500kV集中监控系统程序化操作功能设计与实现.pdf

第 3 6卷第 1期 2 0 0 8年 1月 鲁氧雹力 e a s t c hi n a el e c tr i c p o wer vo l _ 3 6 no 1 j a n 2 0 0 8 5 0 0 k v集中监控系统程序化操作功能设计与实现 朱-m 。 沈键 ， 庄卫金 ， 陆芸 ， 陈宁 ( 1 华东电网有限公司， 上海2 0 0 0 0 2 ； 2 国网自动化研究院， 江苏 南京2 1 0 0 6 1 ) 摘要 ： 分析 了程序化操作 在 5 0 0 k v集 中监控系统中的几种设计方 案， 通过 比对 ， 提出 了程序化 操作票在变 电站单侧存储并利用主站和变电站共同实现程序化操作的思路。结合无锡 5 0 0 k v集中监控中心程序化操作 的应用实例， 介绍了5 0 0 k v集中监控系统在程序化操作方面的间隔运行状态识别、 信息传输、 操作票执行等 相关功能的具体实现。 关键词 ： 变电站 ； 集中监控 系统 ； 程序化操作 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 ： 朱 一晨 ( 1 9 6 4 ) 男， 高级工程师 ， 从事电网调度运行管理工作 。 中图分类号 ： t m7 3 4 文献标识码 ： a 文章编号 ： 1 0 0 1 9 5 2 9 ( 2 0 0 8 ) o 1 - 0 0 3 0 - 0 5 de s i g n a n d r e a l i z a t i o n o f p r og r a m me d o pe r a t i o n f o r 5 0 0 k v c e nt r a l i z e d c o nt r o l s y s t e ms z h u 一 c h e n ，s h e n j i a n ， z h u a ng w e i -j i n ， l u y u n ， c h e n n i n g ( 1 e a s t c h i n a g r i d c o m p a n y l i m i t e d ，s h a n g h a i 2 0 0 0 0 2 ， c h i n a ； 2 s t a t e g ri d a u t o m a t i o n r e s e a r c h l n s i t i t u t e ， n a n j i n g 2 1 0 0 6 1 ， c h i n a ) abs t r a c t ： s e v e r a l d e s i g n s c h e me s f o r p r o g r a mme d o pe r a t i o n o f t h e 5 00 kv c e n t r ali z e d c o n t r o l s y s t e m a r e a naly z e d a n d c o mpare d，and t he i de a o f s a v i n g t h e p r o gra mme d o p e r at i o n t i c ke t i n t he s i n g l e s i d e o f t he s u b s t a t i o n a n d u s i n g bo t h t he ma s t e r s t a t i o n a n d t h e s u bs t a t i o n t o r e ali z e p r o g r a mme d o p e r a t i on i s pr o p o s e dbase d o n a p p l i c a t i on o f t h e p r o gra mme d o pe r a t i o n i n wux i 5 0 0 kv c e n t r ali z e d mo ni t o r c e n t e r，r e ali z a t i o n o f f un c t i o n s o f b a y o p e r a t i o n s t a t e r e c o