前言:一篇好文章的誕生,需要你不斷地搜集資料、整理思路,本站小編為你收集了豐富的電子合同數(shù)字化主題范文,僅供參考,歡迎閱讀并收藏。
【關(guān)鍵詞】 核電廠數(shù)字化I&C系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)
儀表和控制系統(tǒng)(簡稱儀控系統(tǒng),I&C系統(tǒng))具有對核電廠進(jìn)行監(jiān)測、顯示、控制和保護(hù)的功能,是核電廠安全可靠運行的重要組成。隨著計算機(jī)技術(shù)和控制技術(shù)的迅猛發(fā)展,核電廠I&C系統(tǒng)已經(jīng)在逐步實現(xiàn)數(shù)字化。核電廠數(shù)字化I&C系統(tǒng)較之前的模擬I&C系統(tǒng)、部分?jǐn)?shù)字化I&C系統(tǒng)的安全性和可靠性具有顯著提高。
由于核電廠具有其特殊的安全保障需求,因此對于數(shù)字化I&C系統(tǒng)的研究具有重要意義。
2 數(shù)字化I&C系統(tǒng)概述
數(shù)字化I&C系統(tǒng)一般設(shè)計為分層結(jié)構(gòu),根據(jù)I&C系統(tǒng)的不同,分層方式有所差異,比較具有代表性的分層方法為:自底層到高層可以分為工藝系統(tǒng)接口層、自動控制和保護(hù)層、操作和管理信息層、全廠技術(shù)管理層。采用分層結(jié)構(gòu)可以將功能分散,減少信息在傳輸、控制過程中丟失的風(fēng)險,提高I&C系統(tǒng)可靠性。分層結(jié)構(gòu)中的工藝系統(tǒng)接口層以及自動控制和保護(hù)層相對比較重要,因為對工藝系統(tǒng)實際控制工作都完成于這兩層,而I&C系統(tǒng)的更新升級也多集中于這兩層。
一對一功能分散和并行性是數(shù)字化I&C系統(tǒng)建設(shè)的兩大基本原則。數(shù)字化I&C的分層結(jié)構(gòu)保證了一對一功能分散;數(shù)字化I&C系統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)是二進(jìn)制數(shù)碼的串行傳輸,為了保證數(shù)字化I&C系統(tǒng)的并行性以及傳輸效率,一般采用多CPU技術(shù),依靠分時運行技術(shù)的應(yīng)用以及CPU處理速度的大幅提高,使得時間分片串行運算像是并行動作,從而保證了信息集中監(jiān)控的并行性實現(xiàn)。
從數(shù)字化I&C系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分析,其主要經(jīng)歷了集散控制系統(tǒng)(DCS)和現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FCS)兩個階段。DCS將模擬儀表和計算機(jī)技術(shù)相融合,即保留了模擬量一對一的特點,又利用計算機(jī)信息處理技術(shù)將I&C系統(tǒng)進(jìn)行信息管理和集中顯示控制,屬于半數(shù)字化的I&C系統(tǒng)。FCS則是數(shù)字化I&C系統(tǒng)的典型代表,將分散的模擬儀表按系統(tǒng)功能的劃分進(jìn)行集中布置,即有效繼承了一對一功能,又實現(xiàn)了利用計算機(jī)進(jìn)行信息化管理。對于數(shù)字化I&C系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)傳輸也隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展由現(xiàn)場對象的控制到整個電廠或系統(tǒng)的管理,甚至是向全球化網(wǎng)絡(luò)控制發(fā)展。
綜上所示,數(shù)字化I&C系統(tǒng)是向著由局部模擬儀表自動化到整體數(shù)字儀表自動化再到全局信息網(wǎng)絡(luò)自動化的方向進(jìn)行發(fā)展的。
3 數(shù)字化I&C系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)
3.1 數(shù)字化反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)
反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)的功能是對反應(yīng)堆現(xiàn)場的工作狀況信號進(jìn)行接收,并經(jīng)過計算機(jī)處理后控制停堆斷路器的狀態(tài)。其中停堆斷路器是用來控制棒控系統(tǒng)所有停堆棒組的電源,令全部停堆棒和控制棒快速進(jìn)入堆芯地步,終止核反應(yīng),限制或防止堆芯及壓力容器的損壞。
