关键词 变电站 监控系统 应用
分类号 TM764
APPLICATIONOFSCADASYSTEMIN500kVDONGSHANQIAOSUBSTATION
ChenGang
(NanjingPowerSupplyBureau,210008,Nanjing,China)
Abstract Comparedwiththemediumandsmallsizedsubstation,500kVsubstationhasitsowncharacteristicsoflargecapacityandhighelectromagneticinterference.ThefundamentalprinciplesofSCADAsystemin500kVsubstationincludinghighreliability,superiortelecommunication,SOE,faultrecordingareproposed.TakingtheDongshanqiaoSubstationasbackground,thepaperintroducesthestructureandfunctionsofSCADAsystemin500kVsubstationanddiscussesitsapplicationandgeneraltrendofdevelopment.
Keywords substation SCADA application
0 引言
近年来，随着计算机（特别是微处理机）及通信等相关学科的迅速发展，计算机监控系统（SCADA）在500kV变电站得到了广泛的应用。1981年国内第1家采用监控系统的500kV平武工程最早引进了ASEA公司DS—8P系统，主机只是8位Intel8080微处理机，到今天，出现以普遍采用64位小型机、工作站、服务器等多主机为特点的国产、进口系统并存局面，取得了长足的发展。
500kV变电站因其固有特点，决定了其计算机监控系统与常规中小型变电站监控系统相比，有着不同的要求。本文以新近投运的500kV东善桥变电站为背景，对计算机监控系统在500kV变电站的应用进行了简要分析，并就其现存问题及进一步发展趋势做了思考。
1 对监控系统的技术要求
500kV变电站监控系统除了基本功能（如数据采集与处理、显示、报表生成、打印、越限处理）之外，因变电站本身特点，决定了其监控系统必须具备特殊的技术要求。
1.1 具有冗余结构的多主机系统
众所周知，单机系统存在工作可靠性差的缺点，显然不适用于对可靠性要求较高的500kV变电站，而应考虑采用多主机系统以提高系统冗余度。多机系统主要有2种方式［1］：
a.采用2台主机，一台工作另一台热备用。当一台退出时，另一台自动投入，保证不间断连续运行。工作主机单独完成数据采集处理、人机对话、显示、报警等所有功能。
b.采用2台主机和若干台前置机组成，由前置机负责通信规约的转换、信息的转发工作。收集到的信息经初步处理后向主机传送；主机则统一指挥显示、打印、人机联系、进程处理等功能，前置机与主机之间以网络连接。这种系统称之为分布式多主机系统，可用率指标一般在99.8以上。
分布式多主机系统的主要优点是功能强、容量大、灵活可靠，并且便于维护和扩充，可根据实际需要在网络上加挂或减少前置机与专业工作站（如保护工作站、值长工作站、通信工作站等），实现功能的分布式处理。
1.2 具有大容量数据处理能力
500kV变电站一次设备多，保护配置复杂，与调度端交换数据量大，相应地要求监控系统数据采集与处理容量大、用时少、数据库维护管理便捷。一般而言，500kV变电站数据采集、处理及控制类型包括模拟量、状态量、数字量、脉冲量、控制量、非电量等，如表1所示。
表1 500kV变电站采集、处理和控制的数据类型
Table1 Typesofdataacquired,processedandcontrolLEDin500kVsubstation
保护及自动装置动作信号数字量BCD码；GPS(天文时钟)脉冲量脉冲电能表控制量无功补偿装置投切；变压器分接头位置调整；开关、刀闸拉合非电量变压器顶层油温、线圈温度
实时性、准确性是变电站监控系统的重要指标。500kV变电站要求系统数据扫描刷新快，周期短，响应迅速，以SOE功能为例，我国部颁《地区电网调度自动化功能规范》要求SOE分辨率应小于10ms，东善桥变已达1ms（当地）。
1.4 具有丰富接口的开放式结构
开放式系统是系统的发展方向，要求系统能够易于扩充，且可以连接不同厂商的软、硬件设备，适应于变电站综合自动化发展趋势。未来的监控系统应具有丰富的接口功能，与各种智能化电气装置（IEDs）甚至一次设备通信，如正在开发的断路器具有与变电站自动化设备连接的串行接口和集成逻辑控制功能［2］。我国新建的500kV变电站采用了许多新技术装置，如数字式保护、微机直流充电设备、智能化RTU、数字式测温装置、微机接地检测装置，解决它们与监控系统的通信是对监控系统的要求之一。另一方面，SCADA系统作为局域网（LAN），经路由器/网桥与MIS或其他SCADA系统相连，实现网络通信也是今后的方向。2 系统结构
2.1 东善桥变电站监控系统
500kV东善桥变采用了国家电力公司电力自动化研究院RD—800B分布式电网监控系统，由2台SunUltra1工作站为主机，通过网络互联互为备用。运行时1台作为主机、1台作为热备用机，以以太网总线为信息传输通道。网上挂有2台IPC586工控机为信息交换工作站（前置机，主/热备用方式运行），网上专业工作站包括通信工作站、值长工作站、站长终端等。辅助设备包括GPS（天文时钟）、网络设备、打印机等。
软件系统是基于UNIX的多任务、多用户操作系统，满足于电力系统实时、大容量数据处理的要求。RD—800B软件系统主要由主控、人机界面、图形系统、数据库系统、报表系统、数据处理、告警处理、设备参数管理、网络通信和工具软件包等几大模块组成。