gn i t i o n，i n f o r ma t i o n t r a n s mi s s i o n，a n d o p e r a t i o n t i c k e t i mp l e me n t i n g for t h e 5 0 0 k v c e n t r ali z e d mo n i t o r s y s t e m are r e c o mme n d e d ke y wo r ds： s u b s t a t i o n；c e n t r a l i z e d mo n i t o r s y s t e m；p r o gra mme d o p e r a t i o n 近年来 ， 变电站 自动化技术 已达到了较高的 水平 ， 变电站安全运行所需的数据 已基本实现 了 自动采集并上送至 当地监控 、 调度主站或监控 中 心 ， 主要 的一次设备也实现了遥控 ， 从而实现 了变 电站集 中监控。2 2 0 k v及以下变电站无 人或少 人值班 的技术已 日趋成熟 ， 配套 的集中监控系统 操作信息) 来组织告警信息的显示 方式。表 5是 对实时告警信息的控制显示 。 表 5 实时告警信息控制显示 保 护信息类型 告警 窗定 义 1 1 12 ) 3 ) 保护动作信息 压板信息 故障告警信息 装置通讯信 息 自检信息 修改定值区操作 修改软压板状态 定值等查询操作 注 ： ( 1 )上重要告警窗； ( 2)上次要告警窗； ( 3 )上保护操作告 警 窗。 装置在上送实时告警时， 不仅上送 了告警信 息的序号 ， 还上送了告警信息的值。一般来讲 ， 信 息值可分 为动作 ( 告 警 ) 、 复 归、 状态 不确定等 。 主站监视人员可 以根据实际运行监视 的需 要 ， 对 实时告警信息的值状态进一步细分告警信息的显 示方式。如监视人员需要时刻监视保护动作类的 动作信号 ， 而对其复归并不需要作为重要级别进 行 监视 。 在集控保护一体化集 中监控 系统中， 可以利 用系统提供的告警信息查询工具按厂站、 间隔、 装 置 、 任意时间段等方式来查询历史发生的各类历 史信息。 收稿 日期 ： 2 0 0 8 - 0 1 - 0 2 本文编辑 ： 郑文彬 维普资讯 朱一晨 ， 等5 0 0 k v集 中监控 系统程序化操作功能设计与实现 3 l ( 总 3 1 ) 的建设也逐步普及 。5 0 0 k v变 电站无人或少人 值班技术是 目前的研究热点之一 ， 5 0 0 k v集 中监 控系统也已经在部分地区投运 。随着无人或少人 值班变电站的逐步普及 ， 集 中监控 中心的遥控任 务越来越重 ， 操作次数也越来越频繁 。一方面 由 于误操作的概率增加导致监控人员的工作压力很 大； 另一方面， 传统的遥控操作效率比较低 ， 受到 人为因素的影响 比较大。因此 ， 有必要在技术上 采取有效措施， 提高电网的安全运行水平。 程序化操作是指通过 自动化系统预先设定的 程序( 也称为程 序化操作票或操作序列) 对设 备 进行一系列操作 ， 发出的操作指令是批命令 ， 由自 动化系统根据设备的遥测 、 遥信量 相应变化判断 每步操作是否到位， 确认到位的情况下进行下 一 步操作 ， 否则告警 。每个控制对象 同一时刻只接 收一种方式 ( 一个批命令或常规命令) 控制， 同时 收到两条及 以上命令或与预操作命令不一致时 ， 不执行指令并发 出错误 提示 。实施程序化操作 后 ， 监控人员根据操作要求选择程序化操作票， 操 作票的执行和操作过程的校验由自动化系统 自动 完成 。目前 ， 国内一些变电站采用了程序化操作 ， 例如无锡和 苏州地 区有 几座 1 1 0 k v变 电站 和 2 2 0 k v变电站 已按程序化操作实施。5 0 0 k v变 电站尚无程序化操作的运行实例。本文结合无锡 5 0 0 k v集中监控中心系统 的应用实例 ， 研究了程 序化操作的设计思路与实现方法 ， 重点阐述监控 中心主站侧相关的技术 。 1 总体设计方案 1 1 方案一( 监控中心主站实现) 监控中心主站将每一程序化操作命令设置成 特定的控制序列包， 存储在主站数据库 中。