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淺談智能變電站雙測(cè)控方案優(yōu)化設(shè)計(jì)論文
摘要：智能化變電站測(cè)控裝置雙重化配置以后，監(jiān)控信息冗余的同時(shí)帶來(lái)了異源數(shù)據(jù)的辨識(shí)選擇和遙控對(duì)象惟一性的問(wèn)題，本文分析了現(xiàn)有雙測(cè)控配置方案的優(yōu)缺點(diǎn)，提出了一種由監(jiān)控系統(tǒng)自主選擇主機(jī)并根據(jù)雙機(jī)實(shí)時(shí)運(yùn)行狀況自動(dòng)切換主備機(jī)的策略，本文對(duì)雙測(cè)控的實(shí)施方案進(jìn)行了闡述，提出了一種間隔層測(cè)控裝置不停電檢修的運(yùn)維方式，適合智能變電站無(wú)人值守的趨勢(shì)。
關(guān)鍵詞：智能變電站；測(cè)控裝置；雙重化配置；主備機(jī)切換
智能變電站是堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的重要基礎(chǔ)和支撐。隨著我國(guó)智能變電站的推廣建設(shè)，站內(nèi)一次設(shè)備信號(hào)的采集、測(cè)量、控制和監(jiān)測(cè)的可靠性要求越來(lái)越高。作為變電站內(nèi)信息監(jiān)視和控制的主要實(shí)現(xiàn)環(huán)節(jié)，測(cè)控裝置的配置方案對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)可靠性起著關(guān)鍵性的作用。國(guó)內(nèi)110kV及以下的數(shù)字化變電站中采取保護(hù)單套配置，測(cè)控功能由一套獨(dú)立的測(cè)控或者保護(hù)測(cè)控一體化裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)。為了提高監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性和冗余性，220kV及以上電壓等級(jí)的數(shù)字化變電站，繼電保護(hù)設(shè)備及與之相關(guān)的設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)等按照雙重化的原則進(jìn)行配置[1]，從而引入了測(cè)控雙重化配置的概念。測(cè)控裝置雙重化配置具有功能獨(dú)立、聯(lián)閉鎖可靠性高等特點(diǎn)，可以提高監(jiān)控系統(tǒng)的冗余性以及防誤操作的安全性，當(dāng)裝置出現(xiàn)N1系統(tǒng)故障時(shí)能夠不影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行；但測(cè)控雙重化配置也帶來(lái)了數(shù)據(jù)源與控制源不惟一的問(wèn)題[2]，監(jiān)控系統(tǒng)需要對(duì)上送的數(shù)據(jù)進(jìn)行辨識(shí)和篩選，一定程度上增加了監(jiān)控系統(tǒng)的復(fù)雜度和運(yùn)維出錯(cuò)的可能性。本文對(duì)現(xiàn)階段實(shí)施的多種雙測(cè)控方案的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)，提出了一種監(jiān)控系統(tǒng)自主選擇主機(jī)，并根據(jù)雙機(jī)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)自動(dòng)切換主備機(jī)的方案。此方案既有效解決了冗余配置方案中數(shù)據(jù)源和控制源不惟一的難題，同時(shí)提供了一種測(cè)控裝置檢修不影響系統(tǒng)運(yùn)行的機(jī)制，提高了監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性和易維護(hù)性。此方案適合無(wú)人值守智能站的運(yùn)行和維護(hù)，具備可推廣性及可復(fù)制性。
1智能變電站雙測(cè)控配置結(jié)構(gòu)
按照國(guó)網(wǎng)公司Q/GDW161—2013的設(shè)計(jì)規(guī)范，220kV及以上的智能變電站中主要的保護(hù)裝置雙重化配置，相應(yīng)地過(guò)程層和間隔層設(shè)備均需要雙套配置。具體到智能變電站內(nèi)三層兩網(wǎng)的架構(gòu)體系來(lái)說(shuō)，過(guò)程層和站控層網(wǎng)絡(luò)分為A、B雙網(wǎng)；過(guò)程層的合并單元、智能終端分別雙套采集一次設(shè)備的信息，間隔層的保護(hù)、測(cè)控裝置雙重化配置對(duì)下接入過(guò)程層A、B網(wǎng)，對(duì)上接入監(jiān)控系統(tǒng)雙MMS網(wǎng)[3]。因此雙測(cè)控配置實(shí)際上對(duì)應(yīng)的是智能變電站內(nèi)整個(gè)三層兩網(wǎng)的雙重化結(jié)構(gòu)。
