解凱，沙海源，戴如清

(南京南瑞繼保電氣有限公司，江蘇 南京 211102)

隨著中國大型煉化企業(yè)及石化基地建設(shè)不斷推進發(fā)展[1-2]，石化企業(yè)電網(wǎng)的規(guī)模不斷擴大，需要監(jiān)控的變電站越來越多，日常進行的電氣操作也越來越頻繁[3]。石化企業(yè)電網(wǎng)從安全、高效的管控要求上呈現(xiàn)兩大趨勢： 從廣度上要求扁平化覆蓋全廠所有的區(qū)域電網(wǎng)；從深度上要求監(jiān)控從220 kV到380 V的所有電壓等級的電氣設(shè)備。因此，對調(diào)度控制能力和效率要求更高，建立一套能夠支撐石化企業(yè)各區(qū)域電網(wǎng)的高效運行、協(xié)同操作的電網(wǎng)自動化管控系統(tǒng)就顯得尤為重要。

調(diào)控一體化作為“智能電網(wǎng)大運行”體系下的一種新的電網(wǎng)管理模式，是電網(wǎng)運行集約化管理的一項重要內(nèi)容[4-5]。調(diào)控一體化建設(shè)，就是對電網(wǎng)調(diào)度、設(shè)備監(jiān)視、設(shè)備控制進行24 h不間斷運作的核心環(huán)節(jié)實施集中管理、一體化運作，克服了傳統(tǒng)基于變電站層的運行管理相對分散、運行環(huán)節(jié)多、業(yè)務(wù)鏈條長、協(xié)同效率慢、人力物力資源優(yōu)化利用程度低的缺陷。石化企業(yè)電網(wǎng)在規(guī)模擴大和自動化水平發(fā)展的基礎(chǔ)上，采用調(diào)控一體化的系統(tǒng)建設(shè)模式是更經(jīng)濟、高效的必然趨勢。

1 石化企業(yè)電網(wǎng)管控系統(tǒng)建設(shè)模式的發(fā)展

石化企業(yè)電氣系統(tǒng)組成一般包括總降變電站、自備電廠、各區(qū)域變電所、裝置變電所子站及子子站。在站控層，由保護、測控等二次設(shè)備監(jiān)測和控制電氣一次設(shè)備，變電站綜合自動化系統(tǒng)再通過站控層網(wǎng)絡(luò)將該站的二次設(shè)備進行連接，建立監(jiān)控后臺提供計算機人機界面供值班人員操作。隨著石化企業(yè)電網(wǎng)的不斷擴大，采用變電站無人值守運行方式，建立調(diào)度管控中心進行電網(wǎng)集中控制和遠(yuǎn)程操作，成為電網(wǎng)安全、高效運行發(fā)展的必然。電網(wǎng)管控系統(tǒng)將全廠范圍內(nèi)不同電壓等級的變電站所統(tǒng)一集中管控，其建設(shè)發(fā)展經(jīng)歷了分散管控模式、區(qū)域集控站加調(diào)度中心模式、調(diào)控一體化模式。

1.1 分散管控模式

早期的石化企業(yè)電網(wǎng)，由于規(guī)模較小，自動化水平較低，電網(wǎng)自動化系統(tǒng)的建設(shè)首先關(guān)注的是變電站綜合自動化系統(tǒng)。當(dāng)需要多個變電站集中調(diào)度時，將各站的后臺操作計算機通過遠(yuǎn)程光纖集中放置在調(diào)度室來實現(xiàn)。該系統(tǒng)集成方式簡單，幾乎無成本，只需將各站后臺的界面集中展示，沒有任何數(shù)據(jù)集成協(xié)同調(diào)度的功能，目前已經(jīng)基本不再適用。分散管理模式如圖1所示。

