500kV无人值班变电站安全监测信号采集.pdf

第3 6卷第 1期 2 0 0 8年 1月 善 束雷力 e as t c hj t3 a ei e c tr i c po w er v0 1 3 6 n0 1 j a n 2 o o 8 5 0 0 k v无人值班变电站安全监测信号采集 杨 国庆 。 李珉 。 孙纯军 ( 1 华东电网有限公 司 ， 上海2 0 0 0 0 2 ； 2 无锡供电公 司， 江苏 无锡2 1 4 0 6 1 3 江苏省电力设计院， 江苏 南京2 1 0 0 2 4 ) 摘要： 对5 0 0 k v无人值班变电站安全监测信号的范围、 类型进行了界定， 对实现 5 0 0 k v无人值班变电站安 全监测信号的采集原则、 数据源、 接人方式等进行了较详细的说明， 为规范化地实施5 0 0 k v无人值班变电站 建设提供参考。 关键词 ： 5 0 0 k v变 电站 ； 无人值班 ； 安全监测 ； 信号采集 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 ： 杨 国庆( 1 9 6 8 ： ) ， 男 ， 主管 ， 高级工程师 ， 从事变 电站 自动化设备管理工作。 中图分类号 ： t m 6 3 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 1 6 - 0 4 ac qu i s i t i o n o f s e c ur i t y mon i t or i n g s i gn a l s f o r 5 0 0 k v un a t t e n d e d s u bs t a t i o n s y 4 ng g u o q i n g ，s u n c h u n ， l ( 1 e a s t c h i n a gri d c o mp a n y l i mi t e d ，s h a n g h a i 2 0 0 0 0 2，c h i n a ； 2w u x i p o we r su p p l y co mp a n y，wux i 21 4 061，chi n a； 3 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 ) ab s t r a c t ： t h e s c o p e a n d t y p e o f t h e s e c u ri t y n mn i t o r i n g s i gn a l f o r 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 o r e d e fi n e d ，a n d t h e a c q u i s i t i o n p ri n c i p l e o f t h e s e c u ri t y mo n i t o ri n g s i gn a l f o r s u c h s u b s t a t i o n s i s i ll u mi n a t e da s w e l l a s t h e d a t a s o u r c e a n d c o n n e c t i n g me t h o d ke y wo r d s ： 5 0 0 k v s u b s t a t i o n ；u n a t t e n d e d ；s e c u ri t y mo n i t o r i n g ；s i gn al a c q u i s i t i o n 目前 国内许多 2 2 0 k v变电站已实现无人值 班， 国网系统也正在试点 5 0 0 k v变 电站无人值 班。5 0 0 k v变电站在系统中的地位重要 调度和 运行要求也较为复杂 ， 要实施无人值班 ， 除了健全 的管理制度外 ， 远方渊度或监控中心还必须能获 取必要的信息。与常规的有人值班站一样， 安全 在无人值班站是需要第一位进行考虑的关键因 素 ， 与常规的有人值班站不同的是， 无人值班站的 安全信号采集更加重要 除了大量的硬接点 信号 外 还包括了大量的报文信号和视频信号。