1、集控站自動化模式及其綜合防誤操作系統研究 李貴民 關鍵詞：集控站 模式 內容摘要： 本文根據集控站出現的背景、 自身特點、自身的職能及功能要求，對 當前國內集控站自動化模式及其微機監 控系統設計中幾個值得商榷的問題進行 了探討，簡述了集控站綜合防誤操作系 統應具備綜合防誤監控系統、集控站運 行管理系統、智能操作票及預演培訓系 統、值班員操作培訓系統、電壓無功的 自動控制、保護操作及管理、遠程圖象 監控和保安報警等主要功能，提出一種 集控站微機綜合防誤操作系統方案策略 及方案實現方法，應用表明，該方案能 滿足集控站自動化系統發展的需要，具 有高可靠性、防誤性、先進性和開放性 特點。 -（山東棗莊

2、供電公司 277102） 綜合防誤 自動化 人值班變電站已被廣泛采用， 在集控站對其進行管理， 是國 際上正被普遍采用的一個先 進管理模式。在我國，集控站 概念的出現只是在最近幾年， 在一些地方試行也取得了一 定的效果，但其功能很不完 善，從目前的趨勢來看，無人 值班變電站的迅猛發展將會 使集控站成為電網運行管理 系統中一個非常重要的組成 1 概述 電力部于一九九 六年頒 部分。 布關于建立集控站的文件， 建 本文根據集控站 出現的 議在電網調度的層次之下建 背景、自身特點、自身的職能 立多個集控站， 以保證電網及 及功能要求1、2，對當前集 無人值班變電站的有效運行。 控站自動化模式及其計算

3、機 集控站的設置， 使得原來站內 監控系統設計中幾個值得商 值班人員所作的工作可由遠 榷的問題進行了探討， 提出一 方來完成。在發達國家中，無 種集控站微機綜合防誤操作 系統方案策略及其實現方法。 2 實施集控站自動化應遵循 結合，信息按層次分流。 4） 開放性原則：遵循開 放性原則，即采用通用的、主 流的計算機軟硬件及通訊協 議等， 以便在需要時候可以簡 單的實現系統升級和系統重 建。 5） 防誤性原則：從值班 員的培訓、管理功能嚴密、報 警的多樣性、 操作權限分級和 防誤操作閉鎖等方面入手達 到微機監控系統全面防誤性 能的實現。 3 集控站自動化模式討論 隨著無人值班變 電站的 增加， 常

4、規調度自動化系統處 理的信息中又增添了另一種 信息類型， 即變電站內部信息 過程。它們雖與電網運行無 關，但也必須傳至調度中心， 由 SCADA 系統提供給調度人 的原則 1） 可靠性原則：集控站 是對所轄無人值班變電站運 行狀況進行監控的唯一手段， 其穩定性和可靠性極其重要。 不因單個模塊的故障而影響 整個系統正常運行， 抗干擾能 力強。 2） 實時性原則：集控站 自動化系統是一個實時性較 高的系統， 必須采取措施來保 證系統響應時間的各項指標 滿足要求。 3） 實用性原則：提供簡 單方便的用戶界面， 使用戶通 過簡單培訓就可熟練操作， 日 常操作所需的功能必需完備 簡明， 注重實用性和多樣

5、性相 員， 這就是說調度員除了監視 電網運行參數外， 必須替代變 電站原值班人員承擔起監視 變電站本體的設備運行狀況， 如各開關機構狀態、 交直流系 統狀態、各個刀閘的狀態、主 變油溫、控制室安全狀況、各 種保護操作及管理信息等， 這 樣不但大大增加了調度人員 的工作負擔， 而且可能造成信 息的混亂、操作錯誤等問題。 針對傳統調度自動化系統的 弊端，在調度與二次變電站 （一般為無人值班站） 之間加 設集控站，可解決上述問題。 集控站所監視的 信息量 應當比較全面， 信息量非常巨 大；操作功能多，且操作的防 誤性要求高； 對變電站設備巡 視、評級、缺陷管理和操作的 圖象監控都有要求。 集控站自