圖1 分散管控模式示意

1.2 區(qū)域集控站加調(diào)度中心模式

大型石化企業(yè)一般將電網(wǎng)按照生產(chǎn)區(qū)域進行分區(qū)集控，比如煉化企業(yè)一般分為煉油和化工等區(qū)域。在各區(qū)域設(shè)置集控站，連接通信區(qū)域裝置變電站及下屬的變電所，進行集中管控；在總降變電所設(shè)置全廠電網(wǎng)調(diào)度中心，連接通信各區(qū)域集控站，進行全網(wǎng)調(diào)度。這種調(diào)度中心與集控站相結(jié)合的模式，能夠做到全廠電氣設(shè)備分層、分區(qū)的集中監(jiān)控管理，是目前石化企業(yè)電網(wǎng)自動化系統(tǒng)建設(shè)的主流模式，如圖2所示。

圖2 區(qū)域集控站加調(diào)度中心模式示意

圖2所示的建設(shè)模式，區(qū)域集控站和全廠調(diào)度中心需要建設(shè)多套分系統(tǒng)，增加了建設(shè)成本，投運后自動化人員也要負(fù)責(zé)多套系統(tǒng)運維，增加了運維成本。此外，變電站的信號上傳和調(diào)度中心的控制下發(fā)都要經(jīng)過集控站轉(zhuǎn)發(fā)，增加了中間環(huán)節(jié)，并且調(diào)度系統(tǒng)和集控兩級系統(tǒng)之間只是簡單的信號轉(zhuǎn)發(fā)，無法有效地相互協(xié)同操作，缺乏電網(wǎng)安全高效管理的系統(tǒng)支撐。

1.3 全廠調(diào)控一體化模式

隨著電網(wǎng)裝備技術(shù)水平和自動化水平不斷進步，電網(wǎng)運行監(jiān)控和設(shè)備智能化、可視可控化技術(shù)手段日趨成熟，為調(diào)控一體化提供了技術(shù)支撐和硬件基礎(chǔ)。在調(diào)控一體化系統(tǒng)中，不再設(shè)置各區(qū)域的集控站，全廠的各變電站通過覆蓋全廠的調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)，從站端直接將信號連接到調(diào)度中心，這種扁平化的通信結(jié)構(gòu)一方面減少了集控站轉(zhuǎn)發(fā)通信中間環(huán)節(jié)，提高了效率，同時也減少了建設(shè)區(qū)域集控站的建設(shè)成本以及后期相應(yīng)運維費用。全廠調(diào)控一體化模式如圖3所示。

調(diào)控一體化系統(tǒng)平臺支撐了調(diào)度、集控和運維三級運行管理架構(gòu)： 在調(diào)度中心實行電網(wǎng)調(diào)度職能；在各區(qū)域生產(chǎn)控制中心設(shè)置遠(yuǎn)程集控操作員站，實行區(qū)域電網(wǎng)集控操作控制職能；在各運維區(qū)域設(shè)置電氣設(shè)備巡維站接收系統(tǒng)指令，就地化操作。各級電網(wǎng)管控機構(gòu)設(shè)置為不同安全責(zé)任區(qū)，將調(diào)度、多個集控以及巡維站職能隔離，通過調(diào)度管理系統(tǒng)形成共管機制。這樣建立了責(zé)任明確、協(xié)同高效的電網(wǎng)分級、分區(qū)一體化管控系統(tǒng)，成為目前石化企業(yè)電網(wǎng)自動化建設(shè)的主流模式。

1.4 建設(shè)模式比較

從上述三種建設(shè)模式比較來看，大型石化企業(yè)采用電網(wǎng)調(diào)度一體化管控系統(tǒng)，在建設(shè)成本、通信效率、管控效率方面具備較大優(yōu)勢。近幾年國內(nèi)新建10 Mt/a以上大型煉化基地電網(wǎng)都逐步采用了該模式，已建石化企業(yè)電網(wǎng)也在逐步改造為調(diào)控一體化模式。三種石化企業(yè)電網(wǎng)管控系統(tǒng)建設(shè)模式比較見表1所列。

圖3 全廠調(diào)控一體化模式示意

項 目分散管控模式區(qū)域集控站加調(diào)度中心模式調(diào)控一體化模式適用范圍 適合小規(guī)模石化企業(yè)電網(wǎng) 適合大型石化電網(wǎng) 適合大型、超大型石化電網(wǎng)建設(shè)成本 低 高 中通信效率 直接界面 調(diào)度通過集控站轉(zhuǎn)發(fā) 變電站直采直送管控效率 全人工值班 區(qū)域集中控制,調(diào)度電話管控 采用調(diào)控一體化管理高效協(xié)同