RTU采用WESCON公司的GR90分布式远动终端，具有多主站、多规约转换功能，最多可与7个主站通信。模拟量采集为直流采样模式，考虑到遥信量多的特点专设了遥信转接屏，计量系统配置了带脉冲输出的电能表，脉冲量送至RTU遥信插件板。监控系统配置如图1所示。同时，按变电站一次设备情况，将系统划分为2个子站，即包含500kV和35kV部分的东善桥1号站，包含220kV部分的东善桥2号站。采用了开放式结构，便于今后变电站的扩建。
图1 500kV东善桥变电站监控系统配置图
Fig.1 ConfigurationofSCADAsysteminDongshanqiaoSubstation
一期工程系统设计容量，模拟量256点，状态量956点，脉冲量128点，遥控量16点。遥调遥控部分包括有载调压变压器（1号主变）分接头调整及低压电抗器自动投切。
监控系统以μ4F规约与华东网调通信；以CDC—8890规约与江苏省调通信；南京市调端则由SCADA系统前置机以SC1801规约转发。系统具备远方诊断功能。
2.2 接口功能
2.2.1 继电保护接口
现场保护配置类型不一，有数字式、集成式保护，也有电磁型保护。现阶段，所需保护信息均通过其本身提供的无源接点送至RTU光耦输入端，由RTU专用48V电源模块提供电源。
500kV系统保护多采用ABB公司数字式保护装置，已用光纤构成了环网，由专用的SMS保护管理机负责保护动作信息的收集、故障录波查询、定值修改。今后在时机成熟时，可将SMS管理机经以太网接口与SCADA系统进行数据交换，实现资源共享。220kV线路保护的标准配置“11” “901”双微机保护，各自组网后亦可接入SCADA系统。
2.2.2 微机直流充电装置
变电站硅整流充电装置的控制核心为微机芯片，SCADA系统前置机与其通信采用了ZLP通信规约（直流装置厂家开发），传递直流母线电流电压值、可控硅控制角度、工作状态及异常状态。
2.2.3 主变数字式测温仪
东善桥站取消了常用的温度变送器，而改由主变数字式测温仪将3台单相主变的油温、线圈温度送至SCADA系统。由于接口不一致，中间设置了规约转换器，将RS422—A转换为RS232—C接口。
2.2.4 控制模拟屏接口
通过串行口上模拟屏与其通信，将主变温度、线路与主变潮流有功量、安全运行天数等所需监屏信息上屏显示。
2.2.5 光字牌系统
东善桥取消了传统的保护信号光字牌系统，该功能由RD—800BSCADA系统的软件——光字牌系统完成。
3 几个问题
3.1 模拟量采集方式
东善桥变电站模拟量采集为直流方式，利用变送器将交流电压、交流电流、有功/无功功率转换成0mA～20mA（0V～5V）的直流电流（电压）供微机检测。其优点是算法简单，精度易于保证。但明显增加了变送器投资，维护工作量加大。交流采样通过交流变换器将二次电流/电压转换为±5V（峰值）的交流电压作为检测量，取消变送器，消除了零漂，并且可靠性高、维护方便。交流采样已在微机保护领域有着广泛的研究与应用，配合合适算法的交流采样应是监控系统模拟量采集的今后趋势。
3.2 数据通信
为高效利用计算机资源，监控系统应提供完整的数据通信手段，以实现信息采集与传送，达到资源共享的目的。数据通信可分为局域网内部通信和网络间通信。对于采用以太网总线结构联接的数据采集工作站、SCADA工作站、通信工作站、站长终端，东善桥站采用了TCP/IP协议通信，并在此基础上，通过高级网络协议支撑网络分布的数据库结构。
考虑到电力系统发展趋势，不同系统（如EMS、保护管理系统、MIS）之间存在着信息交换的要求。以东善桥站为例，500kV微机保护相互间以光纤连接并设置了专用的保护管理机，这套保护管理系统可通过TCP/IP协议向监控系统传递必要的信息。当然，经路由器SCADA系统可与局生产管理MIS相连。
3.3 完善功能
目前的500kV监控系统，可能多是“监多控少”，东善桥站仍用控制开关对一次设备进行操作。显然，在保证安全可靠的前提下，监控系统应增加计算机控制调节的范围，如浙江金华500kV双龙变在全国范围内率先采用综合自动化系统，对断路器、隔离开关实现了键盘操作。此外，还应加大对AVQC（自动电压控制和无功调整）、运行管理系统、故障录波等功能的研究应用，为500kV变电站全面走向综合自动化奠定基础。
从计算机角度看，数字式保护和监控系统都是对采集到的信息进行处理的装置。事实上，在中低压系统，保护与监控综合单元已有较成熟产品。因500kV系统保护复杂，要求对数据暂态特性反应及时精确，且动作时间一般在几十毫秒，如何与主要检测稳态量的监控系统结合是必须解决的课题。
4 结语
在110kV及以下变电站广泛采用综合自动化技术的今天，500kV变电站也将逐步配合保护、控制、监视和通信技术的发展实现一体化计算机网络系统——变电站微机综合自动化系统［3］，符合标准化、模块化、网络化、功能分布的体系结构，彻底改变过去以仪表盘、中央信号屏、控制屏等盘表为基础的传统监控模式，使计算机真正成为500kV变电站监控的主要手段，适应于生产发展的需要。
作者简介：陈 刚，男，1972年生，工程师，现从事变电站生产运行管理工作。
作者单位：南京供电局 210008 南京
参考文献
1 孙淑信.变电站微机监控与控制.北京：水利电力出版社,1995
2 PretoriusC,唐 涛,沈根发.SINAUTLSA变电站自动化系统的技术特点.电力系统自动化,1998,22(6)
3 王 钢，贺家李.面向对象的变电站综合自动化系统的研究.电网技术,1998,22(2)
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