论文部分内容阅读
摘 要:本文针对北京电网集控站现有运行模式,提出北京电网集控型防误系统建设方案,对集控型防误系统建设需求作了详细分析,提出了北京电网集控型防误系统所需特点,重点讨论了集控站防误系统建设方案中的组网模式、五防操作模式以及防误系统功能的设计方案,为保证北京电网电力设备的安全稳定运行提供了思路。
关键词:集控型防误系统建设方案变电站综合自动化
中图分类号:TM744 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)08(a)-0012-03
Research on Construction of Centralized Control Defence System in Beijing Power Grid
ZHOU Nan
(1.Beijing Electric Power Corporation,West City District,Beijing 100031,China
2.Beijing Jiao Tong University,Hai Dian District,Beijing 100044,China)
Abstract:According to the existing operation mode in centralized control station in Beijing power grid,the construction of centralized control defence system is proposed in the paper.The requiement of the constrution of centralized control defence system is analized in detail in the paper.The requiement of the characteristic of defence system is presented in the paper.Then,the programe design of the network model,the five-defence operation model,the function of the defense system are discussed in the paper.The construction programe of the centralized control defence systems provids an method of the safty and stability operation of Beijing power grid.
Key Word:centralized control;defence system;construction method;substation automation
随着当今科学技术的不断发展,计算机已渗透到了世界每个角落。电力系统进入了微机控制时代,变电站综合自动化系统取代传统的变电站二次系统,已成为当前电力系统发展的主流趋势[1]。当前输变电建设和城乡电网的建设与改造,正在逐渐采用变电站综合自动化技术,以取代传统的继电保护与仪器仪表及测量控制、当地监控及远动、防误闭锁等各自分离的功能,实现变电站的无人化、小型化和基本免维护,大大提高了电网运行的安全性和可靠性[2-3]。
变电站综合自动化系统以其简单可靠、可扩展性强、兼容性好等特点[4]在北京地区大多数变电站监控系统自动化中获得成功的应用,并在北京电网中起着举足轻重的作用。随着变电站综合自动化系统北京市电力公司的不断推广,利用先进的计算机技术、电子技术、通信技术和信号处理技术,已经实现了对全变电站的输、配电设备的自动监视、测量、控制和继电保护,以及与调度通信等自动化功能。多种新技术的应用使得北京市电力公司变电站综合自动化水平越来越高,设备的可靠性也越来越高,由设备故障原因引起的电力系统事故越来越少。然而,由人为操作原因引发的电力系统恶性事故依然频繁出现,事故的发生将造成巨大的经济损失,甚至危及人身和设备安全,这就对北京市电力公司现有变电站自动化系统中的防误闭锁装置提出了许多新的要求。
1 集控型防误系统建设需求分析
配电网的接线方式大多是辐射状链式接线,以一条有集中电源端且负荷沿线均匀分布的馈线为例,计算单电源DR在高峰负荷时接入馈线后线损的相对减少量。
目前,北京市电力公司主网现有运行的220kV变电站51座、500kV变电站2座,110kV变电站有1座。站内均具备独立的微机五防装置,能够满足对变电站当地监控系统遥控操作的软闭锁和就地操作的硬接点防误闭锁功能。但随着北京电网无人变电站的建设以及变电站网控中心监控系统的投产,现有的防误系统无法满足网控中心防误操作的功能要求。因此,需建立以五防服务器为主,下辖网控中心、操作队、受控站的集控型微机防误操作系统。在该集控型防误系统建设中,网控中心位于前门调通中心,在网控中心设置3台五防工作站,针对现有的8个操作队驻地,各设置1台五防工作站,管理现有的57个变电站。利于现有的光纤通道组建集控型微机防误系统的网络。
