浅探变电站的程序化操作实施

目前，变电站自动化系统经过多年发展已达到较高的技术水平，但变电站的电气操作仍采用现场常规操作或单一监控软件控制操作，且操作过程中需运行人员现场检查设备状况。这耗费了大量的人力和时间，使得无人值班变电站的优势难以发挥。另一方面，随着变电站操作密度的增加，倒闸操作过程中人工干预程度太高，从一定程度讲也提高了误操作的可能，给电网的安全运行带来隐患。因此，从提高电气操作的安全可靠性和工作效率上，需由计算机软件代替人来自动检查并完成多个电气操作，并且随着变电站电力设备的智能化发展，具备了实施程序化操作的条件，程序化操作逐渐成为无人值班变电站发展的趋势。

1.程序化操作含义

变电站程序化操作是指变电站内智能设备根据变电站操作票的执行顺序和执行结果校核要求，由站内智能设备替代操作人员，自动完成操作票的执行过程。实际操作时只需要变电站内运行人员或调度运行人员根据操作要求选择一条程序化操作命令，一键操作，由智能电子设备按照预先设定好的操作票，一次性完成检修、冷备用、热备用、运行等状态之间的转换、多个步骤的控制操作，并包含有先后操作顺序的操作步骤，每步骤包括操作前判断逻辑（防误逻辑）、操作内容、操作后确认条件（确认操作是否成功）。

2.程序化操作多方案的比较

实现变电站程序化操作具有三种方案：

（1）第一种方案是通过调度主站或者后台机实现程序化操作。假设通过后台机实现程序化操作，

程序化操作就不能在调度远方实现；相反，通过调度主站实现程序化操作控制，则当地程序化操作功能不能实现；假设，调度主站与当地后台机同时都实现了程序化操作功能，会带来两种后果：①程序化操作使系统变得更加复杂；②为确保在调度主站与当地后台机同时都实现了程序化操作必须一一对应所带来的验证工作量非常大，并且只要操作票需要修改的时候，系统两边都要修改，给变电站运行维护增加了不少麻烦。

（2）第二种方案是集中式方案，是通过把程序化操作功能集中在某一台站控层设备实现，而一般把实现该功能的站控层设备称之为程序化操作服务器。一般情况下，程序化操作服务器设置在站控层，在程序化操作服务器中储存变电站所有的操作票，在当地运行人员选取合适的操作票后，根据操作顺序，程序化操作依次向间隔层设备下达控制指令，以此来实现操作票程序化操作的目标，主站侧的运行人员下达的操作命令通过远动机转发到程序化服务器后也可实现程序化操作。

集中式的优点是对变电站已有的运行管理模式影响小，缺点主要如下：

A.所有程序化操作功能集中控制，实现程序化操作功能的站控层设备故障后无法进行程序化操作；

B.单纯由后台或远动实现的程序化操作功能，远动与后台存在非常规接口，违背站控层功能分层分布的原则，对系统结构改动较大。

C.由于所有操作票均存储在程序化操作服务器中，当变电站扩建后，间隔增加，操作票需要增加内容，此时运行间隔无法停电或停电时间短，造成操作票验证不完整，为安全运行带来隐患。

（3）第三种方案是通过间隔层设备与站控层程序化操作服务器共同实现程序化操作。意思是在间隔层测控装置中存储本间隔操作的所有操作票，其中间隔装置负责实现所有间隔内的程序化操作，而程序化服务器则负责实现在程序化操作中涉及到的跨间隔部分的操作。通过这种方案解决了变电站在扩建时验证的困难，因为间隔内的所有操作票都经过验证的，在变电站扩建时不需要验证其正确性，只需要验证新、旧间隔操作票组合的正确性；并且，一般情况下，间隔层设备的可靠性要比站控层设备的可靠性高，因此，把程序化操作主体设置在间隔层设备中，在很大的程度上增强了程序化操作的可靠性和提高程序化操作的成功率。

3.110kV南山站程序化操作设计方案介绍

110kV南山变电站选择间隔层设备和程序化操作服务器共同实现的方案，在间隔层设备中储存涉及到间隔内操作的操作票，其中间隔装置负责实现间隔内的程序化操作，而程序化服务器则负责实现在程序化操作中涉及到的跨间隔部分的操作。

3.1 程序化操作系统结构及功能

如下图所示，变电站自动化系统分为两层（站控层/间隔层），程序化操作功能集成至该系统中。

本方案以间隔层装置分布式方案为核心，结合集中式方案解决跨装置程序化操作需求，支持当地监控和远动机实现程序化操作的集中式方案。该方案集合了分布式和集中式的特点和优势，功能如下：

（1）对于间隔装置之间控制信息的传输，由间隔装置之间直接通讯完成，如使用IEC61850面向对象的变电站事件（GOOSE）通信；

（2）跨装置程序化操作由后台或远动与测控装置配合实现，实现方式灵活。方案充分考虑了程序化操作的可靠性，站控层程序化操作功能由后台和远动分布实现，后台或远动发生故障不影响正常一方的程序化操作：

A.站内操作时，程序化操作与远动机无关。可由后台与间隔装置配合实现，也可由后立实现，即后台发出并执行所有单步操作；

B.主站操作时，程序化操作与后台无关。可由远动与间隔装置配合实现，也可由远动机独立实现，即远动发出并执行所有单步操作。

（3）能够实现母线、主变等一次设备状态切换的一键操作。执行时自动识别母线、主变相关间隔的当前状态，在进行状态切换时只操作需要操作的间隔，实现真正的“一键操作”；

（4）组态功能强大。设备态、执行条件和确认条件可灵活自定义，支持对跨装置遥测的判断。操作票的配置充分考虑到程序化操作过程中可能出现的异常情况，可灵活设置延时、出错处理条件和出错处理方式；

