国网山东省电力公司检修公司 于倩 王继伟

浅谈特高压变电站监控系统的优化布局及运维策略

国网山东省电力公司检修公司 于倩 王继伟

近年来，1000 kV特高压交流电网进入快速发展期，大批特高压变电站陆续投产。文中以目前主流的特高压变电站监控系统设计方案为例，对特高压变电站监控系统的整体架构进行了研究，重点分析了特高压变电站监控系统运行维护策略，为日后新建特高压变电站监控系统设计及运行维护提供重要参考依据。

特高压 监控系统 运行维护

随着我国电力工业的发展，特高压输电技术应用日益广泛。在“十三五”规划中，特高压工程规划分三批建设，将主要的负荷中心和能源输出地连接起来，优化全国的能源配置格局。伴随着特高压交流工程的广泛建设，对应用于特高压变电站监控系统的探索研究将更加重要和迫切。

本文结合近年来新投特高压变电站监控系统，对用于特高压监控系统的整体架构进行了研究，仔细分析了特高压变电站监控系统的主要设备类型及功能，并对特高压变电站监控系统的特点进行了介绍和总结，对监控系统维护工作进行了相应的探讨。

1 系统构成概述

与500 kV变电站相比，1000 kV特高压变电站具有电压等级高、监测控制点多、数据信息流量大、站内电磁环境复杂等基本特征。因此，建设一个安全先进的变电站监控系统，对于保障变电站主设备及系统安全稳定运行具有重大意义。

目前，特高压变电站监控系统采用分散式计算机监控系统，为分层分布式、开放式网络结构，站控层各计算机均直接接入站级主干网, 采用跨平台操作系统, 以获得高速通讯、资源共享和界面友好的效果，采用IEC61850规约，打造统一的平台模型，满足变电站内各装置的通信需求。站控层和间隔层均按双以太网配置，以光纤互联，站控层采用千兆网，间隔层采用百兆网，提供更宽的带宽、更好的网络可靠性以及更快的应用响应时间，从而保证变电站正常运行和事故时的可靠告警。

站控层负责整个系统的集中监控，设备布置在主控室或计算机室，包括操作员工作站、监控主机、数据服务器、综合应用服务器、图形网关机和Ⅰ、Ⅱ区及Ⅲ/Ⅳ区数据通信网关机、工程师工作站、会议终端、公用接口设备以及网络设备等。间隔层负责各间隔就地监控，间隔层设备布置在各相应保护小室，主要由保护装置、测控单元和网络交换机等设备组成。

按照“安全分区、网络专用、横向隔离、纵向认证”的思路，将电力网络划分为一区、二区、三区和四区，其中一区为生产实时控制大区、二区为生产非实时控制大区、三区为生产管理区、四区为管理信息区。站内两台监控系统专用防火墙分别安装于站控层网络设备屏A/B内，正反向隔离装置安装在Ⅲ/Ⅳ区数据通信网关机屏内。

为保证监控系统的可靠性，关键设备均采用双重化冗余配置。一是双机配置，监控主机、操作员工作站主机、图形网关机和Ⅰ区数据通信网关机等设备均双重化，提高了整个系统的可靠性；二是双网配置，站控层、间隔层均配置A、B网，确保网络信通状态良好；三是双远动配置，配备双机双通道切换装置，实现与各级调度中心的电力调度数据网通信，保证调度数据网通道畅通；四是双GPS 时钟系统配置，自动切换, 保证监控系统的同步对时精度和对时接口要求；五是双UPS电源配置，站控层监控系统各屏柜均已引双路UPS，确保监控系统安全稳定运行。

2 特高压变电站监控系统特点

2.1 应用一体化五防系统

特高压变电站采用一体化五防，一方面节约成本，减少了硬件上的开支，不需要监控主机与防误主机间额外的通信连接，节约电缆和网络设备；另一方面提高可靠性，一体化五防系统可直接访问实时数据库，从数据库中读取所需设备的实际状态，用于五防闭锁逻辑运算，一旦发现错误可立即闭锁相关操作，能够快速、可靠回传操作的执行情况，不受外部电磁干扰。而且一体化五防的配置维护相对简单，无需为防误主机单独配置图形界面，对运检人员来说，通过集中管理，有利于操作执行状态的监控，提高工作效率，也减少了图形维护的工作量。

2.2 呈现多种在线监测数据

特高压设备电压等级高、现场运行环境复杂，其绝缘部分缺陷及劣化将会对电网的安全运行产生不可估量的影响。为此，特高压变电站主设备加装了相对完备的在线监测系统，有助于提前发现危害设备运行的潜伏性故障，并为今后实现状态检修提供了必要的技术支持。