1.1智能變電站二次系統(tǒng)雙重化配置結(jié)構(gòu)
在220kV及以上的智能變電站中，采用雙重化配置的三層兩網(wǎng)結(jié)構(gòu)。1）過(guò)程層設(shè)備：配置雙套獨(dú)立的合并單元，分別采集電子式互感器的兩路二次轉(zhuǎn)換器（A/D采樣回路），并輸出IEC61850-9-2標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的SV采樣報(bào)文至過(guò)程層SV交換機(jī)上，保護(hù)裝置也可以通過(guò)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式直接接入。配置雙套獨(dú)立的智能終端，分別獨(dú)立采集對(duì)應(yīng)間隔的一次設(shè)備（如斷路器、刀閘等）的信息并實(shí)現(xiàn)對(duì)其控制功能。雙重配置的保護(hù)或者測(cè)控裝置的跳閘、合閘回路與2套智能終端的動(dòng)作線圈一一對(duì)應(yīng)，各自獨(dú)立。智能終端與間隔層裝置通過(guò)IEC61850標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的GOOSE（面向通用對(duì)象的變電站事件）協(xié)議以組網(wǎng)或者點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式進(jìn)行信息交互。2）過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)：過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)是過(guò)程層和間隔層設(shè)備信息交互的橋梁。220kV以上的智能變電站一般采用過(guò)程層GOOSE網(wǎng)絡(luò)和過(guò)程層SV網(wǎng)絡(luò)相互獨(dú)立、雙重化配置的結(jié)構(gòu)。當(dāng)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行異常時(shí)不應(yīng)影響另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行，正常情況下雙網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行，構(gòu)成冗余配置。3）間隔層設(shè)備：繼電保護(hù)裝置的雙重化配置原則，包括保護(hù)裝置以及保護(hù)配合回路（電子式互感器、合并單元、智能終端、過(guò)程層交換機(jī)、跳閘線圈等）的雙重化。雙重化配置的保護(hù)裝置及其回路之間完全獨(dú)立，沒(méi)有直接的電氣聯(lián)系。相應(yīng)地測(cè)控裝置也應(yīng)雙重化配置，對(duì)下接入過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)的A、B網(wǎng)并采集上送合并單元、智能終端的開(kāi)關(guān)量和模擬量信號(hào)。雙重化配置的測(cè)控裝置功能上各自獨(dú)立，具備完整的測(cè)量、控制以及聯(lián)閉鎖功能，分別進(jìn)行聯(lián)鎖計(jì)算并將各自的聯(lián)閉鎖狀態(tài)發(fā)以GOOSE的形式給智能終端。對(duì)于獨(dú)立的控制回路，兩套裝置的閉鎖輸出接點(diǎn)接入各自的回路中互不影響；對(duì)于共用的控制回路，將兩套測(cè)控的聯(lián)閉鎖節(jié)點(diǎn)并接，以提高控制的成功率。4）站控層網(wǎng)絡(luò)：站控層MMS網(wǎng)絡(luò)采用雙重化配置，間隔層設(shè)備應(yīng)提供2個(gè)以太網(wǎng)口分別連至MMSA網(wǎng)與MMSB網(wǎng)。5）監(jiān)控系統(tǒng)：監(jiān)控后臺(tái)服務(wù)器和遠(yuǎn)動(dòng)裝置是智能變電站一體化信息平臺(tái)的核心，對(duì)整個(gè)變電站安全運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。采用冗余配置的2臺(tái)監(jiān)控后臺(tái)的數(shù)據(jù)庫(kù)定時(shí)或者自動(dòng)同步，當(dāng)一臺(tái)監(jiān)控后臺(tái)癱瘓或者退出運(yùn)行時(shí)，另一臺(tái)監(jiān)控后臺(tái)能自動(dòng)啟動(dòng)并正常運(yùn)行，提高監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性。綜上所述，智能變電站二次系統(tǒng)的雙重化配置提高了站內(nèi)監(jiān)控信息的冗余度和可靠性，當(dāng)站內(nèi)裝置發(fā)生N1故障時(shí)仍然有備用系統(tǒng)可以正常工作，提高了系統(tǒng)的可靠性。