执行 时从数据库读取程序化操作命令 ， 按设定 的序列 向变电站发送分解命令 ， 每步操作是否成功都 由 主站判别 。 这种方案要求 主站系统功能强大 ， 主站侧维 护和调试工作量较大 ， 变电站侧工作量小 ， 操作过 程 中有多条命令和确认信息在数据通道传送 ， 过 程复杂 ， 中间环节出现问题将较难处理 ， 安全可靠 性难以满足要求 ， 而且新 变电站接人或者在变 电 站扩建时容易造成混乱。 对于具备程序化操作功能的变 电站， 这种方 案不宜采用。 1 2 方案二( 监控 中心主站和变 电站共同实现 。 操作票在两侧分别存储) 程序化操作命令 即操作票分别存储在监控 中 心主站和变电站的数据库中。主站存储操作票的 目的是为了操作选择及后续 的操作信息提示 ， 而 操作步骤的分解则由变电站完成。程序化操作执 行时， 由监控人员从 主站数据库选择合适 的操作 票 ， 向变 电站 发现 一个 操作 票 信息 ( 即操作 目 标) ， 如“ 1 号出线开关由冷备用转为热备用” 。变 电站 自动按预定的操作票把操作 目标分解成相应 的单步操作命令 ， 每步操作和操作结果的判断均 在变 电站侧完成 ， 整个过程实时信息上送至监控 中心 主站 。 在 目前 已实施的无锡和苏州地区的几座 1 1 0 k v变 电站和 2 2 0 k v变电站的程序化操作基本采 用该方案。 这种方案虽然解决 了方案一的操作过程的一 些缺陷。但主站侧的工作量相对较小 ， 变 电站侧 工作量相对较高 ， 要求具备程序化操作功能。实 际工程实施 中带来的问题是需要同时验证和维护 两套操作票 ， 工作量较大 ， 容易出错 ， 尤其在变电 站扩建或改建期间 ， 给安全运行带来 了一定的隐 患 。因此 ， 在 5 0 0 k v集 中监控系统 中需设计更好 的实现方案。 1 3 方案三 ( 监控中心主站和变电站共同实现 ， 操作票在变电站侧存储 ) 与方案二类似 ， 这种方案也是需要监控 中心 主站和变电站分工合作 ， 共 同实现 ， 有所 区别的是 操作票仅在变电站侧存储 ， 主站侧无需存储。相 应的， 程序化操作的总体处理流程有所变化。 程序化操作执行时 ， 监控人员在人机界 面选 择需要操作的间隔。主站根据间隔当前状态列出 可选 的目标状态 ， 在监控人员选择正确的 目标状 态后采用合适的信息传输策略从变电站召唤对应 的操作票信息， 并在人机界面显示。监控人员确 认后 ， 主站向变电站发送一个操作 目标。变电站 内远动单元将操作 目标直 接分解 成单步遥控命 令 ， 发至相应的 i 0单元操作 ， 每步的操作和判别 均在变电站完成 ， 整个过程的实时信息上送主站。 在对单个间隔的程序化操作即典型票操作基 础上 ， 对信息传输规范和策略、 监控中心主站人机 界面和操作处理作一定改进 ， 还 可以实现针对多 个间隔的组合程序化操作及组合票功能。 维普资讯 3 2 ( 总 3 2 ) 要藩 电力 较之前两种方案， 方案三具有以下优势 ： ( 1 )面向间隔操作 ， 所见即所得 ， 可以实现灵 活的典型票和组合票操作功能 ， 操作方便性有进 一 步的提升。 ( 2 )操作票单侧存储和维护 ， 避免了因两侧 维护带来的信息不一致的问题， 降低了出错概率， 提高了安全性。 ( 3 )减少了维护工作量和遥控调试工作量 ， 缩短了厂站接人调试周期 ， 提高了运行效率。 基于上述优点 ， 新建的无锡 5 0 0 k v集中监控 中心的程序化操作采用 了该方案 ， 并在监控 中心 主站系统和变电站 自动化系统的分工合作下得到 比较完美的实现。 2 5 0 0 k v集 中监控 系统 程序化 操作 实现 的基本要求 2 1 对变电站的基本要求 所有参与程序化操作的一次设备需要实现电 动操作， 无需人工干预。除要求一次设备具有较 高的稳定性 、 可靠性外 ， 要求参与程序化操作的二 次设备稳定 、 可靠 ， 一方面能按操作票 的顺序正确 发出控制信号 ， 并确保一次设备状态的采集准确 无误 。另外 ， 要求二次设备具备一定的容错措施 ， 在一次设备发生异常情况下不出现误操作 。 