安全 信号的规范性直接影响到 5 0 0 k v无人变电站的 大面积推广工作 ， 本文中提供 了一些实现安全信 号采集的思路。 l 无人值 班变 电站的危险点分析 无人值班变电站与常规有人值班站相比， 由于 减少了运行值班人员 ， 大量需要由人员确保的安全 事项需要由系统来完成 ， 大量可以由人员发现并及 时处理的危险点也必须由系统及早地发现并进行 反应。这对变电站的安全信号采集机制、 传输手段 和处理机制都提出了新的要求。要实现无人值班 站的安全 ， 主要考虑在 四个方面： “ 设备安全、 环境 安全、 人员安全、 操作安全” 。其中设备安全和环境 安全主要是通过技术手段来实现的， 人员安全和操 作安全则主要需要通过闭锁原则的配置校验以及 管理手段来实现。无人值班变电站的安全信号采 集主要是解决设备安全问题和环境安全问题。 2 设备状态信号也是设备安全信号 在常规的5 0 0 k v有人值班变电站中， 未提 出 过安全信号的概念。丽在无人值班站中， 明确地 提 出了安全信号 ， 这就需要明确安全信号的范围。 是否需要在常规的 5 0 0 k v有人值班变电站的配 置基础上另外增加很多的系统或设备来专门进行 安全信号采集是首先需要解决的问题。 反映设备状态的信号 ， 主要包括常规 5 0 0 k v 有人值班变电站 的大量硬接点信号和软报文信 号 真实地反映设备的状态， 例如断路器位置； 反 维普资讯 杨国庆 。 等5 0 0 k v无人 值班 变电站 安全监 测信 号采 集 1 7 ( 总 1 7 ) 映设备异常 ， 例如断路器 s 报警 ； 反映实际发生 的故障， 例如主变大差动保护动作等， 都与安全有 着直接的联系。所以， 认 为所有的设备状态信号 都是设备安全信号。在此基础上， 增加部分进一 步保证安全的设备或系统后 ， 可以提高 5 0 0 k v无 人值班站的安全性。 需要指出的是 ， 目前 由于受到系统能力限制 ， 对设备及电网的安全监视能力尚有待提高 ， 随着 数字化变电站技术 的推广和应用 ， 安全监视能力 将有显著的提高。安全信号的范围和深度也将有 本质的突破。 3 5 0 0 k v变 电站安全监测信 号类型 5 0 0 k v变电站运行设备包括一次设备、 二次 设备、 在线监测设备 、 消防设备 、 暖通排水设备等。 变电站无人值班后 ， 远方调度或监控 中心需要及 时掌握站 内设备运行状况和事故情况 ， 因而站 内 设备信号应列入安全监测范围。 由于变电站 日常无固定值班人员 ， 环境监测 对变电站安全生产显得尤为重要 ， 主要包括围墙 大门、 站内建筑物、 电缆沟 、 火灾烟雾、 水位 、 温度 、 湿度等 ， 这些环境变化直接影响变 电站安全 和设 备运行 ， 因而站 内环境信号也列入安全监测 的范 围。 3 1 设备类安全监测信号 3 1 1 一 次设备 安全监 测信 号 ( 1 )各 电压等级单元( 含母线 ) 电流 、 电压等 模拟量信号 ； ( 2 )站用 电系统 ( 低压 侧) ： 电流、 电压模拟 量信号； ( 3 )主变压器 、 电抗器 ： 温度模拟量信号 ； ( 4 )主变压器本体及冷却器 ： 本体故障 、 有载 故障 、 分接头位置 、 冷却器投入 、 冷却器故障、 电源 异常等 ； ( 5 )高压电抗器( 含 中性点小 电抗) ： 高压 电 抗器本体故障、 中性点小电抗本体故障； ( 6 )站用变 ： 本体故障、 有载故障 、 分接头位 置等 ； ( 7 )低压电抗器： 本体故障等； ( 8 )低压 电容器： 本体故障等 ； ( 9 )各 电压 等级配电装置 ： 断路器 、 隔离 开 关、 接地刀闸、 手车位置信号； 断路器各种报警、 闭 锁 、 储能信号 ， 远 近切换位置、 电源异常； 隔离开 关和接 地 刀闸 远 近 切换 位置 ， 解 锁信 号 ； g i s 、 hg i s 、 充气柜气室信号 ； s f 互感器气压报警 ； ( 1 0 )站用 电系统( 低压侧) ： 低压侧进线 、 联 络开关位置 ， 本体故 障， 自动投切 ， 远 近切换位 置 ； 母线失电等； ( 1 1 )视频 图像监视 ： 变压器 、 电抗器 、 电容 器 、 g i s 、 hg i s 、 断路器 、 隔离开关及接地刀闸、 c t 、 p t、 避雷 器 和瓷 绝缘 子等 运行 设 备外 观状 态 ； g i s 、 h g i s 设备或断路器的分合指示， 隔离开关及 接地刀闸的分合状态 ； 其他充油 、 易燃设备的外观 状态 。 