2 石化企業(yè)電網(wǎng)調(diào)控一體化模式

2.1 調(diào)控一體化系統(tǒng)架構(gòu)

石化企業(yè)電氣綜合自動化系統(tǒng)組成一般包括： 全廠調(diào)度中心、區(qū)域集控站、220 kV總降變電站、110/66/35/10/0.38 kV各區(qū)域變電站及裝置變電站的電氣自動化子系統(tǒng)以及相應(yīng)的通信網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成分布式采集與集中控制相結(jié)合的完整系統(tǒng)，采用調(diào)控一體化方式下的石化企業(yè)電網(wǎng)自動化系統(tǒng)負(fù)責(zé)對全廠供配電系統(tǒng)的電氣設(shè)備運行狀況進行數(shù)據(jù)采集、通信、監(jiān)測、控制、管理，如圖4所示。遵循下述設(shè)置原則：

1) 總降變電站、自備電廠直接采集。220 kV總降變電站、110 kV變電站、自備電廠均設(shè)置獨立電氣自動化系統(tǒng)，通過遠(yuǎn)動通信裝置向全廠調(diào)控一體化系統(tǒng)建立IEC-104或IEC-61850規(guī)約通信通道。

2) 區(qū)域變電站、裝置變電站就地匯總采集。66/35 kV裝置變電站，均設(shè)置獨立電氣自動化系統(tǒng)，在區(qū)域采集網(wǎng)絡(luò)上，按照0.38 kV變電所通過通信管理裝置向10/6 kV裝置變電站匯總，再向66/35 kV裝置變電站匯總，裝置變電站通過遠(yuǎn)動通信裝置向全廠調(diào)控一體化系統(tǒng)建立IEC-104或IEC-61850規(guī)約通道。

3) 區(qū)域集控站分散操作。各區(qū)域采用調(diào)控一體化技術(shù)設(shè)置遠(yuǎn)程集控操作站和遠(yuǎn)程巡維操作站，監(jiān)視本區(qū)域生產(chǎn)過程相關(guān)的用電設(shè)備和供電系統(tǒng)數(shù)據(jù)，采用遠(yuǎn)程和巡維現(xiàn)場相結(jié)合的方式對開關(guān)、變壓器分接頭等進行控制，重大操作通過工作票和操作票系統(tǒng)上報上級調(diào)度審批。

4) 全廠調(diào)度中心統(tǒng)一指揮。全廠調(diào)控一體化系統(tǒng)提供總集控中心調(diào)度，匯聚全廠電氣系統(tǒng)所有實時數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對全廠供配電系統(tǒng)的運行方式監(jiān)控和調(diào)度管理，并實施高壓部分的重大電氣操作和控制，監(jiān)視審批各區(qū)集控的日常操作。

在調(diào)控一體化模式下，所有的電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集和設(shè)備控制通過具有10～50萬個測點的大型電網(wǎng)SCADA系統(tǒng)控制，系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)，給全廠調(diào)度、區(qū)域集控以不同的人機界面視角，按照責(zé)任區(qū)進行管控操作。任何實時數(shù)據(jù)、告警以及各級操作都是相通和相互可見的，各級電網(wǎng)調(diào)度集控機構(gòu)既相互獨立，同時又通過統(tǒng)一的實時系統(tǒng)相互聯(lián)系，避免了多套系統(tǒng)間的信息孤島問題。根據(jù)電壓等級和重要程度，按照“重大操作調(diào)度監(jiān)視、日常操作下放集控、任何操作相互可見”的原則，使電網(wǎng)的監(jiān)視和控制能夠在調(diào)控一體化的系統(tǒng)框架內(nèi)有序高效地執(zhí)行。