本文所建立的集控型防误系统需具有以下特点:
(1)实用性:本文所建立的集控型防误系统增加了一个用于完成五防功能的核心设备—— 五防服务器,该服务器集中管理所有站的数据,为所有站提供五防服务功能。受控站的五防客户端与服务器通信中断后具有独立运行的功能。
(2)安全性:五防服务器本身融合了“权限管理、唯一操作权管理、模拟预演、实时逻辑判断、闭锁元件”五个方面,完整地实现了对设备操作的防误功能。
(3)双机互备:具备双机冗余功能,当其中一台主机故障时,备份主机自动切换,保证操作正常进行,提高了系统的可靠性。
(4)可维护性:系统调试、维护、升级方便。甚至可以在移动设备上完成系统操作票模拟、审核等工作。客户端只需要安装客户端软件,不需要配置。系统可以灵活配置,整个系统可以规划为二级、三级、四级、五级结构等。
2 集控型防误系统建设组网模式设计
北京电网建设的集控型防误系统在网控层按照客户端/服务器结构的3层方式考虑。通过五防服务器,对所有的数据进行集中管理、统计、查询,可进行开票、模拟预演、网控层遥控操作闭锁、唯一操作权管理等功能;在操作队、网控中心分别设置五防工作站,可以进行开票、模拟预演等功能;在变电站设置独立五防系统,实现全站设备操作的防误闭锁。远方操作时五防系统对监控系统实现程序闭锁;就地操作时则由电脑钥匙和锁具来实现防误闭锁。
北京电网建设的集控型防误系统的五防服务器采用集中组屏的方式,对服务器的维护即可在屏柜上也可在各级五防工作站实现,并设立维护权限。五防服务器从各受控变电站的独立五防装置采集实遥信、虚遥信等,作为五防服务器的基础数据,并随各变电站实时自动更新。网控中心层与操作队层的五防工作站采用计算机作为操作界面,集中显示各个子站的一次设备状态及运行方式。每个五防工作站可设定可以操作控制的变电站,无关变电站不显示。网控中心层(防误一级站层)、操作队层(防误二级站层)、变电站层根据设置的权限不同,管辖相应的操作队层(防误二级站层)、变电站层。所有的子站都归属网控中心管辖,随着子站数量的不断增多,可以通过调整权限设置,重新实现各层的管理权限,在改造过程中逐步实现与网控中心对接的功能。
网控中心与受控站之间的防误传输通道拟利用调度数据网,防误系统的网络与监控系统的网络通过路由器进行隔离,确保两个系统在不同的两个网段,两个数据网络不能互相访问,保证监控系统网络的独立性。
防误网络IP地址分配情况如表1所示。
3 集控型防误系统五防操作模式设计
(1)网控中心遥控操作
网控中心遥控操作由网控中心的五防工作站和网控中心的监控工作站共同完成。网控中心的人员接收到调度人员的操作任务后,首先对要操作的变电站进行刷卡授权,然后在五防工作站上选择要操作的变电站,此时系统把人工选定的变电站与刷卡授权的变电站进行比较,如果相同,则点击开始模拟预演菜单时不进行任何提示,允许操作继续,否则,系统报警“授权变电站与选定变电站不同,请重新确认！”,同时,系统禁止操作人员进行模拟预演,只有授权变电站与选定变电站相同,操作人员才能对要操作的设备进行模拟。模拟预演通过五防逻辑判断生成执行票后,由网控中心五防工作站按操作顺序依次对监控操作的设备进行遥控允许授权,网控中心监控工作站按照遥控操作的步骤进行操作,遥控操作完成后,网控中心五防工作站对监控系统主机恢复闭锁。对整个操作序列重复以上操作,直到操作结束。
(2)受控站遥控操作
操作方式等同于网控中心遥控操作。具体操作步骤为:操作人员接受到操作任务后,在受控站防误主机上模拟预演操作票,模拟预演结束后,当遇到断路器或隔离开关操作时,受控站防误主机向监控后台发送遥控允许信息,受控站监控后台按照遥控操作的步骤进行操作。对整个操作序列重复以上操作,直到操作结束。如果遇到紧急情况不需要五防模拟,可以通过授权方式解除五防主机对监控主机的闭锁。
(3)就地操作
对于手动操作设备的刀闸、地刀、临时接地线、网柜门均采用机械编码锁、电编码锁加装相应的闭锁附件(锁销、地线桩、地线头、门把手等)实施闭锁。使用电脑钥匙到现场进行倒闸操作,操作完毕后将操作结果回传给防误主机。
(4)检修操作
首先在防误系统上进行模拟预演,开出检修票,拿电脑钥匙对手动设备进行就地操作,对于电动设备,防误系统把检修票中涉及到的电动设备全部进行遥控允许授权,电脑钥匙回传后,防误系统自动恢复对检修票中电动设备的闭锁。此功能可以防止检修完毕后进行传动试验时,在网控中心、受控站、就地传动错设备,避免了误操作。
(5)紧急操作
当受控站没有增加遥控闭锁功能,五防系统出现故障需要紧急操作时,在受控站解锁需要能过万能解锁钥匙对现场手动设备的闭锁锁具进行解锁;在网控中心可以由监控系统通过软件设置,脱离五防系统进行操作,此时监控系统不需要等待五防系统对其发送的解锁指令而直接解锁。