3 1 2 二次设备安全监测信号 ( 1 )直流系统： 直流母线 电压 、 充电电流模拟 量信号 ； ( 2 )各保护装置 ： 保护动作 、 闭锁、 告警、 失电 硬接点信号 ； ( 3 )各测控装置 ： 装置故 失 电、 控制方式 远 近切换位置 、 闭锁解除、 同期信号 ； ( 4 )直流系统和不停电电源 ： 直流系统异常、 接地 、 逆变故障信号； ( 5 )其他二次 回路 ： 事故信号 、 控制 回路 断 线 、 电压断线 、 切换继 电器 动作 、 三相不一致 、 p t 并列信号； ( 6 )公用信号 ： g p s异常 、 故 障录波 n距启 动或异常、 稳控 功角测量异常、 视频监视故障、 空 调故障、 消防排水系统启动 故障信号等 ； ( 7 )监控 系统 信号 ： 变 电站 主( 备 ) 通道投 入 退出、 遥测异常( 越限、 恢 复正常 、 总加不刷新 等 ) 、 事故总信号； ( 8 )各保护装置数据 口信号 ； 故障录波 测距 装置数据 口信号； ( 9 )电能量系统数据 口信号； ( 1 0 )直流系统和不停电电源数据 口信号 ； ( 1 1 )稳控 功角测量数据 口信号 ； ( 1 2 )g p s系统数据 口信号； ( 1 3 )消防 火灾报警数据 口信号 ； ( 1 4 )视频图像监视 ： 二次设备屏柜 、 蓄 电池 外观。 3 1 3 在线 监测 设备安 全监 测信号 ( 1 )变压器在线 监测 ( 色谱分析 ) 数据 口信 号 ： ( 2 )避 雷器在线监 测 ( 动作 此书 和泄漏 电 流) 数据 口信号； 维普资讯 1 8 ( 总 1 8 ) 鲁 电力 ( 3 )g i s在线监测数据 口信号。 3 2 环境类安全监测信号 环境类安全监测信号包括室内环境信号 、 安 全防范信号、 火灾报警及消防信号 、 环境温度和湿 度信号 、 水位信号等。 ( 1 )室内环境 ： 监视变电站主要室内 ( 主控 室、 保护小室 、 交直流 电源室、 蓄 电池室 、 消防泵 房 、 排水泵房、 开关柜室、 所变室、 电缆层 、 电容器 室、 通信室等) 场景情况 ； ( 2 )安全 防范 ： 大门围墙或建筑物入侵信号； ( 3 )火灾报警及消防： 在指定位置装设感烟 探测器、 线性定 温探测器 、 终端器 、 定温 电缆等设 备， 接入火灾报警及消防系统； 并设置视频探头进 行外观监视 ； ( 4 )环境温度和湿度 ： 在建筑物 内对温湿度 有特定要求的房间( 如保护小室、 蓄电池室 、 交直 流电源室 、 开关柜室等 ) 安装空调 ， 并通过视频系 统设置温湿感探头实现对温湿度的信息采集 ； ( 5 )水位 ： 在重要部位， 如排水泵房 、 电缆沟， 设置视频探头监视变电站水位情况。 4 5 0 0 k v变 电站安全监测信 号采集要求 要实现 5 0 0 k v变 电站无人值班 ， 在变电站原 有“ 四遥” 的基础上， 应增加视频 图像安全监视 系 统 ， 实现所谓 的“ 遥视” 功能 ， 除实 现常规变 电站 要求的变电站总体外观监视外 ， 还应实现对变 电 站重要运行设备和环境的外观监视。 计算机监控系统和视频图像安全监视系统是 远方监控中心实现对 5 0 0 k v变电站 内信号采集 的主要途径。除此之外 ， 由于远方调度或监控 中 心的特殊要求 ， 还需要通过电能量系统 、 保护故障 信息系统 、 广域测量系统 ( wa m s ) 、 在线监测 系统 等实现对 5 0 0 k v变电站其他信息的采集。 以下对 5 0 0 k v无人值班变 电站安全监测信 号采集方式和要求加以说 明， 并指出远方监控中 心信息需求 。