以某M310核電廠為例,數(shù)字化反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)由反應(yīng)堆停堆系統(tǒng)(RTS)和安全專設(shè)驅(qū)動系統(tǒng)(ESFAS)兩個部分組成。RTS采用四通道冗余設(shè)計,并且每個通道均獨立于其它通道進(jìn)行工作。數(shù)字化I&C系統(tǒng)通過模擬采集卡對反應(yīng)堆現(xiàn)場的工作狀況信號進(jìn)行采集,并輸入CPU處理單元,經(jīng)過閾值比較后參與本通道的表決邏輯處理。同時把閾值比較結(jié)果傳輸?shù)狡渌ǖ绤⑴c表決邏輯處理;各個保護(hù)通道接收到與之判決結(jié)果后經(jīng)四取二表決邏輯把結(jié)果傳輸給本通道對應(yīng)的停堆斷路器,從而達(dá)到控制停堆斷路器狀態(tài)的目的。ESFAS采用A、B列二重冗余設(shè)計,兩列彼此隔離,分別采集來自4個RTS通道的表決信號,再進(jìn)行一次四取二表決邏輯把結(jié)果傳輸給現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)構(gòu),從而完成安全殼隔離、堆芯冷卻、余熱排出等安全功能。
由于保護(hù)系統(tǒng)執(zhí)行安全功能,因此其采用的數(shù)字化平臺必須是通過1E級鑒定的,且響應(yīng)時間和可靠性都有很高要求。
3.2 核電廠控制系統(tǒng)
核電廠控制系統(tǒng)的主要功能是在電廠正常運行工況下執(zhí)行自動控制和監(jiān)督任務(wù)。核電廠控制系統(tǒng)采用非安全級數(shù)字化平臺。以某M310核電廠為例,其電廠控制系統(tǒng)為倒掛樹型MESH網(wǎng)結(jié)構(gòu)。各個工藝系統(tǒng)的控制邏輯按照合理的功能分組原則分配的不同的CPU上,各個機(jī)柜的CPU通過該MESH網(wǎng)的交換機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。
3.3 運行和控制中心系統(tǒng)
運行和控制中心系統(tǒng)包括操作和控制核電廠的所有設(shè)施,如主控制室、遠(yuǎn)距離停堆室、運行支持中心、技術(shù)支持中心、就地控制站和應(yīng)急指揮中心等。
為了保證安全功能的分配,在設(shè)計反應(yīng)堆運行和控制系統(tǒng)時需要充分考慮人和機(jī)器的特性以及局限性,對核電廠進(jìn)行安全功能要求分析和功能分配,并進(jìn)行評估,使得人機(jī)接口的設(shè)計能夠完全支持核電廠任務(wù)的執(zhí)行。在設(shè)計過程中要使人因工程系統(tǒng)性的結(jié)合到控制室和人機(jī)接口的設(shè)計中,確保操作人員能夠安全有效的對核電廠進(jìn)行管理和控制。
3.4 特殊監(jiān)測系統(tǒng)
特殊檢測系統(tǒng)是數(shù)字化I&C系統(tǒng)中一個獨立的診斷系統(tǒng)并在單獨平臺上實施,把傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理并進(jìn)行診斷,包括用于檢測反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)內(nèi)金屬碎片的松動部件檢測系統(tǒng)、冷卻劑泵震動檢測系統(tǒng)、堆芯吊籃震動檢測系統(tǒng)等。
3.5 堆芯儀表系統(tǒng)
堆芯儀表系統(tǒng)是為其他系統(tǒng)提供堆芯儀表信號。該系統(tǒng)能夠測得堆芯中的三維中子注量率分布圖,對保護(hù)和安全檢測系統(tǒng)的中子注量率探測器進(jìn)行標(biāo)定并優(yōu)化堆芯性能。
4 結(jié)語
本文介紹了核電廠數(shù)字化I&C系統(tǒng),該系統(tǒng)憑借其自身在技術(shù)上的優(yōu)勢對提高核電廠的經(jīng)濟(jì)效益、工作效率以及安全性方面均有巨大的貢獻(xiàn)。因此,對其關(guān)鍵技術(shù)的研究具有重大的科研意義、經(jīng)濟(jì)意義與安全意義。
參考文獻(xiàn):
[1]王遠(yuǎn)隆.核電儀控技術(shù)應(yīng)用中的基本問題[J].中國核電,2010,(4).