在增加遥控闭锁功能后,设备现场的紧急解锁仍通过万能钥匙完成。因网控中心与受控站的五防分别与遥控闭锁控制器相连,所以当出现紧急情况时,受控站的授权人员可通过防误系统的五防工作站解除对本站全部电动操作设备的远方闭锁,恢复到监控系统单机操作状态。网控中心的授权人员首先登录五防系统,网控中心的授权人员具有解锁权限时,解锁菜单才会出现,否则,解锁菜单为灰色或不出现,无法进行解锁操作。当网控中心的授权人员点击解锁菜单时,系统把人工选定的变电站与刷卡授权的变电站进行比较,如果相同,解除相应的变电站电动操作设备的远方闭锁,恢复到监控系统单机操作状态;否则,系统报警“授权变电站与选定变电站不同,请重新确认！”,同时,系统终止解锁操作,只有授权变电站与选定变电站相同,才能解除相应的变电站电动操作设备的远方闭锁。恢复闭锁的过程与解锁的过程相同。
4 集控型防误系统功能设计
集控型防误系统功能设计
(1)适用于多种运行方式:集控型微机防误操作系统能满足网控中心实现集中控制、统一调度、统一维护、统一检修的多种运行方式。
(2)多层次防误功能:系统从设备操作过程全程防误的角度出发,解决了网控层、控站层、间隔层、过程层的防误闭锁。
(3)多地点的防误功能:对网控中心、受控站后台、测控屏、端子箱(汇控柜)、就地操作机构等多操作点进行防误闭锁。
(4)集中/分屏显示:主站体现各子站的一次主接线,各站主接线可集中或分屏显示。
(5)网控中心具备各子站的微机防误功能:可实现集中开票、分散操作,既可以在网控中心对任意子站的操作任务进行开票、模拟预演,进行五防闭锁逻辑判断,检验操作票是否正确,还可以直接将操作票通过通讯方式传给子站的微机五防系统并传给电脑钥匙,再进行现场倒闸操作。各子站断路器和电动刀闸可在网控中心或子站当地监控操作,也可在子站的控制室控制手把上操作。
(6)网控中心的五防系统和各子站间信息同步:网控中心的五防系统可接收操作完成后的回传信息,实时在线对位、自动显示设备状态变化,保证网控中心五防系统与子站微机五防在设备状态上的一致。
(7)唯一操作权功能:对于任何设备,在任意时刻,确保只有唯一的人员可以取得该设备操作权。该人员取得操作权后,可在网控中心、站控层、设备层、间隔层任意层进行操作,任何其他人员,都不能操作该设备和相关的设备,只有该工作人员工作结束,释放操作权,或主动将该操作权转移,其他人员才有可能对该设备及相关设备进行操作。确保操作人员和被操作设备的安全。
关键词:集控型防误系统建设方案变电站综合自动化
中图分类号:TM744 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)08(a)-0012-03
Research on Construction of Centralized Control Defence System in Beijing Power Grid
ZHOU Nan
(1.Beijing Electric Power Corporation,West City District,Beijing 100031,China
2.Beijing Jiao Tong University,Hai Dian District,Beijing 100044,China)
Abstract:According to the existing operation mode in centralized control station in Beijing power grid,the construction of centralized control defence system is proposed in the paper.The requiement of the constrution of centralized control defence system is analized in detail in the paper.The requiement of the characteristic of defence system is presented in the paper.Then,the programe design of the network model,the five-defence operation model,the function of the defense system are discussed in the paper.The construction programe of the centralized control defence systems provids an method of the safty and stability operation of Beijing power grid.