远方调度中心信息需求同常规变电 站 ， 按照调度 自动化设计技术规程执行 ， 本原则不 叙述 。 4 1 计算机监控系统采集 计算机监控系统 i o单元采集包括 ： ( 1 )模 拟 量 各电压等级单元( 含母线) 电流、 电压等模拟 量信号 ； 站用电系统 ( 低压侧 ) ： 电流、 电压模拟量信 号 ； 主变压器、 电抗器 ： 温度模拟量信号； 直流系统 ： 直流母线电压 、 充 电电流模拟量信 号 。 ( 2 )开 关量 根据信号处理的危急程度及信号特点 ， 将开 关量信号细分为 四类， 在计算机监控 系统上实现 分类显示。 ( 3 )事故信号 包括反应事故的信号及断路器变位信号 ： 断路器分 、 合 ； 保护动作信号； 单元事故和事故总信号 ； 断路器弹簧未储能； 断路器分合是重要监视信号 ； 断路器弹簧未 储能信号一定会伴随断路器合闸， 在事故跳闸时 可以作为重合闸动作的判据。 ( 4 )告警信 号 各种一次 、 二次 、 消防排水等设备失电、 闭锁 、 异常、 告警等信号， 需要立即关注并进行处理 ； 变压器、 电抗器 、 电容器等设备异常告警 ； 断路器机构告警闭锁信号 ： 分合 闸闭锁 、 s 告警闭锁 、 漏氮报警 、 就地控制信号 、 加热储能 电 源消失等 ； g i s 、 h g i s 、 充气柜气室告警 ； 保护装置告警 、 闭锁、 失电 、 通道故障等信号 ； 测控装置故 失电、 控制方式远 近切换 、 闭 锁解除 、 同期信号 ； 二次回路各种告警信号； 解锁信号， 隔离开关和接地刀闸控制远 近切 换位置信号 ； 其他各设备 装置告警异常信号 ； 模拟量越限信号。 ( 5 )变位信 号 隔离开关和接地刀 闸的变位信号， 倒 闸操作 时要重点关注。采集常开 、 常闭两付接点， 以便相 互校验 ， 确保可靠指示设备位置状态。 ( 6 )提 示信 号 一 般 的提 醒 告 知信 号 ， 不需 要 进 行 处 理 。 v q c自动调节 时， 电容 器 、 电抗器 、 断路 器 的分 合、 主变分接 头档位变化等 都应列入 d类信 号， 以减少监视工作量 。 维普资讯 杨国庆 ， 等5 0 0 k v无人值班 变电站安全监测信号采集 其中， 事故信号 、 告警信号 、 变位信号要求分 优先级主动上送 ， 提示信号远方召唤后上传。 4 2 计算机监控系统通过其他设备数据 口采集 ( 1 )通过保 护装 置数据 口采 集 装置描述 ： 厂站和单元名称、 厂家、 型号、 版本 号 、 功能描述等 ； 定值( 含控制字 ) 和定值区号； 软 硬压板状态 ； 保护测量： 电流、 电压 、 频率等测量值 ； 动作事件报告( 不包括波形 ) ； 运行信息 ： 失电、 闭锁 、 异常 、 告警等。 ( 2 )通过电度表数据 口采集( 仅适 用于未设 置电能量 系统 ， 依 靠监控 中心进行 电量平衡的地 区 ) 通过直流监控装置和逆变智能装置数据 口采 集。 通过消防和火灾报警主机数据 口采集。 4 3 视频图像安全监视系统采集 信号包括 ： 监视变电站区域场景情况 ； 监视变压器、 电抗器 、 电容器 、 g i s、 hg i s 、 断 路器 、 隔离开关及接地 刀闸、 c t 、 p t、 避雷器和瓷 绝缘子等运行设备外观状态 ； 监视 g i s 、 hg i s设备或断路器 的分合 指示 ， 隔离开关及接地刀闸的分合状态 ； 监视其他充油、 易燃设备的外观状态。 监视变 电站主要室内( 主控室 、 保护小室、 交 直流电源室、 蓄电池室 、 消防泵房 、 排水泵房 、 开关 柜室、 所变室 、 电缆层 、 电容器室 、 通信室等) 场景 情 况 。 大门或 围墙入侵在远方监控中心后台系统推 画面( 主动上送 ) ， 实现变电站 防盗 自动监控 ， 可 进行周界、 室内、 门禁的报警及安全布防、 撤防。 监视门禁 、 空调 、 排风扇等设备状态。 监视变电站重要部位水位。 4 4 保护故障信息系统采集 信号包括 ： ( 1 )保护装置所有数据 口信息( 包括故障波 形 ) 。 ( 2 )故障录波和故障测距装置数据 口信息