[2]楊岐.核電廠數(shù)字化I&C系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究現(xiàn)狀及發(fā)展策略[J].核動力工程,2002,(23).
【關(guān)鍵詞】變電站;綜合自動化系統(tǒng);結(jié)構(gòu)模式
0.概述
隨著社會不斷發(fā)展,電力行業(yè)也在飛速地發(fā)展,從而推動電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大,新增大量的變電站,使得電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)多樣化、復(fù)雜化。各級調(diào)度監(jiān)控人員所需掌握、管理、控制的廠站信息量也日益龐大。為了提高對變電站更加有效的管控水平,變電站綜合自動化系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展變得更為需要和重要。
變電站綜合自動化系統(tǒng)指的是通過執(zhí)行規(guī)定的功能來實現(xiàn)某一給定目標(biāo)的一些相互關(guān)聯(lián)單元的組合,具體地來說是指利用先進(jìn)的計算機(jī)控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)以及信息處理技術(shù)等相關(guān)的技術(shù)實現(xiàn)對變電站的二次設(shè)備(包括繼電保護(hù)、測量、控制、故障錄波、信號、自動裝置以及遠(yuǎn)動裝置等) 的功能。進(jìn)行重新的組合和優(yōu)化設(shè)計,從而對變電站全部設(shè)備的運行情況執(zhí)行測量、監(jiān)視、控制和協(xié)調(diào),進(jìn)而來提高變電站的運行效率和管理水平的一種綜合性的自動化系統(tǒng),其能夠保證變電站的安全和經(jīng)濟(jì)運行,它取代了常規(guī)的變電站中央信息系統(tǒng)、監(jiān)視儀表、模擬屏柜、操作控制屏柜、變送器以及常規(guī)的遠(yuǎn)動裝置等設(shè)備,在安全性能上和經(jīng)濟(jì)性能上有更好的保障。通過變電站綜合自動化系統(tǒng)內(nèi)各個設(shè)備間相互交換信息、數(shù)據(jù)共享,能夠完成變電站運行的監(jiān)視和控制任務(wù),變電站綜合自動化系統(tǒng)取代了變電站的常規(guī)二次設(shè)備,其取代或者更新傳統(tǒng)的變電站二次系統(tǒng)設(shè)備是大勢所趨,也是其發(fā)展趨勢之一。
變電站自動化系統(tǒng)主要實現(xiàn)對變電站遠(yuǎn)動裝置控制、故障錄入控制、信號檢測控制、繼電保護(hù)控制等幾個方面,并對變電站進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕M合和優(yōu)化,實時監(jiān)控變電站內(nèi)部所有運行指標(biāo)。
1.實現(xiàn)變電站綜合自動化的優(yōu)勢
(1)提高了變電站的安全、可靠運行水平。
(2)實現(xiàn)變電站無人值班,減少變電站人員,合理應(yīng)用人力資源。
(3)降低值班人員的工作力度,提高工作效率。
(4)縮小變電站面積,減少變電站資金投入。
(5)降低運行和維護(hù)成本,提高運行效益。
(6)提高電力系統(tǒng)的運行管理水平。
(7)保證了供電能的質(zhì)量。
2.變電站綜合自動化系統(tǒng)可分為集中式、分布式和分散分布式
2.1集中式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
采用模塊化、集中式立柜結(jié)構(gòu),各控制保護(hù)功能均集中在專用的采集、控制保護(hù)柜中,所有控制、保護(hù)、測量、報警等信號均在采集、控制保護(hù)柜內(nèi)處理成數(shù)據(jù)信號后經(jīng)光纖總線傳輸至主控室的監(jiān)控計算機(jī)。
集中模式一般要用功能和配置很強(qiáng)的計算機(jī)系統(tǒng),各功能模塊與硬件無關(guān),用模塊化軟件連接實現(xiàn)。在硬件方面,集中采集信息,集中處理運算,各個控制單元的信號都用控制電纜送到主控室。其主要優(yōu)點是信號采集處理集中,這種模式擴(kuò)充性和維護(hù)性都較差而且投資大。
2.2分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