Key Word:centralized control;defence system;construction method;substation automation
随着当今科学技术的不断发展,计算机已渗透到了世界每个角落。电力系统进入了微机控制时代,变电站综合自动化系统取代传统的变电站二次系统,已成为当前电力系统发展的主流趋势[1]。当前输变电建设和城乡电网的建设与改造,正在逐渐采用变电站综合自动化技术,以取代传统的继电保护与仪器仪表及测量控制、当地监控及远动、防误闭锁等各自分离的功能,实现变电站的无人化、小型化和基本免维护,大大提高了电网运行的安全性和可靠性[2-3]。
变电站综合自动化系统以其简单可靠、可扩展性强、兼容性好等特点[4]在北京地区大多数变电站监控系统自动化中获得成功的应用,并在北京电网中起着举足轻重的作用。随着变电站综合自动化系统北京市电力公司的不断推广,利用先进的计算机技术、电子技术、通信技术和信号处理技术,已经实现了对全变电站的输、配电设备的自动监视、测量、控制和继电保护,以及与调度通信等自动化功能。多种新技术的应用使得北京市电力公司变电站综合自动化水平越来越高,设备的可靠性也越来越高,由设备故障原因引起的电力系统事故越来越少。然而,由人为操作原因引发的电力系统恶性事故依然频繁出现,事故的发生将造成巨大的经济损失,甚至危及人身和设备安全,这就对北京市电力公司现有变电站自动化系统中的防误闭锁装置提出了许多新的要求。
1 集控型防误系统建设需求分析
配电网的接线方式大多是辐射状链式接线,以一条有集中电源端且负荷沿线均匀分布的馈线为例,计算单电源DR在高峰负荷时接入馈线后线损的相对减少量。
目前,北京市电力公司主网现有运行的220kV变电站51座、500kV变电站2座,110kV变电站有1座。站内均具备独立的微机五防装置,能够满足对变电站当地监控系统遥控操作的软闭锁和就地操作的硬接点防误闭锁功能。但随着北京电网无人变电站的建设以及变电站网控中心监控系统的投产,现有的防误系统无法满足网控中心防误操作的功能要求。因此,需建立以五防服务器为主,下辖网控中心、操作队、受控站的集控型微机防误操作系统。在该集控型防误系统建设中,网控中心位于前门调通中心,在网控中心设置3台五防工作站,针对现有的8个操作队驻地,各设置1台五防工作站,管理现有的57个变电站。利于现有的光纤通道组建集控型微机防误系统的网络。
本文所建立的集控型防误系统需具有以下特点:
(1)实用性:本文所建立的集控型防误系统增加了一个用于完成五防功能的核心设备—— 五防服务器,该服务器集中管理所有站的数据,为所有站提供五防服务功能。受控站的五防客户端与服务器通信中断后具有独立运行的功能。
(2)安全性:五防服务器本身融合了“权限管理、唯一操作权管理、模拟预演、实时逻辑判断、闭锁元件”五个方面,完整地实现了对设备操作的防误功能。
(3)双机互备:具备双机冗余功能,当其中一台主机故障时,备份主机自动切换,保证操作正常进行,提高了系统的可靠性。
(4)可维护性:系统调试、维护、升级方便。甚至可以在移动设备上完成系统操作票模拟、审核等工作。客户端只需要安装客户端软件,不需要配置。系统可以灵活配置,整个系统可以规划为二级、三级、四级、五级结构等。