特高压变电站在线监测系统主要有以下几种：1000 kV GIS局放在线监测系统；1000 kV、500 kV GIS SF6密度在线监测系统、1000 kV主变油色谱及铁芯/夹件在线监测系统；1000 kV高抗油色谱在线监测系统。各种在线监测系统自行组网后采用IEC61850规约上传至监控系统综合应用服务器，不单独配置在线监测系统后台，并通过Ⅱ区网关机采用104规约送地方省调，同时通过Ⅲ/Ⅳ区网关机采用I2规约传本地电科院。后台对数据的遥测越限告警进行判断，并能生成历史曲线图和报表进行对比、分析，有利于运检人员监视设备运行状态，及时发现设备缺陷，避免发生设备事故，减少非计划停电次数，对保证变电站安全、可靠运行起着重要的作用。

2.3 监控信息和保护信息共网传输，故障录波单独组网

特高压变电站监控信息和保护信息实行共网传输，各保护装置通过双网口直接接入监控系统在各保护小室配置的MMS A/B网交换机，各继电器小室不再单独设置子站采集屏，从而更好地保证了保护信息上送的实时性和可靠性。保护及故障录波子站接在站控层MMS双网上，各保护装置的保护信息通过监控及保护的MMS双网接入保信子站通讯及数据服务器，并上传调度。此外，在监控后台还可对保护装置进行复归、告警查询、召唤定值、查看模拟量、状态量、故障录波、投退软压板等操作，有利于运检人员对保护装置的日常维护、监视，及事故时对保护动作情况的查看。

特高压变电站故障录波单独组网，各保护小室故障录波屏通过3个光口，一路采用IEC61850通信规约通过光缆接入计算机室保护信息管理子站，并上传调度；另两路采用IEC61850通信规约通过光缆直接接入国家电力调度数据网和网调分中心。故障录波单独组网可避免在电力系统发生故障、保护跳闸的情况下, 网上数据流量突增可能导致的数据丢失, 保证信息实时性和完整性。

2.4 增设智能排水系统及变电站室内外照明控制系统

为防止汛情发生，部分特高压变电站会增设智能排水系统，可在监控后台实时监测水池水位，越限报警，当超过定值时，自动开启水泵排水，水位下降后自动停止。运检人员还可通过监控后台远程起停水泵，杜绝水患威胁。

为使照明控制更加灵活和人性化，配置屋内外照明控制系统，可在监控后台对各保护室及设备区照明进行控制，满足运维工作的多种要求。

2.5 建立一体化电源监控平台

配置1套一体化电源监控系统，该系统将站内交流电源系统、直流电源系统、逆变电源系统、通信电源系统统一设计，通过数字一体化监控平台将站用电源各子系统通信网络化，实现站用电源信息共享、控制一体化。各功能监测模块运行工况和信息数据通过一体化电源监控单元展示并通过IEC61850规约接入计算机监控系统综合应用服务器，实时监测各装置进线回路和母线的电压、电流、断路器运行状态以及直流母线和各馈电支路的绝缘状况，实现监控后台对整个电站电源的交流、直流系统、逆变电源系统、通信系统进行监控和分析，提高系统网络化、智能化程度，确保供电安全。

3 对特高压变电站监控系统维护工作的几点看法

监控系统对保障变电站的安全、稳定运行具有十分重要的意义。目前，特高压变电站仍处于发展阶段，在新电气设备、新技术手段、新管理理念等大力推广应用的形势下，对特高压变电站监控系统提出了更高的要求，这就需要做好监控系统运行维护工作。

3.1 加强监控系统巡检工作

结合变电站例行巡视、全面巡视和专项巡视工作，及时发现设备告警、装置异常等情况，建立设备预警、诊断分析机制，找出监控系统可能存在的运行隐患，及时处理异常，从根本上杜绝事故产生。

3.2 关注设备运行环境

对监控系统设备的运行环境进行合理调整，保证设备运行不受电磁、温度、湿度、振动、灰尘等因素的影响，各设备风扇运行无异常，主机散热良好，定期清理过滤网，确保CPU正常运行。

3.3 建立现场、后台数据对比机制

结合设备定检、巡检等工作，对后台数据及设备实际情况进行分析对比，确保测控、在线监测等装置数据上送正确，遥测符合精度要求。

3.4 逐步完善监控系统功能

根据变电站实际运行情况，对监控系统进行升级改造。充分利用特高压变电站年检机会，解决监控系统软件信号误报、系统软硬件老化、网络通信设备阻塞等问题，提高设备运行可靠性。并适度增加监控目标数量和系统覆盖规模，完善在线监测项目，提升变电站智能化运维水平。此外，还应根据变电站扩建工程，及时完善后台数据，做好系统软件维护工作，对软件异地备份，避免数据库发生问题。

4 结语

随着特高压网架不断壮大，技术快速升级发展，特高压变电站监控手段及功能要求也将出现新课题、新变化。因此，需要不断深化监控系统技术研究，以及运维模式探索，持续完善系统策略，更有效地维护变电站监控系统正常运行，确保特高压变电站安全稳定运行。

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2017.6.15