分層分布式在邏輯上將變電站自動化系統(tǒng)劃分為三層,即管理層(所級監(jiān)控單元)、站控層和間隔層(間隔單元)。間隔層中各數(shù)據(jù)采集單元、控制單元(I/O單元)和保護(hù)單元分散安裝在開關(guān)柜上或其它一次設(shè)備附近,各單元設(shè)備相互獨立,通過通信網(wǎng)絡(luò)互連,并與管理層和站控層通信,能在間隔層完成的功能,一般不依賴通信網(wǎng)絡(luò)(如保護(hù)功能本身不依賴通信網(wǎng)絡(luò))。采用裝設(shè)前置機(jī),專門處理由各功能模塊采集的信息,并將處理好的信息送到主機(jī),以提高整個系統(tǒng)的處理能力。各單元之間用網(wǎng)絡(luò)電纜或光纜連接起來構(gòu)成一個分散式的監(jiān)控系統(tǒng),各單元相互獨立,互不影響。整個功能模塊集中于一個裝置內(nèi),各機(jī)箱之間僅有通訊電纜連接,機(jī)箱與開關(guān)柜的連接可在出廠前作為開關(guān)柜的元件之一進(jìn)行安裝。這種系統(tǒng)的優(yōu)點是:節(jié)省電纜,有很強(qiáng)的抗干擾能力,壓縮了二次設(shè)備的占地面積。該模式在安裝配置上即可就地分散安裝,也可在控制室集中組屏或分散組屏。分層分布式結(jié)構(gòu)由于沒有外部電纜引接,施工中二次電纜敷設(shè)工作量大為減少,消除了施工中的人為事故因素,也減少了相應(yīng)的投資。
2.3分散分布式結(jié)構(gòu)
分散分布式結(jié)構(gòu)采用“面向?qū)ο蟆痹O(shè)計。所謂面向?qū)ο?,就是面向電氣一次回路設(shè)備或電氣間隔設(shè)備,間隔層中數(shù)據(jù)、采集、控制單元(I/O單元)和保護(hù)單元就地分散安裝在開關(guān)柜上或其他一次設(shè)備附近,相互間通過通信網(wǎng)絡(luò)相連,與監(jiān)控主機(jī)通信。目前,此種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用的較多,主要原因是:利用了現(xiàn)場總線的技術(shù)優(yōu)勢,省去了大量二次接線,控制設(shè)備之間僅通過雙絞線或光纖連接,設(shè)計規(guī)范,設(shè)備布置整齊,調(diào)整擴(kuò)建也很簡單,成本低,運行維護(hù)方便。
3.變電站綜合自動化系統(tǒng)應(yīng)能實現(xiàn)的主要功能
3.1實時數(shù)據(jù)采集和處理
按電氣間隔的分布配置和集中配置綜合測試端,完成開關(guān)量、模擬量、脈沖量等信息的采集和處理并能將處理后的信息上傳。
3.2操作控制功能
控制電氣間隔的斷路器、電動隔離開關(guān)的分合閘操作。控制方式分為:就地控制、站控層控制、遠(yuǎn)方控制。操作命令的優(yōu)先級為:就地控制、站控層控制、遠(yuǎn)方控制。同一時間只允許一種控制方式有效。對于任何操作方式,只有本次操作步驟完成后,才能進(jìn)行下一步操作??刂撇僮髋c“五防”工作站的接口,所有操作控制均經(jīng)“五防”工作站防誤閉鎖邏輯的判斷,若發(fā)現(xiàn)錯誤,閉鎖該操作并報警。
3.3建立數(shù)據(jù)庫
實時數(shù)據(jù)庫:計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采集的實時數(shù)據(jù)根據(jù)運行工況實時變化而不斷的更新,記錄被監(jiān)控設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)。歷史數(shù)據(jù)庫:對于需要長期保存的重要數(shù)據(jù)將存放在歷史數(shù)據(jù)庫中。如事件順序記錄及事故歷史記錄、報警歷史記錄,以及保護(hù)定值記錄等。用戶數(shù)據(jù)庫:根據(jù)用戶的使用要求,在實時數(shù)據(jù)庫中或網(wǎng)上選擇所需的內(nèi)容,建立用戶專用數(shù)據(jù)庫,完成各項應(yīng)用功能。
3.4遠(yuǎn)動和通信功能
遠(yuǎn)動機(jī)與各間隔之間的通信功能,變電站與上級調(diào)度之間的通信功能。利用遠(yuǎn)動裝置,從網(wǎng)絡(luò)層采集間隔層和通信規(guī)約轉(zhuǎn)換接口的數(shù)據(jù),處理后,按照調(diào)度端的遠(yuǎn)動通信規(guī)約,實現(xiàn)變電站數(shù)據(jù)與調(diào)度自動化主站的數(shù)據(jù)交換。
4.變電站自動化系統(tǒng)的主要分層組成
4.1間隔層
現(xiàn)場運行的數(shù)據(jù)采集設(shè)備,保護(hù)和控制裝置。比如:繼電保護(hù)及自動控制裝置,測控裝置、站內(nèi)直流電源管理設(shè)備、多功能電表等等。它們是和一次設(shè)備聯(lián)系最緊密的設(shè)備,實際的數(shù)據(jù)采集,設(shè)備控制都是由它們來完成。