6、動化模式大致有分級管理模 式和集中控制模式等兩種。 下 面分別對其進行討論。 3.1 分級管理模式 分級管理模式如圖 1 所 示，在上行信息中，變電站向 集控站傳送全部監控信息， 集 控站則向調度端系統轉發其 所需信息；在下行信息中，調 度員向集控站發電話命令， 而 由集控站對變電站進行遙控 和遙調操作。 調度主站端作為 整個系統核心， 與主要一次變 電站和集控站直接通訊； 集控 站作為若干二次變電站信息 匯集點與二次變直接通訊。 這 樣， 系統中各個部分的功能和 職責非常明確， 集控站處理區 域電網運行參數和相關變電 站全部信息， 應該能夠監視絕 大部分有人值班所能反映的 信息。 集控站所轄

7、變電站的通 道改道至各集控站所在地， 調 度中心和集控站之間的數據 共享通過與信息轉發類似的 方式實現。在此模式中，集控 站作為獨立系統具有數據采 集、實時數據庫、歷史數據庫 和操作工作站，其特點是：各 級自動化系統的局域網上信 息流量適中， 信息類型比較規 范， 系統各個部分的功能和職 責非常明確，系統可靠性高。 圖 1 分級管理模式 圖 2 集中控制模式 3.2 集中控制模式 集中控制模式是 在調度 度系統規模不大、 通道容量允 許的情況下，在變電工區（操 作大隊） 加設幾臺計算機與系 統聯網， 從調度端得到相關信 息， 操作人員使用遠程工作站 可完成所有需要的操作， 完成 集控站的功能。

8、這種情況下， 集控站自動化系統由于配置 自動化系統的局域網上加裝 集控站工作站。如圖 2 所示， 變電站的上行信息直接送調 度端系統，調度員的遙控、遙 調命令則由調度員直接送變 電站。 這種模式主要是針對調 精煉而使本方案造價稍低， 但 由于集控站自動化系統與調 度自動化系統通過網絡連接， 共用歷史服務器和實時庫服 務器， 而集控站需要的變電站 本體信息非常龐大， 造成網絡 非常擁擠， 并且由于信息類型 的多樣性， 造成系統處理更加 復雜，使系統的可靠性降低， 不能有效的保證集控站自動 化系統和調度自動化系統穩 定運行。其特點為：自動化系 統的局域網上信息流量較大， 信息類型比較繁雜， 系統中

9、各 個部分的功能和職責不夠明 確，系統可靠性有所下降； 4 當前集控站微機監控系統 的集控站計算機監控系統作 為一種工程實用的產品， 不完 全適合于實際運行要求， 也沒 有考慮到我國集控站運行管 理水平提高的需要， 使得在實 際使用中還存在著一些問題。 4.1 監控系統和五防閉鎖系 統的有機結合 目前國內大多數 變電站 都是監控系統與微機五防閉 鎖裝置分別裝設， 沒有實現裝 置間的資源共享， 而更多的站 則是在采用微機監控之后仍 然處在無閉鎖運行狀態。 實現 集控操作后， 對操作的可靠性 要求更高，例如，操作命令發 送前， 需要進行嚴格的五防校 驗，這里的五防校驗，可能是 軟件五防軟件， 也可

10、能是獨立 的硬件五防閉鎖系統來負責 把好防誤閉鎖關。 因此解決微 設計中幾個值得商榷的問題 目前， 國內尚未制定出集 控站監控系統的有關制造技 術標準和相關規程， 已經運行 機監控系統與微機五防閉鎖系統的有機結合,達到采集信息共享、操作直觀、簡單易行就成為一個重要課題。4.2 集控站內信息共享及信息源唯一性集控站負責監控管理多個受控站(多數為無人值班站,在管理模式上是變電站以前管理工作量的集中,相當于變電站概念的擴展。在變電站中,信息的來源主要有微機監控系統、微機保護系統、圖象監控系統、故障錄波裝置、小電流接地選線裝置、無功自動調節裝置、直流監視系統、同期操作裝置、消防監視系統等。由于集控站運