1.2測(cè)控雙重化配置帶來(lái)的問(wèn)題
鑒于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的GOOSE和SV服務(wù)協(xié)議，數(shù)字化變電站中采用光纖傳輸突破了常規(guī)站內(nèi)電纜和節(jié)點(diǎn)的限制，信號(hào)的傳輸呈現(xiàn)幾何級(jí)的增長(zhǎng)。據(jù)統(tǒng)計(jì)智能變電站內(nèi)一個(gè)110kV間隔測(cè)控裝置所采集的過(guò)程層開(kāi)關(guān)量信號(hào)、告警信息、模擬量信號(hào)等多達(dá)三四百個(gè)，雙重化配置之后上送到站控層的監(jiān)視信號(hào)翻倍，全站所有的信號(hào)總計(jì)將達(dá)到數(shù)萬(wàn)個(gè)之多。如此之多的信號(hào)勢(shì)必會(huì)增加監(jiān)控系統(tǒng)處理信息的復(fù)雜度，給運(yùn)維人員也帶來(lái)困惑。同時(shí)對(duì)于同一個(gè)監(jiān)視對(duì)象而言，采用雙重化配置帶來(lái)了信息識(shí)別和篩選的困難。數(shù)字化站內(nèi)A、B兩套過(guò)程層設(shè)備如果上送的信息（如開(kāi)關(guān)位置）不一致或者品質(zhì)有差異，對(duì)于監(jiān)控系統(tǒng)而言必須在兩個(gè)異源信號(hào)之間進(jìn)行辨識(shí)，增加了數(shù)據(jù)處理的復(fù)雜度和出錯(cuò)的概率。對(duì)于異源數(shù)據(jù)的選擇切換，目前沒(méi)有一種簡(jiǎn)單可靠的切換機(jī)制來(lái)保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，且無(wú)論對(duì)測(cè)控裝置或者監(jiān)控后臺(tái)而言都將耗費(fèi)非常多的軟硬件資源。對(duì)于站內(nèi)調(diào)度或者監(jiān)控系統(tǒng)下發(fā)遙控命令而言，雙重化的配置導(dǎo)致需要選定惟一的控制源。當(dāng)測(cè)控裝置的運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生改變后，控制源的切換也給系統(tǒng)的穩(wěn)定性帶來(lái)挑戰(zhàn)，控制源的不惟一性降低了遙控的成功率。
1.3現(xiàn)階段主流的雙測(cè)控方案
現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)多數(shù)的二次設(shè)備制造廠家均提出了各自的雙測(cè)控實(shí)施方案，比較主流的實(shí)施方案如下：1）采取“虛點(diǎn)映射”的策略[4]實(shí)現(xiàn)站內(nèi)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)和控制方向的“二取一”。這種方案需要監(jiān)控系統(tǒng)建立兩套測(cè)控采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與某個(gè)虛點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，且虛點(diǎn)跟實(shí)點(diǎn)數(shù)據(jù)之間要實(shí)時(shí)交換。為此監(jiān)控后臺(tái)必須增加一套實(shí)時(shí)的判斷邏輯并維護(hù)多張采集實(shí)點(diǎn)與虛點(diǎn)的隱射關(guān)系表，無(wú)疑增加了后臺(tái)的處理復(fù)雜度。同時(shí)當(dāng)裝置主備切換時(shí)也帶來(lái)了遙控對(duì)象不確定、數(shù)據(jù)隱射關(guān)系更改的問(wèn)題。2）兩套測(cè)控之間通過(guò)硬開(kāi)入交互通信，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換。這種方案兩臺(tái)測(cè)控之間通過(guò)外部開(kāi)入交換實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，并根據(jù)一定的規(guī)則進(jìn)行主備機(jī)自動(dòng)切換。實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中當(dāng)采集的對(duì)方運(yùn)行狀態(tài)不可靠或者雙機(jī)之間通信異常時(shí)，可能導(dǎo)致主備機(jī)誤判。