2.2 管控模式的轉(zhuǎn)變

調(diào)控一體化技術(shù)進步也促進了石化企業(yè)電網(wǎng)管控模式的轉(zhuǎn)變，按照一體化石化企業(yè)電網(wǎng)運行智能控制系統(tǒng)“統(tǒng)一平臺”建設(shè)原則要求，原有的電網(wǎng)“變電站值守就地操作，調(diào)度監(jiān)視值班”的管控模式，將被“變電站無人值守，調(diào)度和多區(qū)集控協(xié)同遠(yuǎn)程管控”的電網(wǎng)自動化管控新模式替代。石化企業(yè)電網(wǎng)管控模式的過渡和轉(zhuǎn)變?nèi)鐖D5所示。

各石化企業(yè)宜按照自身電網(wǎng)規(guī)模和自動化條件，確立“調(diào)監(jiān)控一體+多集控巡維區(qū)域”目標(biāo)模式。先建設(shè)調(diào)控一體化的支撐系統(tǒng)框架，再通過逐步改造完善相關(guān)設(shè)備和技術(shù)條件。在確保安全的前提下，穩(wěn)步開展電網(wǎng)設(shè)備遠(yuǎn)程控制，通過系統(tǒng)建設(shè)和制度建設(shè)，從組織結(jié)構(gòu)上把原有變電站、集控站的設(shè)備監(jiān)視、控制業(yè)務(wù)整合到調(diào)控中心，把現(xiàn)場運維操作下放到各區(qū)域運檢中心。

圖4 石化企業(yè)電網(wǎng)調(diào)控一體化系統(tǒng)架構(gòu)

圖5 石化企業(yè)電網(wǎng)管控模式的過渡和轉(zhuǎn)變示意

3 石化企業(yè)電網(wǎng)調(diào)控一體化關(guān)鍵技術(shù)

3.1 分區(qū)運行責(zé)任區(qū)技術(shù)

多現(xiàn)場責(zé)任區(qū)技術(shù)實現(xiàn)調(diào)控一體化運行管理方式下的信息分區(qū)、分層功能，滿足了調(diào)度、集控、運維的不同監(jiān)視與操作需求，如圖6所示。通過責(zé)任區(qū)實現(xiàn)信息分區(qū)，實現(xiàn)告警與人機操作的分區(qū)、分流。同時考慮到調(diào)控一體化的運行模式，全廠電氣運行管理人員，按組織結(jié)構(gòu)實現(xiàn)不同人員、不同機構(gòu)可切換責(zé)任區(qū)權(quán)限，具備各責(zé)任區(qū)分區(qū)確認(rèn)狀態(tài)變化信息功能，實現(xiàn)完備的分區(qū)運行管理要求。

圖6 多現(xiàn)場責(zé)任區(qū)技術(shù)示意

在權(quán)限功能分區(qū)劃分原則上，按照“誰維護，誰巡維；誰操作，誰監(jiān)視；誰調(diào)度，誰管轄”的原則。在各區(qū)域建立多個巡維分區(qū)，部署分散巡維站，由現(xiàn)場運維單位操作；建立集中監(jiān)視分區(qū)，部署集控站，由區(qū)域生產(chǎn)集控電氣運行單位操作；建立調(diào)度中心分區(qū)，部署全廠調(diào)度中心，由公用工程調(diào)度管轄單位負(fù)責(zé)。

在對象信號分區(qū)劃分原則上，嚴(yán)格地將信號分類，區(qū)分調(diào)度信號、集控信號、調(diào)集公用信號，并對信號在調(diào)度工作站、集控工作站、巡維工作站有區(qū)分優(yōu)先級的展示處理，避免了海量信號干擾調(diào)度業(yè)務(wù)。

3.2 遠(yuǎn)程控制和安全操作技術(shù)

采用調(diào)控一體化模式，鼓勵石化企業(yè)的電網(wǎng)管理大膽采用變電站無人值守方式，由調(diào)度和集控中心對電網(wǎng)電氣設(shè)備進行遙控操作，由巡維人員現(xiàn)場就地監(jiān)視設(shè)備。在調(diào)控一體化系統(tǒng)中，大量的遠(yuǎn)程遙控并發(fā)執(zhí)行對系統(tǒng)安全操作提出了嚴(yán)格的要求。多環(huán)節(jié)安全校核遠(yuǎn)程控制如圖7所示。

