变电站全站程序化操作系统设计

杨彬

摘要 目前，变电站的自动化系统已经被普遍采用，目前在变电站的程序化操作中，大多数都是基于一个时间区间的程序化操作，它的指令是由背景监测或防护测试控制单元发出，并由智能终端与通信网路进行远程控制。与传统的断路器相比，上述工作可节约一些时间，但其应用领域不大，不适合于复杂的交叉工作或二次护装置配合的操作，仍然要求操作者在现场进行现场操作。本文针对这种缺点，结合现有的设备技术水平，开发研究面向变电站全站程序化操作的能力，将一次设备和保护装置有效的结合在一起，实现复杂操作也能“一步”到位。总之，本课题按照当前的技术和规范，结合现阶段我区部分程序化变电站的实行情况， 利用现有的相关电气设备和操作系统，研究关于变电站全站程序化操作系统设计，对一次设备和二次系统的操作进行统一布局，为今后智能化变电站的建设和改造奠定基础。

关键词：变电站；全站程序化；程序化操作系统；设计

引言

目前，我国各地的变电站普遍采用了自动化的变电站，大部分变电站都已达到了“无人值班”状态，而原有的变电站没有程序化操作的能力，部分一次设备不能远程运行。当前使用的按键式逐个进行的做法不仅耗时、耗时，而且还存在着人工错误等问题。“程序化操作”是指对整个变电所进行的程序性的管理，例如从对变电所的最初的判断，到对电力装置按照规定的程序达到最终的条件的控制。由程序化操作进行的控制、运行、测量、检测、判断等是由监测系统的软件和控制装置组成的一套完整的程序，同时又保证了监测系统的严密保密。我国有些地方已经在一些新建成的电力设备上实现了计算机编程运行的功能，并获得了良好的社会经济效益。这就是本论文的重要目的。

1实现综合自动化变电站程序化操作的要求

1.1对一次设备的要求

（1）所有涉及到程序化操作的一次装置都必须进行电力运行。因为程序化操作需要实现变电站中的智能化电子装置的各种运行，所以，对断路器、隔离刀闸、地刀、手车等进行编程控制的一次装置都必须实现电力控制，即开关、刀闸、地刀的开关、手车的开闭、推入、拔出等工作。

（2）一次设备的可靠度高。在变电站进行的程序化作业，既要兼顾操作的准确性，又要兼顾操作的成功率，而操作是否正确直接关系到变电站的安全运营。在非人工参与的条件下，尤其是在无人值守的变电站中，其运行是否顺利，主要依赖于一次装置运行的可靠度，若一次装置的运行可靠度很差，频繁发生故障或故障，那么很难提升程序运行的成功率，从而造成错误的发生。而在程序运行中，每个步骤的实施都要依据相应的一次装置的运行状况来判定，所以一次装置的副触头和一次装置的实际定位必须严格地符合，这对于确保程序运行的准确性至关重要。

1.2对二次设备的要求

（1）每个辅助设备参加程序化操作要求稳定可靠。在变电所中，隔离层智能化电子器件（IED）既是程序运行的终极执行人员，也是对一次装置进行数据的实时获取。为了使程序操作顺利、正确地执行，不仅需要一次设备的稳定可靠，而且要使参加程序操作的二次设备稳定可靠地运行，既要根据操作单的操作次序正确地发送操作指令，又要保证一次设备的运行状况的正确和可靠。

（2）具备一定的容错措施。一次装置有一些不确定的情况，例如，断路器副触头的定位与实际的断路器位置不相符，而在进行拉断动作时，因其工作状态的异常而使断路器实际脱开而副接点为分位，致使在后续运行中带电拉开隔离开关或合接地刀闸造成事故。二次装置在进行一次装置故障时，必须要有适当的误差处理，以保证一次装置的运行状况与一次装置的实际状况不符时，不会产生错误。

（3）保护设备实现保护功能的自动投退。在变电所中实现程序化操作，尤其是在220 kV变电所使用的双母线模式下，由于一些复杂的运行，往往涉及到相应的防护作用。在常规的手工作业中，为了完成功能的倒退，必须要使装置具有相应于硬面板的软压力，并在远程投回软垫上，以达到回弹防护的作用；同时，在编程运行期间，还要求防护装置在远程修正保护定值和定值区之间的远程转换。

1.3对综合自动化系统的要求

作为程序化操作基础的变电站综合自动化系统需要具备以下几个功能。

（1）即时资料收集，可即时将车站的各切换状态，电流，电压，功率，及其它的支援远程通讯。为程序化控制的管理工作提供了准确、准确的决策基础。现有的综合自动化变电所实现的实时数据收集能力，其测量准确率和误差均达到了很高的水平。

（2）可靠的操作功能，确保实现程序化控制的各个环节。在程序运行的各个阶段，都有相应的方法和工具来实现，如果某个环节发生了差错，或不符合要求，就会终止，以确保各工序的安全运行，并为实现程序作业提出了一套标准和规范。

（3）通讯技术，系统具有与多个远方调度中心、站内微机型继电保护、站内电量计费终端(ERTU)和直流系统等智能装置的通信能力。在远动机房设置远动通信工作站，与调度通信通过远动通信工作站进行，通信具有主备通道自动切换功能。

2自动化变电站程序化操作系统的设计与实现

2.1智能开票功能的设计与实现

变电站内的程序化操作可以概括为两种类型：

一是间隔内程序化操作，也就是说程序化操作的内容仅涉及到本间隔内一次设备的操作，比如单条线路的一次状态（运行、热备、冷备、检修）转换的程序化操作，这种操作对象仅局限于本间隔内部一次设备的操作，不涉及到不同间隔的互操作；