2 集控型防误系统建设组网模式设计
北京电网建设的集控型防误系统在网控层按照客户端/服务器结构的3层方式考虑。通过五防服务器,对所有的数据进行集中管理、统计、查询,可进行开票、模拟预演、网控层遥控操作闭锁、唯一操作权管理等功能;在操作队、网控中心分别设置五防工作站,可以进行开票、模拟预演等功能;在变电站设置独立五防系统,实现全站设备操作的防误闭锁。远方操作时五防系统对监控系统实现程序闭锁;就地操作时则由电脑钥匙和锁具来实现防误闭锁。
北京电网建设的集控型防误系统的五防服务器采用集中组屏的方式,对服务器的维护即可在屏柜上也可在各级五防工作站实现,并设立维护权限。五防服务器从各受控变电站的独立五防装置采集实遥信、虚遥信等,作为五防服务器的基础数据,并随各变电站实时自动更新。网控中心层与操作队层的五防工作站采用计算机作为操作界面,集中显示各个子站的一次设备状态及运行方式。每个五防工作站可设定可以操作控制的变电站,无关变电站不显示。网控中心层(防误一级站层)、操作队层(防误二级站层)、变电站层根据设置的权限不同,管辖相应的操作队层(防误二级站层)、变电站层。所有的子站都归属网控中心管辖,随着子站数量的不断增多,可以通过调整权限设置,重新实现各层的管理权限,在改造过程中逐步实现与网控中心对接的功能。
网控中心与受控站之间的防误传输通道拟利用调度数据网,防误系统的网络与监控系统的网络通过路由器进行隔离,确保两个系统在不同的两个网段,两个数据网络不能互相访问,保证监控系统网络的独立性。
防误网络IP地址分配情况如表1所示。
3 集控型防误系统五防操作模式设计
(1)网控中心遥控操作
网控中心遥控操作由网控中心的五防工作站和网控中心的监控工作站共同完成。网控中心的人员接收到调度人员的操作任务后,首先对要操作的变电站进行刷卡授权,然后在五防工作站上选择要操作的变电站,此时系统把人工选定的变电站与刷卡授权的变电站进行比较,如果相同,则点击开始模拟预演菜单时不进行任何提示,允许操作继续,否则,系统报警“授权变电站与选定变电站不同,请重新确认！”,同时,系统禁止操作人员进行模拟预演,只有授权变电站与选定变电站相同,操作人员才能对要操作的设备进行模拟。模拟预演通过五防逻辑判断生成执行票后,由网控中心五防工作站按操作顺序依次对监控操作的设备进行遥控允许授权,网控中心监控工作站按照遥控操作的步骤进行操作,遥控操作完成后,网控中心五防工作站对监控系统主机恢复闭锁。对整个操作序列重复以上操作,直到操作结束。
(2)受控站遥控操作
操作方式等同于网控中心遥控操作。具体操作步骤为:操作人员接受到操作任务后,在受控站防误主机上模拟预演操作票,模拟预演结束后,当遇到断路器或隔离开关操作时,受控站防误主机向监控后台发送遥控允许信息,受控站监控后台按照遥控操作的步骤进行操作。对整个操作序列重复以上操作,直到操作结束。如果遇到紧急情况不需要五防模拟,可以通过授权方式解除五防主机对监控主机的闭锁。
(3)就地操作
对于手动操作设备的刀闸、地刀、临时接地线、网柜门均采用机械编码锁、电编码锁加装相应的闭锁附件(锁销、地线桩、地线头、门把手等)实施闭锁。使用电脑钥匙到现场进行倒闸操作,操作完毕后将操作结果回传给防误主机。