圖7 多環(huán)節(jié)安全校核遠(yuǎn)程控制示意

調(diào)度中心和集控系統(tǒng)都從調(diào)控一體化的SCADA平臺上發(fā)出遠(yuǎn)程控制命令，系統(tǒng)操作安全互斥機制，保證了同一時間同一設(shè)備只能有1個遠(yuǎn)程控制方。調(diào)控一體化系統(tǒng)的防誤操作的安全約束系統(tǒng)，相較單獨的變電站的“五防”，可以實現(xiàn)多站聯(lián)合安全校驗，是將現(xiàn)有操作制度和工作流程進行統(tǒng)一管理。調(diào)控一體化防誤操作需要建立全網(wǎng)的數(shù)據(jù)模型，采用拓?fù)浞勒`計算方法，提供包括電磁合環(huán)、設(shè)備過載等調(diào)度操作防誤規(guī)則以及二次設(shè)備防誤規(guī)則在內(nèi)的防誤功能[5]。重大操作還必須提供電網(wǎng)潮流計算來進行操作結(jié)果仿真的安全校核，將單個設(shè)備操作在整個大電網(wǎng)的模型中評估其安全影響。

所有遙控依據(jù)操作票執(zhí)行，按票步驟逐條操作時，在控制下發(fā)之前，還必須有多層人機安全校驗手段，例如異機監(jiān)護、調(diào)度編號、遙控閉鎖等。在各個環(huán)節(jié)中利用機制方法和規(guī)則進行安全校驗，盡可能地避免由于人為因素和電網(wǎng)的變化而引起的誤操作。

3.3 多級協(xié)同調(diào)度技術(shù)

大型石化企業(yè)電網(wǎng)的調(diào)度與生產(chǎn)結(jié)合緊密，操作頻繁，既有各區(qū)域的電氣操作，也有跨區(qū)域跨變電站的聯(lián)合操作，以及涉及電網(wǎng)運行方式的調(diào)度操作。隨著生產(chǎn)規(guī)模越來越大，變電站越來越多，采用人工協(xié)調(diào)的辦法，同時管控各個區(qū)域不同電壓等級的設(shè)備操作，存在很大隱患。調(diào)控一體化電網(wǎng)管控系統(tǒng)依靠一套協(xié)同值班和工作流轉(zhuǎn)系統(tǒng)，將“全廠調(diào)度、區(qū)域集控、就地巡維”三級電網(wǎng)管控機構(gòu)有效組織起來。按照電壓等級和重要程度將石化企業(yè)電網(wǎng)的日常操作分為以下3類：

1) 特別重大操作。針對總降變電所高壓設(shè)備、自備電廠發(fā)電設(shè)備，由全廠調(diào)度直接遙控，各區(qū)域集控站在同系統(tǒng)中關(guān)注操作過程、告警和電網(wǎng)狀態(tài)。

2) 重大操作。區(qū)域變電站、裝置變中壓設(shè)備，由各區(qū)域集控站擬票，全廠調(diào)度審批，區(qū)域集控遠(yuǎn)程遙控，巡維站現(xiàn)場共同操作，操作結(jié)果報全廠調(diào)度歸檔。

3) 一般操作。裝置變電站及下屬變電所低壓設(shè)備，巡維站擬票和操作，區(qū)域集控站審批監(jiān)視。

電網(wǎng)控制操作分級分區(qū)、分層方式如圖8所示。通過操作分級、分區(qū)協(xié)同，在橫向上可以使各級電網(wǎng)管控機構(gòu)關(guān)注于自身職責(zé)范圍內(nèi)的操作，其操作結(jié)果可以在上下級機構(gòu)中共享，共同關(guān)注。在縱向上重大操作涉及多個變電站，需要多個電網(wǎng)管控機構(gòu)協(xié)同時，上級調(diào)度機構(gòu)經(jīng)過工作流審批權(quán)限，按照操作順序，只有批準(zhǔn)后才能操作，避免任意操作。

圖8 電網(wǎng)控制操作分級分區(qū)分層示意

3.4 低壓信號采集和處理技術(shù)