2 2 对主站的基本要求 除满足主站系统常规 的技术要求之外 ， 主站 还需满足如下基本要求 ： ( 1 )具备程序化操作票召唤功能， 能正确处 理和显示变电站上送的程序化操作票信息； ( 2 )具备间隔运行状态正确识别能力； ( 3 )人机界面友好、 使用简便 ， 能反映程序化 操作过程信息及操作结果 ； ( 4 )具备严密的权限控制和完整的操作 日志 记 录 ； ( 5 )具备一定 的容错措施 ， 在 电网发生异常 的情况下 ， 可随时终止程序化操作。 2 3 对数据通信的要求 集中监控系统主站与变 电站通信 主要 采用 i e c 1 0 1 、 i e c 1 0 4等协议 ， 这些协议 主要传送 常规 的四遥信息， 对程序化操作票 的传送都没有定义； 另一方面 ， 程序化操作 的控制命令、 过程信息、 操 作报告等数据在通信协议均未有相关 的约定。因 此 ， 需对现有协议进行扩充和修改。相应的， 主站 和变电站数据通信软件模块也需要做相应 的调 整， 以满足程序化操作数据通信的要求。 3 程序化操作在 5 0 0 k v集 中监控 系统上 的实现 结合无锡 5 0 0 k v集中监控系统的应用实例 ， 介绍程序化操作方面相关功能的具体实现。 3 1 主站系统基本结构 集中监控主站系统基本结构如图 1 所示。系 统主要的节点包括 ： 两 台前置服务器 、 两台 s c a d a服务器 、 两台商用数据库服务。其 中， 前置服 务器负责与变 电站通信 ， 接收上送 的各类实时数 据、 召唤 各类 操 作票 及 进 行控 制命 令 的 传送 ； s c a d a服务器负责间隔运行状态的识别 、 控制过 程的监视及告警 日志的记录； 商用库数据库服务 器负责存储电网模 型及各类历史数据 ； 工作站上 主要运行人机界面， 监控人员在界面上选择需要 控制的间隔对象和操作 的目标状态 ， 完成操作票 的召唤 ， 并在其基础上完成整个程序化操作 的流 程 。 商用数据库 s c a da 服务器组 服务器组 终 端服 务器组路 出器 图 1 主站系统基本结构 3 2间隔运行状态的识别 间隔运行状态 ( 运行 、 热备用、 冷备用、 检修 等状态) 的正确识别是保证程序化操作成功可靠 执行的基础 。变电站只有在间隔运行状态正确识 别的基础上， 才能从数据库中检索出正确的操作 票供后续执行； 主站也需正确识别间隔运行状态 ， 一 方面有利于监控人员直观方便地获知电网运行 情况 ， 另一方面也有利于监控人员选择正确的控 制 目标状态， 提高程序化操作的可靠性 。 从技术实现角度看 ， 间隔运行状态的识别有 两种思路。 ( 1 )分别在主站和变电站各 自进行间隔运行 状 态的识 别 维普资讯 朱一晨， 等5 0 0 k v集中监控系统程序化操作功能设计与实现 在主站 ， 主要是通过实时的网络拓扑分析得 到运行状态； 在变电站 ， 利用变电站 自动化系统相 关的逻辑运算功能实现。 这种方案优点是数据传输通道上信息传送量 并未额外增加 ， 缺点是 由于两侧 的识别方法不一 致导致两侧的判断结果 可能存在差异 ， 对安全可 靠运行带来隐患。因此 ， 在实际实施时不宜采用 。 ( 2 )在 变电站进行 间隔运行 状 态的识 别 由变电站将判断结果以一组遥信的形式上送 至主站 ， 该组遥信中每一个对应一种 运行状 态。 基本的遥信包括运行、 热备用 、 冷备用 、 检修 ， 正常 情况下只有一个遥信为 1 ， 对应设备的运行状态 ， 其他遥信均为 0 ； 若该组遥信 中为 1的遥信个数 不是一个， 则主站判断该设备 的运行状态 为“ 不 确定” ， 为保证程序化操作的可靠性 ， 这种情况下 监控人员需人为干预。 这种方案解决了主站与变电站判断结果不一 致 的问题 ， 有效提高 了运行 的安全性和可靠性。 虽然额外增加了数据传输通道上的信 息传送量 ， 但对于现有传输通道 的硬件条件 ( 网络通道 ) 和 采用的通信协议 ( i e c 1 0 4 ) 而言， 不会对正常的数 据采集造成影响。 基于上述分析 ， 在实际应用中采用 了第二种 方案。 3 3 程序化操作票描述信息的传送 程序化操作票描述信息的传送基于监控系统 现有的数据传输通道， 无需做额外的新建或调整 工作 ， 只需对通信协议做相应的扩充 。 