11、行管理水平需要不斷的提高,在不影響自動化系統可靠性的基礎上,開發必要的信息管理系統也勢在必行。如何保證信息源的唯一性和信息的可集成性等等問題,應該在集控站的自動化系統設計時就應該充分考慮,包括信息對象的字段屬性、信息對象的字段長度、信息的流動方向、信息獲取的權限、信息的處理、信息的再利用等等。4.3 如何充分利用專家決策支持系統輔佐值班員進行調度和日常管理集控站要負責管理多個變電站,其日常調度操作和管理事務非常多,要求調度員具有良好的技術素質和豐富的運行經驗,并且必須時刻保持高度的注意力,稍有不慎,可能對電力系統的安全穩定運行將構成很大的威脅。為減輕值班員負擔,可通過專家決策的方法解決這些問題

12、。例如:操作票專家系統利用資深值班員豐富的經驗,輔佐運行人員的值班工作,但如何把智能操作票系統融入微機五防閉鎖系統,又與監控系統有機的結合在一起,是一個值得研究的問題。如果它與五防閉鎖系統分別設置,則不能有效的指導電氣設備閉鎖操作。又如:如何按照系統電壓無功分布情況,給出對電容器、電抗器、有載調壓變壓器分接頭等設備的控制策略,自動對這些設備進行控制,使系統的電壓無功情況達到正常水平,等等。因而,充分利用專家決策支持系統輔佐值班員進行調度和日常管理,會大大的提高值班員工作和管理效率。4.4 監控系統與圖象監視系統的結合及設備巡視集控站常要對各受控站開關進行遙控操作,但實際命令是否執行下去、執行是

13、否正確、開關拒不執行的原因往往很難判斷,這時候對該開關及其相關量的遙視信息進行分析就能很快作出判斷。遙視功能還能在變電站發生事故時,自動啟停錄象設備,實現事故時圖象的自動記憶,捕捉現場發生事故過程的相關記錄,以獲得分析事故的所需的寶貴資料。圖象監控系統可以同放火保安等設備相聯系,并設有報警聯動措施,真正實現變電站的無人值班。圖象監視系統可以實現在有人值班時的設備巡視,彌補無人值班站集控時設備巡視困難的難題。監控系統與圖象監視系統的結合可以實現兩系統的互動,各自發揮其優勢彌補其缺點。4.5 監控系統和集控站仿真培訓系統有機的結合無人值班變電站實現集控以后,值班人員人數減少,值班員無法象以前那樣熟

14、悉變電站的操作,可以借助值班員仿真培訓系統(STS來培訓值班員的值班水平,STS系統將變電站實際運行工況與其仿真系統進行對照,也很容易及時的發現變電站運行隱患,并通過仿真系統來為消除這些隱患制定合理的運行方案。目前國內還沒有把STS 系統裝在集控站的先例,一般是裝設在學校等一些研究機構,但隨著集控站的值班和管理水平的進一步提高,在集控站中裝設STS系統將成為必要。因此怎樣把集控站仿真培訓系統和集控站監控系統對照起來,相互參考運行,用以提高實際變電站運行的可靠性,應該成為電力研究工作者和電力產品開發商當前急需解決的技術課題。STS系統也應該成為每一個實際集控站運行中必不可少的培訓和研究平臺。4.

15、6 設備集中操作及管理問題集控站作為替代原來變電站運行人員的一種新的管理模式,主要生產設備的操作管理也是一個必備功能。除了設備檔案等固定信息,還應針對每個設備提供檢修記錄、運行記錄、運行狀態分析處理功能等。如對斷路器的動作次數、故障動作次數、遮斷容量、切斷時間、變壓器的絕緣性能記錄、直流系統的監測結果等進行較為全面的管理,為實現狀態維修提供具體而確切的依據。集控站的保護操作及管理也將成為必須,保護信息多為非實時信息,信息量非常龐大,通過遠動通道對繼電保護遠方下定值和讀取保護的各種報告,會嚴重影響自動化系統的實時性和控制的可靠性,所以建議保護的操作及管理采用單獨的通道,與監控系統掛接在同一以太網