4.2網(wǎng)絡(luò)層
間隔層和站控層的數(shù)據(jù)需要通過一些通訊電纜/光纜進(jìn)行傳輸,中間還得有一些通信設(shè)備,比如通信管理機(jī)、交換機(jī)、接口設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)等等,用來負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的分發(fā)和傳輸,以及原始數(shù)據(jù)的存儲等等。目前,變電站監(jiān)控系統(tǒng)主要采用串行數(shù)據(jù)總線、現(xiàn)場總線和以太網(wǎng)等。
4.3站控層
包括站內(nèi)監(jiān)控后臺,操作員站、工程師站、遠(yuǎn)動服務(wù)器等設(shè)備。在這一層要對采集上來的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,以便顯示在終端監(jiān)控屏幕上。一些變電站遙控指令也可以從這一層發(fā)出去,通過網(wǎng)絡(luò)層最后送到間隔層去執(zhí)行。
5.變電站自動化系統(tǒng)要適應(yīng)電力市場化的需求
變電站自動化系統(tǒng)要適應(yīng)電力市場化的需求,電力工業(yè)的經(jīng)營機(jī)制正在從行業(yè)壟斷轉(zhuǎn)向競爭的電力市場。電力經(jīng)營變革的目標(biāo)是降低電價,提高供電質(zhì)量,改善服務(wù),提高電力企業(yè)的自身經(jīng)濟(jì)效益。各級變電站自動化系統(tǒng)必須適應(yīng)這種新經(jīng)營機(jī)制變革的形勢,以便更有效、更經(jīng)濟(jì)地運行。
6.結(jié)束語
變電站綜合自動化系統(tǒng)是多專業(yè)綜合技術(shù),是變配電系統(tǒng)的一次革命。隨著中國國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展,社會對電力的需求與日俱增,各行各業(yè)對電力質(zhì)量的要求越來越高,各種智能技術(shù)的普遍應(yīng)用,使得變電站自動化管理和無人值守已是一種必然趨勢和必然選擇。
【參考文獻(xiàn)】
1目前電力系統(tǒng)自動化的應(yīng)用情況
1.1自動化電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)
電力系統(tǒng)自動化的重要組成部分之一就是電網(wǎng)調(diào)度自動化。我國的電網(wǎng)自動化一共分為五個等級,從大往小的順序是:國家、大區(qū)、省級、地區(qū)、縣城電網(wǎng)調(diào)度。每一級電網(wǎng)的自動化調(diào)度都離不開計算機(jī)技術(shù),它是組成電網(wǎng)調(diào)度自動化的重要部分。除此以外還有大屏蔽顯示器、調(diào)度范圍內(nèi)的發(fā)電廠、工作站以及打印設(shè)備等設(shè)備。
1.2變電站自動化
輸電線路和變電站是聯(lián)系發(fā)電廠和用戶間的主要環(huán)節(jié)。變電站自動化的目的是為了提高工作效率以及變電站運行的安全程度,并且擴(kuò)大監(jiān)控功能,取代傳統(tǒng)的人工監(jiān)控、操作。變電站通過應(yīng)用計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)實現(xiàn)自動化,繼而對其進(jìn)行全方位的監(jiān)控,再將常規(guī)的電磁式設(shè)備換成全危機(jī)的裝備;系統(tǒng)集成化和數(shù)字化要靠計算機(jī)光纖來實現(xiàn)。對設(shè)備進(jìn)行二次重組和優(yōu)化,然后建立測量、協(xié)調(diào)和監(jiān)視的綜合性系統(tǒng)。
1.3配電網(wǎng)系統(tǒng)的自動化
在配電網(wǎng)系統(tǒng)中,計算機(jī)技術(shù)主要是用來改造電網(wǎng)。近些年電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展也促使著配電系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化得到快速發(fā)展,配電站的主站和子站以及光纖終端組成了三層結(jié)構(gòu),這樣可以使得配電網(wǎng)系統(tǒng)的通信更快速,性能更好。
2智能電網(wǎng)的特點以及在計算機(jī)中的應(yīng)用
