的设计思路和技术原则， 从一次设备 、 计算机监控系统、 继电保护、 防误闭锁、 电源、 图像监视安全 警卫及辅助系统、 以及建筑和设施简化等方面阐述了无人值班站的设计思路， 并就试点变电站的几项重点技 术， 如程序化控制方案、 保护数据信息及与监控的接口设计等进行了论述。 关键词 ： 5 0 0 k v变电站 ； 无人值班 ； 设计思路 ； 试点技术 基金项 目： 国家电网公司“ 5 0 0 k v无人值班变 电站研究” 作者简介： 孙纯军( 1 9 7 6 一 ) ， 男， 高级工程师， 主要从事电力设计工作。 中图分类号 ： t m 7 3 4 文献标识码 ： a 文章编号 ： 1 0 0 1 9 5 2 9 ( 2 0 0 8 ) 0 1 - 0 0 0 5 - 0 4 de s i g n i d e a a nd pil o t t e c h no l o g i e s f o r 5 0 0 k v u na t t e nd e d s u bs t a t i o n s u n c h u n - j u n ， w a n g b i n g c a i ， c h u n o n g ( 1 j i a n g s u e l e c t ri c p o w e r d e s i g n i n s t i t u t e ， n a n j i n g 2 1 0 0 2 4 ， c h i n a ； 2 e a s t c h i n a e l e c t ri c g ri d c o ， l t d ， s h a n g h a i 2 0 0 4 3 7 ， c h i n a ) a b s t r a c t ： b a s e d o n t h e p r o j e c t o f s u z h o u x i a n d x i x i n a n 5 0 0 k v u n a t t e n d e d s u b s t a t i o n s ， t h e t e c h n i c a l p ri n c i p l e of 5 0 0 k v un a t t e n d e d s u bs t a t i o n s i s pr o po s e dth e d e s i g n i de a o f s uc h u n a t t e n de d s u bs t a t i o n s i s i l l umi na t e d i n t he a s pe c t s of t he prima r y e q u i p me n t ，c o mp u t e r mo n i t o rin g s y s t e m ，r e l a y p r o t e c t i o n，e r r o r l o c k o u t p r e v e n t i o n，s u p pl y s o u r c e，i ma g e s up e r v i s i o n a n d s a f e g u a r d s y s t e m，a nd b ui l d i ng a n d f a c i l i t y s i mpl i f i c a t i o ns o me k e y t ec hn o l o g y f o r t h e p i l o t s u b s t a t i o n i s d i s c u s s e d ke y wor ds： 5 0 0 kv s u bs t a t i o n；u na t t e n de d；d e s i g n i de a；pi l o t t e c h no l o gy 国家电网公司提出集团化运作 ， 精细化管理 、 集约化经营， 对电网建设也提出了“ 两型一化” 和 “ 两型三新” 的要求。适时开展 5 0 0 k v变电站无 人值班的研究 ， 开展技术创新 ， 对提高运作效率， 提升管理水平 ， 实施集约经营有着积极的意义 。 