（5）在执行操作票前，具备操作票预演仿真功能，可有效避免误操作；

（6）操作前执行条件与间隔装置防误逻辑一致，执行后确认条件可判断多个遥测遥信条件，可充分保证程序化操作的安全性；

（7）增加提示性操作，实现某些特殊情况下出现的暂停或确认要求；

（8）提供定值区的自动确认检查、定值的自动调取查看功能，提高程序化操作的自动化程度，不需人为确认和操作。

3.2 程序化操作流程

变电站侧运行人员在操作员站用户系统发出的程序化操作命令、主站侧的运行人员发出的操作命令均是通过远动机转发到程序化服务器后也可实现程序化操作。具体流程如下：

3.3 实施程序化操作与间隔层联锁的关系

程序化操作的执行是和运行操作票一一对应的，也就是说操作票中的一项对应于程序化操作的一步操作，包括操作前的检查、操作项和操作后的确认检查。在通常情况下，程序化操作过程中的操作条件检验跟间隔层的闭锁逻辑是保持一致性的，然而有时候闭锁逻辑也许会增添若干个有关联性的条件，其考虑的因素要比程序化操作条件检验多一些。间隔层的程序化操作功能与间隔层的联锁功能在实现时是相互独立的，它们之间通过独立的模块来实现，只是在操作实施时，程序化操作的条件判定与间隔层联锁的闭锁逻辑共同作用于控制输出口，意思就是说程序化操作操作条件满足要求并且间隔层闭锁逻辑许可操作的情况下，才可以真正执行程序化操作中的某一步骤，不然该步骤会被闭锁，若操作到某一步骤时，假设程序化操作条件处于允许状态，可是联锁逻辑处于闭锁状态，间隔层设备会出现闭锁操作状态而且会向操作员发出操作失败的原因，提示操作员要注意目前的操作步骤是否正确。

3.4 对防止误操作采取的措施

防止误操作是程序化操作实现必须关注的问题，因此采取切实有效的防误措施是实施程序化操作的关键。

在间隔层设备上，一方面需要增强操作流程中的操作前条件的检验与操作后的设备状态检验的措施，并且同时通过相互独立的间隔层联锁逻辑作为辅助措施来进行防误操作验证；另一方面，需考虑一次设备辅助接点不可靠，造成一次设备实际位置与辅助接点反应的位置不对应所带来的安全隐患，需采用双位置信号加强其判断的可靠性。

在后台系统方面，必须确保后台机上发出的程序化操作命令与实际条件相符合。因此，在后台采用程序化操作的时候，第一步是对电气设备的当前运行状态进行判定，不是从电气设备的当前运行状态开始的操作在操作系统中会被屏蔽掉，确保了电气设备的程序化操作只可以由当前的运行状态向目标状态的进行。

在调度主站方面，通过检验变电站接收到来源于主站发出的程序化操作命令，确保从当前状态开始的程序化操作才可以被正确执行，当监控中心向变电站监控系统主机发出遥控选择命令的时候，站内监控系统首先检验是否满足操作条件，当满足操作条件的时候，监控中心会接收到遥控返校的信息，对于不满足条件的遥控命令则会发出选择错误的信息，由此确保了遥控操作包含了程序化操作命令执行的正确性和安全性。

3.5 程序化操作实施相关通信问题

在变电站实施程序化操作，涉及到自动化设备、保护设备之间的互操作，因此变电站自动化系统必须是一个开放系统。由IEC制定的关于变电站自动化系统和通信网络的国际标准――IEC 61850标准，与以往使用的协议存在差异的地方是标准的对象模型及信息的自描述，这些模型定义了公共数据格式、标识符、行为和控制，真正意义上实现了变电站综合自动化设备的互操作。在变电站综合自动化系统增添IEC61850标准体系作为通信体系规范，并且将程序化操作在此基础上实施，极大地提高系统的性能和增强系统的可靠性及安全性。

4.工程实施建议

（1）程序化操作的首要条件是变电站一次电气设备可控，建议实施程序化操作的变电站一次电气设备都可以电动操作，对于变电站一次电气设备正确率不高的设备间隔不实施程序化操作；

（2）程序化操作要求一次设备可靠，一次设备必须接入双位置；

（3）变电站相关保护设备应该具备软压板与定值区切换功能，并且软压板宜采用遥控方式，由此实现程序化操作方式的统一，从而更好地实现程序化操作；

（4）设备电源在程序化操作中若有投入或者退出的要求，应该设置专用控制设备对相关设备电源进行控制，并且该设备应具备电源位置接点，并可以被遥控控制；

（5）变电站实施程序化操作，对临时接地线的管理非常重要，临时接地线的状态应由专用设备采集。

5.结束语

随着电力设备的蓬勃发展和电力系统综合自动化逐步走向数字化、智能化和标准化，程序化操作也将在变电站得到越来越广泛的应用。开展程序化操作运行管理模式的推广应用，还需不断总结和完善程序化操作的相关要求，完善程序化操作变电站的运行规程和管理制度。

参考文献

[1]长园深瑞程序化操作方案介绍.

[2]南瑞继保RCS-9700综合自动化61850系统程序化变电站说明.

[3]杨亮，苏志刚，张新强.程序化控制在变电站中的实现方案[J].机电信息，2010年06期.

作者简介： 区广顺（1986―），男，广东江门人，大学本科，电气助理工程师，主要从事电力工程监理工作。