石化企業(yè)電網(wǎng)的一個重要特點為低壓電氣設(shè)備較多，一般大型煉化基地電網(wǎng)中有上萬臺0.38 kV綜保裝置的信號需要接入系統(tǒng)。按照每臺綜保裝置上送30個信號，全廠低壓信號就有幾十萬個[6]，因而對全廠電氣測控信號匯總在1個SCADA平臺上的電網(wǎng)調(diào)控一體化系統(tǒng)來說，網(wǎng)絡(luò)通信和數(shù)據(jù)處理壓力很大，并且海量的低壓信號上送各級電網(wǎng)管控機構(gòu)，如不進行分級、分流處理，將干擾正常的中高壓電網(wǎng)信號及時處理。

在石化企業(yè)電網(wǎng)調(diào)控一體化系統(tǒng)建設(shè)實施過程中，必須重視對低壓信號的采集和處理問題。一方面是對低壓綜合的上送信號量進行壓縮，把單臺低壓裝置的上送信號壓縮為7個重要信號；另一方面采用告警過濾和分流技術(shù)，把一般低壓信號在巡維站、集控站層面全部展現(xiàn)，在調(diào)度中心層面依重

要等級分級屏蔽過濾，同時采用告警分區(qū)確認(rèn)技術(shù)，對于同1條告警可以由不同區(qū)域的多個操作員確認(rèn)處理。

4 結(jié)束語

從目前國內(nèi)已經(jīng)投運的大型石化企業(yè)電網(wǎng)調(diào)控一體化系統(tǒng)的運行效果來看，采用調(diào)控一體化技術(shù)可以充分整合資源，減少中間環(huán)節(jié)，優(yōu)化電網(wǎng)監(jiān)控調(diào)度流程。實行人員集約化管理，利于變電運行人員的統(tǒng)籌調(diào)配，實現(xiàn)減員增效。調(diào)控一體化系統(tǒng)整合全廠通信、自動化設(shè)備為一體化SCADA平臺，在此基礎(chǔ)上集中監(jiān)視、控制和調(diào)度電網(wǎng)的變電站、高壓、電廠、區(qū)域變等受控站，全面掌握電網(wǎng)實時信息數(shù)據(jù)。尤其是在處理緊急事故時，其主動、快速的優(yōu)點將更加凸顯。各級調(diào)度、集控、巡維機構(gòu)人員可以借助系統(tǒng)匯總處理后分級分發(fā)來的各類信號，快速做出判斷，并在第一時間按照協(xié)同指令，通過遠(yuǎn)方遙控直接斷開相應(yīng)開關(guān)，隔離故障點，迅速控制事故蔓延，從而進一步提高電網(wǎng)事故處理正確性、恢復(fù)供電快速性，提升電網(wǎng)的安全管理、自動化水平。

參考文獻：

[1] 李振宇，黃格省，任文坡,等. 對“十三五”中國煉油化工結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整及發(fā)展方向的思考[J].國際石油經(jīng)濟，2016，24(09)： 88-96.

[2] 朱和，金云. 轉(zhuǎn)型中的中國煉油工業(yè)及“十三五”發(fā)展思考[J].中國石油和化工經(jīng)濟分析，2015(05)： 51-55.

[3] 付建，黎德初. 基于裝置擴建的石化電網(wǎng)規(guī)劃[J].電工文摘，2014(02)： 10-13.

[4] 苗增強，李婷，殷雄. 廣西電網(wǎng)調(diào)控一體化運行模式研究[J].廣西電力，2015，38(03)： 19-22.

[5] 殷自力，陳杰. 福建電網(wǎng)調(diào)控一體化運行管理模式的研究與實現(xiàn)[J].電力與電工，2011，31(04)： 4-8.

[6] 李功新，黃文英，任曉輝,等. 調(diào)控一體化系統(tǒng)防誤校核研究[J].電力系統(tǒng)保護與控制，2015(07)： 97-102.

[7] 曹舒眉. 微機型低壓電動機保護裝置在石化電力系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電氣開關(guān)，2005，43(06)： 33-35.

[8] 田思慶，曹宇，張炳權(quán)，等.模糊控制在熱網(wǎng)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].化工自動化及儀表，2017,44(02)： 134-137.