按照国网公司统一安排， 在苏州西锡西南变 电站开展无人值班试点工作 。与常规 5 0 0 k v变 电站相比， 无人值班在设备选择、 二次系统 、 防误 闭锁 、 辅助系统 、 信息处理和传输 、 远方监视和控 制等方面有着许多新 的设计要求。 1 5 0 0 k v无人值班变 电站设计思路 无人值班变电站应保证 安全 、 可靠 、 可控 、 可 知的良好性能和较高 自动化水平 。 安全指运行环境 良好 ， 电源容量充足 ， 设置满 足无人条件的防火 、 防侵 、 环境监测安全措施 。 可靠指一次 、 二次设备动作正确 、 可靠 ， 故 障 率低 ， 免维护或少维护 ， 辅助接点可依赖 ； 至监控 中心的信息传输冗余可靠。 可控指主要一次、 二次设备既可站内、 又可远 方控制； 空调 、 消防、 排水等辅助系统也具备 自动 启停或远方控制功能。 可知指远方监控中心对变 电站信息的完整掌 握。除常规“四遥 ” 信 息外 ， 保护 较完整信 息上 传 “ 遥视” 布点到位 。 1 1 一次设备技术要求 一 次设备必须可靠 ， 尽可能不发生电机回路 故障 、 操作机构失灵 、 漏油漏气绝缘故障等问题。 断路器、 隔离开关 、 接地刀闸、 有载调压开关 采用 电动机构 ， 辅助接点必须可靠 ， 告警异常信号 区分轻重缓急。 主变压器选用 自然油循环风冷方式 ， 风扇冷 却回路设计远方控制功能。 主变压器配色谱 监测装置 ， 避雷器配放 电计 数器 ， 数据远传。条件具备时， 可以设置统一在线 监测分析平 台， 并在监控中心设在线监测主站。 维普资讯 6 ( 总 6 ) 妻莱电力 2 0 0 8 ，3 6 ( 1 ) 1 2 计算机监控 系统 无人值班变电站必须有一个能实现远方监视 和操作 、 稳定性好、 可靠性高的监控系统。 无人值班增加 了至监控 中心的数据通 道， 硬 件设备和传输性能应满足常规调度和集中监控双 重要求 ， 必须强化远动通信单元 、 网络接 口和传输 通 道 的配置 。 远动通信单元采用 四个独立网口的高性能设 备， 分别用于站内双 网、 调度数据 网、 传输网 2 m 专线( f e接 口) 。至监控中心主通道采用传输网 2 m专线 ( f e接 口) ， 备通道 利用调度 数据 网转 接 ； 至调度主通道采用调度数据网， 备用通道采用 传输网2 m专线( f e接 口) 转接。取 消常规远动 4 w专线通道。 变电站监控系统除常规单命令外 ， 还设计了 程序化批命令控制。 由于无人值班 ， 站 内后台可以简化 ， 例如操作 员站及主计算机。 测控装置本身报警或电源消失信号接至公用 单元或各单元互接 ， 以使监控中心及时获取故障 情况。 1 3 继电保护设计 继电保护选用运行稳定 、 少维护、 具备 自检功 能的可靠设备。 线路保护尽可能采用光纤通道 ， 避免 e l 常通 道试验工作。 保护动作告警信号以硬接点发至监控 i o单 元 ， 非波形报文和状 态信息 以标准规约数据接 口 至监控系统。 保护信号通过监控 i o单元以硬接点遥控复 归。 保护常用输人应具备在远方监控中心遥控投 退切换的功能。 由于职责分工 ， 通过保护故 障信 息系统实现该功能不合适 ， 而通过监控途径控制 的方法主要有三种： 第一种是由监控 i o单元以硬接点遥控保护 开人回路 ， 并采用带保持接点的继电器 ； 第二种是 由监控通过保护 数据 口发遥控命 令 ， 以软压板形式与保护开人组成逻辑关系 ， 在保 护开人硬回路投人时远方遥控有效 ； 第三种是 由监控通 过保护 数据 口发遥控命 令 ， 修改保护内部控制字。 第一种方法每个功能投退均需设计独立的遥 控回路 ， 且应可靠保持 ， 保护和测控柜接线异常复 杂； 第二种和第三种方法回路简单， 但监控必须获 取保护详细运行状态， 要求保护与监控紧密联系。 相比而言第二种更为合理可靠， 第一种风险较大， 第三种与反措要求存在偏差。 锡西南苏州西变 电站采用第二种方案 ， 且范 围限于常用功能压板和定值区切换 ， 非常用功能 压板 、 定值修改等仍 由变电站现场安措完成。 