(4)检修操作
首先在防误系统上进行模拟预演,开出检修票,拿电脑钥匙对手动设备进行就地操作,对于电动设备,防误系统把检修票中涉及到的电动设备全部进行遥控允许授权,电脑钥匙回传后,防误系统自动恢复对检修票中电动设备的闭锁。此功能可以防止检修完毕后进行传动试验时,在网控中心、受控站、就地传动错设备,避免了误操作。
(5)紧急操作
当受控站没有增加遥控闭锁功能,五防系统出现故障需要紧急操作时,在受控站解锁需要能过万能解锁钥匙对现场手动设备的闭锁锁具进行解锁;在网控中心可以由监控系统通过软件设置,脱离五防系统进行操作,此时监控系统不需要等待五防系统对其发送的解锁指令而直接解锁。
在增加遥控闭锁功能后,设备现场的紧急解锁仍通过万能钥匙完成。因网控中心与受控站的五防分别与遥控闭锁控制器相连,所以当出现紧急情况时,受控站的授权人员可通过防误系统的五防工作站解除对本站全部电动操作设备的远方闭锁,恢复到监控系统单机操作状态。网控中心的授权人员首先登录五防系统,网控中心的授权人员具有解锁权限时,解锁菜单才会出现,否则,解锁菜单为灰色或不出现,无法进行解锁操作。当网控中心的授权人员点击解锁菜单时,系统把人工选定的变电站与刷卡授权的变电站进行比较,如果相同,解除相应的变电站电动操作设备的远方闭锁,恢复到监控系统单机操作状态;否则,系统报警“授权变电站与选定变电站不同,请重新确认！”,同时,系统终止解锁操作,只有授权变电站与选定变电站相同,才能解除相应的变电站电动操作设备的远方闭锁。恢复闭锁的过程与解锁的过程相同。
4 集控型防误系统功能设计
集控型防误系统功能设计
(1)适用于多种运行方式:集控型微机防误操作系统能满足网控中心实现集中控制、统一调度、统一维护、统一检修的多种运行方式。
(2)多层次防误功能:系统从设备操作过程全程防误的角度出发,解决了网控层、控站层、间隔层、过程层的防误闭锁。
(3)多地点的防误功能:对网控中心、受控站后台、测控屏、端子箱(汇控柜)、就地操作机构等多操作点进行防误闭锁。
(4)集中/分屏显示:主站体现各子站的一次主接线,各站主接线可集中或分屏显示。
(5)网控中心具备各子站的微机防误功能:可实现集中开票、分散操作,既可以在网控中心对任意子站的操作任务进行开票、模拟预演,进行五防闭锁逻辑判断,检验操作票是否正确,还可以直接将操作票通过通讯方式传给子站的微机五防系统并传给电脑钥匙,再进行现场倒闸操作。各子站断路器和电动刀闸可在网控中心或子站当地监控操作,也可在子站的控制室控制手把上操作。
(6)网控中心的五防系统和各子站间信息同步:网控中心的五防系统可接收操作完成后的回传信息,实时在线对位、自动显示设备状态变化,保证网控中心五防系统与子站微机五防在设备状态上的一致。
(7)唯一操作权功能:对于任何设备,在任意时刻,确保只有唯一的人员可以取得该设备操作权。该人员取得操作权后,可在网控中心、站控层、设备层、间隔层任意层进行操作,任何其他人员,都不能操作该设备和相关的设备,只有该工作人员工作结束,释放操作权,或主动将该操作权转移,其他人员才有可能对该设备及相关设备进行操作。确保操作人员和被操作设备的安全。