同時(shí)雙機(jī)實(shí)時(shí)交互通信，對(duì)兩套裝置的獨(dú)立運(yùn)行也提出了挑戰(zhàn)。3）監(jiān)控系統(tǒng)或者遠(yuǎn)動(dòng)裝置通過(guò)手動(dòng)設(shè)置軟壓板的方式，實(shí)現(xiàn)主備機(jī)的切換。此方案中測(cè)控裝置設(shè)置“主機(jī)軟壓板”，監(jiān)控后臺(tái)根據(jù)測(cè)控裝置軟壓板的值來(lái)選定主機(jī)，且通過(guò)遙控軟壓板的方式來(lái)切換主備機(jī)。主備機(jī)的切換需要監(jiān)控后臺(tái)或者遠(yuǎn)動(dòng)人為操作參與，增加了出錯(cuò)的可能性，且不利于變電站的無(wú)人值守。綜上所述，目前的雙測(cè)控實(shí)現(xiàn)方案中，在面臨雙數(shù)據(jù)源選擇和監(jiān)控對(duì)象的惟一選擇時(shí)，都沒(méi)有很完美的解決安全性和易操作性的問(wèn)題。同時(shí)增加了監(jiān)控系統(tǒng)邏輯處理的復(fù)雜度，帶來(lái)了主備機(jī)切換的不穩(wěn)定性，難以適應(yīng)無(wú)人值守的需求。
2雙測(cè)控配置方案優(yōu)化設(shè)計(jì)
雙重化配置的兩套測(cè)控裝置，采取對(duì)下雙主、對(duì)上主備的工作方式。對(duì)下雙主是指兩個(gè)測(cè)控裝置在功能上（測(cè)量、控制、聯(lián)閉鎖）上完全獨(dú)立；測(cè)控裝置不作主備機(jī)邏輯判斷，之間無(wú)任何信息交互。對(duì)上主備是指站控層設(shè)備（遠(yuǎn)動(dòng)和后臺(tái)）通過(guò)特定的規(guī)則自動(dòng)選擇主測(cè)控裝置，實(shí)現(xiàn)測(cè)控功能的熱備用。
2.1測(cè)控裝置
兩套測(cè)控裝置分別對(duì)下接入過(guò)程層A、B網(wǎng)，其中第一套測(cè)控裝置接入第一套合并單元、智能終端，用于采集A套合并單元的模擬量，A套智能終端的開(kāi)關(guān)量；第二套測(cè)控對(duì)稱(chēng)接入第二套過(guò)程層設(shè)備信息。將測(cè)控裝置采集的數(shù)據(jù)分為兩類(lèi)：1）私有信息：測(cè)控裝置本身獨(dú)有，以及衍生出的二級(jí)信號(hào)組成，主要包括所接入的合并單元或者智能終端的GOOSE通信鏈路狀態(tài)、功能壓板信號(hào)、測(cè)控裝置本身的告警信息、運(yùn)行狀態(tài)以及邏輯閉鎖信號(hào)等，這類(lèi)信息能夠完整地表征該測(cè)控裝置所處的運(yùn)行狀態(tài)。2）公共信息：能夠反映變電站一次設(shè)備當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)的信息，包括電壓、電流、功率、開(kāi)關(guān)刀閘位置等，這類(lèi)信息能夠完整地表征變電站運(yùn)行的狀態(tài)且數(shù)據(jù)具有惟一性。測(cè)試裝置具體實(shí)施方案如下：1）兩套測(cè)控裝置在功能（測(cè)量、控制、聯(lián)閉鎖等）上完全獨(dú)立，不作主備機(jī)邏輯判斷。2）兩臺(tái)測(cè)控均可響應(yīng)手控操作，測(cè)控屏上設(shè)置兩個(gè)手合、手分把手，緊急情況下可以選擇任何一臺(tái)裝置去手動(dòng)操作。3）對(duì)于聯(lián)閉鎖信息，兩臺(tái)測(cè)控裝置分別進(jìn)行聯(lián)鎖計(jì)算，并將各自的聯(lián)鎖狀態(tài)通過(guò)GOOSE發(fā)送給A、B兩套智能終端。短語(yǔ)獨(dú)立的控制回路，閉鎖接點(diǎn)接入各自的回路中互不影響；對(duì)于公用的控制回路則將兩個(gè)閉鎖接點(diǎn)并聯(lián)，以保證控制的成功率。當(dāng)智能終端和測(cè)控裝置通信中斷時(shí)，智能終端的聯(lián)閉鎖接點(diǎn)應(yīng)自動(dòng)復(fù)位。
2.2監(jiān)控后臺(tái)
1）監(jiān)視方向：主備測(cè)控裝置均和后臺(tái)通信。對(duì)于公共信息，由監(jiān)控后臺(tái)對(duì)相應(yīng)的點(diǎn)進(jìn)行配置，取主測(cè)控的公共信息進(jìn)行顯示；對(duì)于私有信息，由監(jiān)控后臺(tái)二取二進(jìn)行顯示。對(duì)于公共信息中出現(xiàn)兩套采集的信息不一致的情況，由監(jiān)控后臺(tái)進(jìn)行不一致告警，提示運(yùn)行人員對(duì)一次設(shè)備和二次設(shè)備進(jìn)行檢查。2）控制方向：監(jiān)控后臺(tái)默認(rèn)將遙控命令下發(fā)到主測(cè)控裝置上。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維需要特殊處理時(shí)（如主機(jī)運(yùn)行正常，但聯(lián)鎖不滿足或者需要操作備機(jī)），允許運(yùn)行人員在遙控界面使用備機(jī)進(jìn)行遙控。