对继电保护输 出( 如跳闸压板) 的远方控制 存在极大的安全隐患， 且不实用 ， 因此设计未予考 虑 。 无人值班变电站保护操作仍 以现场为主， 因 此在二次回路设计 中， 仍保留把手 ( 按钮) 和压板 等现场功能 ， 以满足现场安措和检修工作需要。 1 4防误闭锁设计 无人值班变电站防误闭锁方案既要满足规程 和反措要求 ， 又要方便远方遥控操作 ， 避免使用锁 具和现场模拟。 锡西南和苏州西变电站 5 0 0 k v和 2 2 0 k v采 用 g i s设备 ， 防误操作主要采用 g i s完整的电气 闭锁 ， 3 5 k v常规设备有源间隔同样设 置了完整 的电气闭锁 ； 另外 ， 计算机监控 系统也设计 了完整 的逻辑闭锁功能， 逻辑闭锁不仅判断辅助接点位 置 ， 还判断采样模拟量。该方案既满足生产和安 监部 门要求 ， 又较好地适应了监控 中心远方操作 要求。 1 5 图像监视安全警卫以及其它辅助系统 无人值班对 可视化 和环 境监控有一定 的要 求 ， 并考虑防火 、 防侵因素。 除满足生产运行要求 的设备遥视布点外 ， 图 像监视安全警卫 系统还应包括 门禁 系统 ， 围墙防 侵措施 ， 主要运行二次设备室温度湿度监测 ， 空调 和灯光遥控， 重点部位水位监视等。火灾报警应 与图像监视系统联动(自动推遥视画面) 。 主变消防 、 建筑消防和排水等辅助系统也应 具备 自动或远方控制功能。 1 6电源 系统 无人值班站监控 、 保护 、 控制 、 不停 电电源要 求按两小时考虑， 因此直流系统蓄电池 和 u p s选 择不 同于常规 5 0 0 k v站。事故照明人到现场开 启 ， 仍按一小时考虑。 1 7 建筑和设施简化 无人值班变电站可以简化建筑设置， 但一楼 维普资讯 孙 纯军 ， 等5 0 0 k v变电站 无人值班设计思路和试点技 术 门窗需适当增加防盗措施。 经过优化合并 ， 减少了值休室类生活房间， 控 制室面积压缩 ， 继 电器室屏 间距离合理调整。最 终 ， 锡西南变电站总建筑面积小于 1 0 0 0 m ， 苏州 西变电站总建筑面积约 1 0 0 0 m 。 无人值班站为人设置的服务设施可以简化 ， 除 监控后台外 ， 生产办公系统简化 ， 站内通信简化。 2 锡西南和苏州西变 电站试点技术 2 1 程序化控制方案设计 程序化控制是指通过计算机监控系统预设程 序对变电站设备进行批命令操作 ， 根据遥测 、 遥信 变化判断每步操作到位和准确性 ， 准确到位进入 下一步， 否则停止并告警。 除站内后台可执行程控操作外 ， 无人值班站 还要求监控中心可执行程控功能。监控中心执行 程序化控制有三种方案。 第一种是 由监控 中心主站系统设 置和判别 ， 执行时按序列 向变电站监控系统发送分解后的单 命令。 第二种是由监控中心向变电站监控系统发送操 作目标， 由变电站监控系统设置和判别， 过程信息发 监控中心， 单间隔由该间隔测控单元实现， 跨间隔则 由远动通信单元分解成对应间隔的分批命令。 第三种也是由监控中心 向变电站监控系统发 送操作 目标 ， 由变电站监控系统设置和判别 ， 过程 信息发监控中心 ， 但均 由远动通信单元实现 ， 直接 分解成单命令至相应单元。 第一种要求监控 中心主站系统功能强大， 操 作过程依赖于通道上的多种信息传送， 可靠性差， 且新增程控站接入监控中心时容易造成混乱。 第二种和第三种程控功能主要 由站内监控完 成， 性能较好 ， 变电站与监控中心间传送的是简单 指令。第二种远动通信单元工作量小 ， 程控操作 票主要存于各测控单元 ， 牵涉范围广 ； 第三种程控 操作票均存于远动通信单元 ， 设备性能要求高 ， 但 不涉及测控单元 ， 容易验证。 锡西南和苏州西变电站监控中心执行程控采 用方案三 ， 远 动通信单元硬件采用 高性 能设备 。 监控中心执行程控操作前 ， 先 向变电站发起遥 控 选择， 并实现操作票的传递和验证； 发出程控指令 后 ， 操作判别 由变电站实现， 监控中心仅监视过程 信息。 变电站内执行程控操作的方案有两种 ， 第一 种是同样通过远动通信单元进行 ， 站 内后 台不另 存票和判别 ， 第二种是站 内后台也独立存票并判 别。