16、上,選擇一定的保護信息傳送到監控系統,還可通過電話線路連接到繼電保護管理部門。在微機保護非常成熟、通道有較高的可靠性時,可以提供保護投切的控制功能和保護定值的遠方整定。5 集控站綜合防誤操作系統方案研究針對上述對集控站自動化模式及功能問題的研討,這里提出一種集控站綜合防誤操作系統,它能滿足集控站實時運行管理的各種需要。5.1 系統組成系統主網可采用雙局域網結構(雙網冗余熱備用全分布式體系結構,所有計算機均連接到兩個以太網上。當兩個通信節點間的兩個網的狀態發生變化時,系統將根據變化后的網絡狀態重新設置其通信路徑。網絡設備由10/100MB交換機組成。系統支持從運行環境及軟件支撐平臺,到應用功能的

17、開放,采用全分布式體系結構,采用了資源優化的實時庫客戶/服務器機制,把各個功能模塊分配到系統的各個網絡節點上(如圖3,保證了系統的可擴充性。服務器作為實時數據和歷史數據的服務和處理,可兼作前置機規約的解釋和生數據的處理;圖中的A框表示數據采集方式是采用終端服務器和調制解調器相結合的方式,B框表示數據采集方式是采用路由器或交換機方式,可接入網絡(光纖、雙絞線、同軸電纜等、專線、微波等多種接入方式,A方式和B方式可以結合使用,互為備用;操作員工作站主要運行綜合監控系統的MMI界面,供值班員進行各種操作;OTS 工作站運行倒閘操作票的自動生成和預演培訓軟件;SMIS 工作站可運行集控站的實時運行管理

18、系統軟件;STS工作站可運行值班員仿真培訓軟件,可訓練值班員的值班水平;保護管理機主要用于收集集控站中的保護定值等信息,上級調度可通過撥號等方式查看保護信息,支持保護定值的遠方修改;通訊工作站作為往上級調度系統轉發用的專用工作站,可直接接入通訊轉發系統;系統可適應不同規模用戶的要求,進行不同規模的計算機系統配置。上述各節點既可分別配置,也可配置成一個節點上。其它功能工作站(WEB瀏覽服務器、維護工程師工作站、報表工作站、遙視工作站既可根據需要配置成單獨節點,也可與其它節點的軟件配置在一起。實時系統與 SMIS 等系統 的通信通過 WEB 服務器節點實 現多個 LAN 之間的互連。WEB 服務器

19、節點中的通信服務程 序使用標準的實時數據庫訪 問接口可獲得實時數據和 SCADA 處理描述參數，但其訪 問權限應設置為只讀模式。 而 獲得歷史數據和歷史事項需 訪問關系數據庫 Sybase、 DB2、 ORACLE、SQL SERVER 等。SMIS 網上的實時畫面調用采用通 用的 Internet 瀏覽方式，這 種方式使得 SMIS 網上的人機 工作站上無須任何專用程序 支持。 圖 3 集控站綜合防誤監控及管理系統結構框圖 5.2 系統具備的主要功能 通過對集控站現 狀的研 究，結合其發展的需要，其自 動化系統應該具備如下主要 6.2 互連通訊系統結構 由于各集控站自 動化系 訊機制， 通訊

20、工作站與監控系 統之間采用 LAN 接口， 直接掛 在監控系統局域網上。 通訊工 作站上包括有數據轉發進程、 模式自定義進程、 外部數據收 發進程。除這些進程之外，用 戶也可在工作站上配置站端 監控系統進程。 6.3. 通訊系統與各端監控系 統接口 統的生產廠家采用不同的技 術和方法， 多個異構系統通過 數據交換網互連采用在調度 端和各集控站端分別配置獨 立通訊工作站的方式， 網絡介 質采用已有的電力數據交換 網。 集控站計算機監控系統與 通訊工作站間保持可靠的通 各端通訊子系統提供了 與各端監控系統的數據接口 API 函數，這樣可以保證新的 集控站接入時， 各端通訊子系 統不用修改程序源碼， 而只需 要監控系統通過通訊互連系 統提供的接入函數讀寫實時