实际应用时 ， 经过主站系统厂家 、 变电站 自动 化系统 厂家 和用 户 方 细致 的讨 论 和 测试 ， 对 i e c 1 0 4规约做 了一定的扩展 ， 充分考虑了标准性 和通用性 ， 利用 i e c 1 0 4规约 中的扩展报文类型 ， 对相关 内容做 了明确 的约定与描述 ， 比较方便地 实现了操作票信息的传送。 从技术实现的角度看， 操作票信息的描述有 两种方式： ( 1 )报 文方式 由变电站将操作票信息转换为规约报文的方 式打包传送至主站 ， 再 由主站的前置规约处理程 序做相应的解析 ， 转换为主站可识别的格式 ， 用于 后台界面的使用 。这种方式实现相对 比较复杂， 对变电站和主站 的规 约处理程 序均有较大的改 动 ， 并且出现问题后的排查工作比较麻烦 ， 不能方 便直观的查阅操作票信息。 ( 2 )文件 方 式 由变 电站先将操作票信息转换为直观的、 可 识别的 a s c i i 文件 ， 再 由变 电站的发送程序利用 i e c 1 0 4规约扩展的文件传送功能将文件传送至 主站 ， 主站的前置规约处理程序把操作票文件保 存至服务器， 最后 由后 台界面程序获取该文件并 做后续的相关处理。这种方式结构清 晰、 实现相 对比较简单 ， 对变电站和主站的规约处理程序影 响比较小 ， 无需关心操作票的格式和内容 ， 而只需 操作界面处理文件的相应内容 。并且用户可以方 便直观地查阅操作票信息传送的中间环节的具体 内容 ， 有利于出现问题后的排查工作 。 基于上述分析， 在实 际应用中采用 了第二种 方案。所用的操作票 a s c i i 文件格式 比较简单易 读 ， 如下所示 ： 版本号 传送时间 操作票编号 操作票任务名称( 字符串) 操作步骤数 序号 1 操作步骤 1 名称 序号 n 操作步骤 n 名称 3 4 控制信息的传送 控制信息主要包括以下几类 ： ( 1 )主站下发的程序化操作执行 ； ( 2 )主站下发的程序化操作急停 ； ( 3 )变 电站上送的程序化操作单步骤过程信 息 ， 包括成功、 失败、 等待 3种 ； ( 4 )变电站上送的程序化操作结果信息 ， 包 括成功、 失败两种。 与操作票信息的传送类似 ， 控制信息的传送 也是 在充分 考虑标准性 和通用 性的基础上 ， 对 i e c 1 0 4规约中的扩展报文类 型做 明确 的约定与 描述 ， 实现操作票控制信息的传送。 在主站的数据库 中， 参与程序化操作 的每个 间隔的每种运行状 态对应 唯一 的遥信和遥控序 号 ， 分别用于间隔运行状 态信息的上送和控制信 息的传送 。主站根据变电站上送的间隔运行状态 遥信组确定 间隔当前的运行状态 ， 并按照变电站 提供的运行状态遥控序号 ， 以指 明 目的状态 ( 发 目的状态遥控序号 ) 的形式 ， 按 照 i e c 1 0 4规约扩 维普资讯 3 4 ( 总 3 4 ) 妻氧雹力 2 0 0 8 ，3 6 ( 1 ) 展的相关约定 ， 向变电站发起程序化操作 。 3 5操作票执行的总体流程 程序化操作票执行的总体流程示意如图2 所示。 主站 l 燹 电站 图 2 程 序化操作票执行的总体流程 数据流 1 ： 变电站一主站 变电站实时的按 遥信方式向主站上送间隔运行状态信息。 数 量流 2 ： 主站 一 变 电站监 控 人 员 在 人机 界面经过授权后选择需要控制的间隔范围并指定 目的状态后 ， 主站 向变电站下发程序化操作票召 唤命令 。 数量流 3 ： 变电站一 主站 变 电站根据主站 的召唤请求生成相应的程序化操作票文件并上送 至 主站。 数量 流 4： 主 站一 变 电站 监 控 人 员 在 人 机 界面查看召唤上来的程序化操作票后 ， 确认无误 后由主站向变电站下发程序化操作执行命令 。 数量流 5 ： 变电站一 主站 变 电站将程序化 操作分解成单步遥控命令， 发至相应 的的 i o单 元操作。每步操作和结果判别均在变电站完成 ， 整个过程实时信息上送至主站， 告 知每步操作是 否成功。该过程根据实际的程序化操作票内容分 多次完成。 数据流 6 ： 变电站一主站在特殊情况下， 操 作过程中一些步骤可能需监控人员确认 ， 变电站 上送确认请求至主站并等待主站的确认回复。 数据流 7 ： 主站一 变电站数据流 6的应答 ， 主站向变电站下发监控人员的确认信息。该过程 与上述的数据流 6