二是跨间隔的程序化操作，其操作过程中涉及到多个间隔的一次操作以及多个间隔的二次操作，如双母带旁母接线变电站的倒排操作。此类程序化操作票，称之为“典型操作票”。

在35kV、110kV电压等级的变电站中，由于接线方式比较简单，通常为单母或单母分段方式，变电站内的操作绝大多数为间隔内的操作，即使涉及到跨间隔的操作，也可以分解为间隔操作的组合。

在220kV变电站中，由于主接线相对复杂，通常为双母方式，除了间隔设备运行状态的改变以外，许多改变运行方式的操作均需要实现跨间隔的操作。此种方式条件下，一次选择多张操作票形成组合票的形式进行程序化仿真，为了保证程序化操作安全稳定进行一系列的倒闸操作，在进行组合票操作时，设计系统对组合票的程序化操作进行强制仿真预演，从而进行了必要的防误操作。对于此类以组合票形式进行的操作，称之为“组合票操作”。

组合票操作弥补了典型票操作不够灵活多变的缺点，通过组合，提高了程序化操作的灵活性，组合票操作为智能开票功能的设计和实现提供了理论依据和执行依据，是常规综合自动化变电站实现智能开票的基础。

通过程序化操作倒闸操作的基本操作对象模型（不同间隔对象）当前运行的设备态模式和操作的动作方案（预先定义，定义到间隔不同接线方式跟运行状态，定义不同逻辑动作方案，并验证过的操作票）的逻辑关系进行分类、整理，引入推理机制：即通过预先自定义一定的规则，可以根据设备态模式，灵活地、自适应的实现改造功能。

在后台系统中，要确保不会有与现实情况不符的程序指令，要在背景中进行程序化操作时，先识别电力装置的工作状况，并将非目前的工作状态从操作接口中删除，以确保电子装置的程序化操作仅由目前的状态变为目的。

通过预先定义好的典型票，并预先定义好智能开票的间隔调用典型票的执行条件跟逻辑关系。而程序化操作模块所需要逻辑信息而采集现场的各路电压电流模拟信号量、位置开关量等参数、节点信号，可以通过配置工具进行参数在线设定。设备态定义工具要尽量做到简单、易懂，方便险场所工程人员和客户运行管理人员操作使用。操作界面如图2-1所示。

图4-1智能开票系统中，设备自定义工具界面

2.2后台监控功能的设计与实现

选定在本地后台监视系统中程序化操作的程序运行的计划，并将相关的全部运行票储存在本地的背景中，运行票中规定的程序操作都是由后台监视的顺序控制服务器来执行。该系统采用了基于编程的运行服务器，通过其庞大的后台处理功能，完成了对工作分配和迁移的工作，使其能够有效地实现对后台的实时数据进行有效的在线分析，并能够有效地管理后台的海量的数字量和大量的网络信息，从而更好地发挥其高效的运算性能，满足程序化操作模块实时性、可靠性等要求。程序化操作具有自适应性，能够真正地实现一体化的自动管理需求，同时，程序化操作的智能化管理应用更加安全可靠，更加方便快捷，使变电站的程序运行更加规范化运行具有自适应性。

2.3自动化系统的程序化操作设计与实现

RCS9700程序化操作模块基于智能开票原理和后台监控系统程序化操作原理，以RCS9700后台监控软件作为软件平台开发，可以使预先自定义的动作方案与现有的后台监控平台实现无缝连接，通过一系列的程序化操作实现自定义的动作逻辑序列。

RCS9700程序化操作模块根据RCS9700后台所采集开关位置状态的开入量和模拟量，跟踪变电站系统线路当前的运行方式，自动判断是否满足倒闸、倒闸及动作条件，之后发跳合闸动作命令，完成动作逻辑。

程序化操作模块按照运行条件、运行逻辑和它的自适应需求，实现了对模式的模式识别，并对与之相匹配的自适应选择。编程服务器通过对目前工作时间和可定制的逻辑进行智能的分析，可以实现对各种主要线路的连接模式和工作模式的自动识别，无需人工干预。采用模态自动辨识的编程运算模组，其具有较高的可靠性和较高的成本，能够经实践验证。通过实验和实际应用，结果表明，由程序化操作模块所提的自动模态辨识方法是切实可行的。

RCS9700程序化操作模块同时采用了模式自适应的技术思想，能无缝连接后台监控软件的数据信息和遥控接口模块，可以通过逻辑连锁功能模块，在线计算10kV系统线路开关的联锁控制。后台监控软件接口模块实时采集站内线路和变压器开关的合位/跳位信号，接收程序化操作动作方案下发的控制命令并完成操作机构的跳闸、合闸操作及防跳跃功能，操作故障时还可发故障信号并闭锁跳/合闸操作。图2-2展示的是220kV相岭变电站做的程序化操作界面，可供变程序操作改造界面设计时参考。

图 2-2相岭变电站的程序化操作界面

结论

本文研究课题为变电站程序化操作系统，主要通过本系统为现阶段无人值班变电站的运行提供保障，并为将来智能化变电站的发展奠定基础。文章从变电站程序化操作的设备选型着手，介绍了程序化操作系统需要涉及的基本设备，然后通过对系统的研究方案进行讨论分析，选择合理的方案进行实施。主体主要介绍程序化操作系统的构成与实现方法，论述各个模块的功能。变电站程序化操作的实行为无人值守变电站提供了保障，同时具有的高效性、可靠性、安全性也将是推广程序化操作的重要方面。在不久的未来，智能化变电站的应用也将陆续实行，对于智能化变电站的实现，程序化操作将是变电站进行远方遥控、事故处理的一个重要组成部分，因此变电站程序化操作方式将会越来越全面，越来越完善，会更好的适应变电站的发展道路，为电力系统的网架安全稳定奠定基础。

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