2.3遠(yuǎn)動(dòng)裝置
1）監(jiān)視方向：主備測(cè)控裝置均和遠(yuǎn)動(dòng)通信。對(duì)于公共信息，由遠(yuǎn)動(dòng)裝置對(duì)相應(yīng)的點(diǎn)進(jìn)行配置，取主測(cè)控的公共信息上送主站；對(duì)于私有信息，由遠(yuǎn)動(dòng)裝置二取二進(jìn)行顯示。2）控制方向：監(jiān)控后臺(tái)默認(rèn)將遙控命令下發(fā)到主測(cè)控裝置上。
3雙測(cè)控裝置主備機(jī)切換方案
智能變電站未來(lái)的趨勢(shì)是無(wú)人值守，因此雙測(cè)控配置方案中對(duì)于主備機(jī)的選擇和切換關(guān)系到運(yùn)行和維護(hù)的準(zhǔn)確性和安全性。本方案中主備機(jī)的選擇和切換實(shí)現(xiàn)規(guī)則如下。
3.1主備機(jī)選擇
監(jiān)控后臺(tái)或者遠(yuǎn)動(dòng)裝置基于以下規(guī)則自動(dòng)選擇主測(cè)控裝置：1）非檢修狀態(tài)、通信正常的測(cè)控裝置選擇為主機(jī)。2）如果A、B兩套測(cè)控裝置上述兩個(gè)條件都滿足或者都不滿足，默認(rèn)選擇A套裝置作為主機(jī)。上述規(guī)則中，雙測(cè)控裝置的A、B套定義由現(xiàn)場(chǎng)工程組態(tài)時(shí)決定，如可以按照IP地址大小的原則實(shí)施。
3.2主備機(jī)切換
假設(shè)A機(jī)地址為1，B機(jī)地址為2，則默認(rèn)選取A機(jī)為主機(jī)。當(dāng)運(yùn)維過(guò)程中需要對(duì)間隔層測(cè)控裝置檢修時(shí)，后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)可以根據(jù)運(yùn)行狀態(tài)自動(dòng)切換主備機(jī)。即裝置投檢修后自動(dòng)由主機(jī)降為備機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，而原先的備機(jī)則同步升級(jí)為主機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。這種方案可以保證始終有一臺(tái)測(cè)控裝置正常運(yùn)行，且檢修開(kāi)始和結(jié)束時(shí)主備機(jī)切換均不需要人工干預(yù)，而由監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)自動(dòng)切換。為此提供了一種測(cè)控裝置不停電檢修的完美方案，適合無(wú)人值守站的運(yùn)維模式。
4結(jié)論
本文從智能變電站測(cè)控裝置雙重化配置結(jié)構(gòu)入手，分析雙重化配置帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)和需要解決的問(wèn)題。針對(duì)目前國(guó)內(nèi)主流雙測(cè)控配置方案的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析總結(jié)，在此基礎(chǔ)上提出了一種由監(jiān)控系統(tǒng)自主選擇主機(jī)并根據(jù)雙機(jī)實(shí)時(shí)運(yùn)行狀況自動(dòng)切換主備機(jī)的策略。本文提出的雙測(cè)控優(yōu)化方案即充分發(fā)揮了冗余配置的優(yōu)勢(shì)，又解決了異源數(shù)據(jù)辨識(shí)選擇和控制對(duì)象的惟一性；同時(shí)提供了一種間隔層測(cè)控裝置不停電檢修的模式，適合智能變電站無(wú)人值守的運(yùn)維趨勢(shì)。本方案已經(jīng)在廣東電網(wǎng)220kV茂名廣場(chǎng)變成功實(shí)施，具有良好的推廣意義。
參考文獻(xiàn)：
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變電站監(jiān)控信號(hào)設(shè)計(jì)方案論文03-28
全自動(dòng)智能閘口RFID方案設(shè)計(jì)論文12-09
機(jī)場(chǎng)道面混凝土性能優(yōu)化設(shè)計(jì)方案論文11-20
高校教學(xué)資源整合優(yōu)化方案設(shè)計(jì)研究論文11-22
企業(yè)薪酬的方案優(yōu)化設(shè)計(jì)12-09
實(shí)驗(yàn)室智能化管理方案設(shè)計(jì)論文12-09