方案一增加了远动通信单元 的工作量 ， 但可 保证正确性 ； 方案二多处存票不利于管理 ， 改扩建 时易导致错误。为保证正确性 ， 锡西南和苏州西 采用方案一。 锡西南和苏州西变电站程序化控制范 围为 ： 各电压等级本间隔一次设备从运行一热备用一 一 冷备用 的过 程， 2 2 0 k v各 间隔双母线倒 闸操 作。双母线倒 闸操作除一次设备外 ， 还包括 2 2 0 k v母差保 护改互联操作 ( 退小差 ) 、 母联单元 改 非 自动操作( 停直流电源) 以及 p t回路并列二次 回路遥控。 2 2 保护数据信息及与监控的接口设计 无人值班变电站 中， 保护硬接点信号难以满 足监控中心对事故处理 以及保护功 能遥控 的要 求 ， 保护还应提供运行状态和动作事件信息 ， 但也 不能影响常规远动信息的实时性。 保护装置对外数据信息主要分为 a 类 ( 运行 状态信息 ， 如压板 、 控制字 、 定值 、 定值 区、 异常工 况 、 自检信息等) ； b类 ( 非波形动作事件报告 ) ； c 类 ( 录波 波形 ) ； d类 ( 接 收控制命令 ， 如功能投 退 、 定值切换 ) 。 单套装置 a类 和 b类 信息文件小 ， c类信息 则有几百 k甚至上兆字节。d类控制仅限于常用 功能投退切换 ， 主要包括线路主保护投退 、 重合 闸 投退 、 远方跳闸功能投退 、 定值区切换 、 以及程序 化控制需遥控的保护功能。 从需求看 ， 不同于继保专业部门， 监控中心对 a 类 、 b类和 d类信息实时性要求较高， 而波形分 析仅用于特殊事故汇报。除遥控需求信息和动作 事件主动上传外 ， 其余保护信息可仅召唤查询。 基于上述分析 ， 保护 a 类 、 b类 和 d类信息通 过监控途径传输 ， 录波波形不接入监控系统 ( 通 过故障信息系统传输 ) 。当远方遥控或现场操作 导致压板或定值 区状态改变时 ， 相关压板和定值 区信息主动上 传； 保 护动作后 ， 事 件报告 ( 非波 形) 主动上传； 监控 中心对其 余信息采用 召唤查 询方式 。 为规范和统一信息传输 ， 变电站与远方监控 中心之间的保护数据信息传输 ， 采用统一远动通 信单元连接方案。经过双端配合开发测试， 保护 维普资讯 8 ( 总 8 ) 鲁莱 电力 报文信息采用 i e c 6 0 8 7 0 - 5 1 0 3网络方式传输 ， 与 常规远动信息相对独立。 继电保护数据 口信息分类及与监控信息交换 见 图 l 。 保 护 故 障 信 息 控 中 s c a d a l 主 站 、分站 l i l l 掣 械 隐 毒 箕 卺 e l远 通 单元 i l站 层其他设 计算 机监控 系统 故 一 一 _l l l l”= 瞳 护故 障 信息 予 站 录 一 - l 。 一 j - 。 波 - 障 t 一 _ 。 _ c+ 器 a 保 护 帽 嗍 器 h 智 能 凇单 元 i 伟 监 j 单 i 主 】 e 监 弹元 i j bf 一一一一 一一 一一一 一一 i 缸 氟 定 呕、 定 赫帐 异 耘扎 自 榭 期 r i c 莉蝴 d 赫蝓 令 继电保护数据一 言息分类 图 1 继电保护数据 iz l 信息分类及与监控信息交换 图 2 3 变电站信息分类分区传输 无人值班变电站信息种类繁多， 分类分 区显 得尤为重要。 除线路保护、 故障测距和联络电话外 ， 5 0 0 k v 无人值班变电站信息分类分 区传输示意图见图 2 所示 。 在监控中心在线监测 主站系统尚未建立时， 也可以采用过渡方案传输在线监测信息。 2 4 辅助系统控制 除自动控制技术外 ， 无人值班站辅助 系统远 方控制 目前仍依赖于图像监视安全警卫系统和监 控 系统两种途径。 试点变电站主要考虑了如下功能 ： 图像监视 一 安全区l 十皇鳇 墨笪星墨堡 1 二 夏 两通 趸 _ 二棰 丽 ( f e 接口 ) 通道 ； c mi s 网通道 。 图 2 5 0 0 k v无人值班变电站信息分类分区传输示意图 系统对空调和灯光 回路 的遥控 ， 门禁人侵和火灾