2.1智能電網(wǎng)的特點
智能電網(wǎng)包含有許多現(xiàn)代先進(jìn)的科技技術(shù),比如:信息技術(shù)、控制技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、傳感測量技術(shù)、通訊技術(shù)等等一些高度集成技術(shù)。智能電網(wǎng)技術(shù)就是對輸電、變電、配電、發(fā)電以及調(diào)度等各方面進(jìn)行全局控制,利用計算機(jī)技術(shù)有效的提高效率,并且讓系統(tǒng)的穩(wěn)定性變得穩(wěn)定,變電站和調(diào)度系統(tǒng)也能實現(xiàn)自動化管理。智能電網(wǎng)會根據(jù)電能質(zhì)量、市場條件、電能安全以及周圍環(huán)境等眾多因素來制定合理的重點和目標(biāo),發(fā)揮其優(yōu)質(zhì)、集成、高效、協(xié)調(diào)、自愈、兼容等眾多優(yōu)點。智能電網(wǎng)的兼容意識是其能適應(yīng)微電網(wǎng)和分布式發(fā)電站的計入,包括風(fēng)能、太陽能等環(huán)保資源接入,完善管理功能和多樣化用戶對電力的需求。協(xié)調(diào),說的是智能電網(wǎng)能夠讓零售市場和電力批發(fā)進(jìn)行無縫的銜接,以此來提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。自愈,指的是智能電網(wǎng)有自動處理問題的功能。如果電網(wǎng)內(nèi)部或外部遭到損壞時,不需要人為的修理維護(hù),其自己會保證電網(wǎng)信息和運行的安全。另外還因為智能電網(wǎng)有先進(jìn)的信息監(jiān)控技術(shù),能夠提升使用效率,優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)運行和擴(kuò)容,電網(wǎng)的成本也能有效的節(jié)省下來。統(tǒng)一平臺的運用,讓電網(wǎng)信息的集成和共享成為可能,并且還能加強(qiáng)電網(wǎng)精細(xì)化、規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化的管理力度。
2.2職能電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)中計算機(jī)的運用
智能電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)有分布式能源接入技術(shù)、只能調(diào)度、通信技術(shù)、信息管理系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、測量技術(shù)以及新型傳感器等等。當(dāng)然,凡是智能系統(tǒng)都離不開計算機(jī)技術(shù)的運用,智能電網(wǎng)也一樣,通信技術(shù)尤其重要,必須要是具備雙向性、時效性和可靠性的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)。除了通訊技術(shù),信息管理系統(tǒng)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用也非常的廣泛。
2.2.1網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>
未來智能電網(wǎng)基礎(chǔ)是以靈活和堅強(qiáng)為結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。目前我國的能源部分和生產(chǎn)力的布局存在嚴(yán)重的不平衡,針對這種情況,我國開展了點對點工程、特高壓聯(lián)網(wǎng)工程、直流聯(lián)網(wǎng)等工程來解決這種情況。現(xiàn)在電網(wǎng)的規(guī)模較之以往有了非常大的提升,所以以后電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的突發(fā)問題也會增多,需要計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和電力系統(tǒng)自動化的結(jié)合才能靈活應(yīng)對。
2.2.2通訊系統(tǒng)
智能電網(wǎng)需要有集成、實時、高速、雙向的通信系統(tǒng)來支撐,這些都是實現(xiàn)智能電網(wǎng)的必然要素,缺少一個智能電網(wǎng)就無法實現(xiàn)。智能電網(wǎng)有了技術(shù)的保障才能獲得、保護(hù)以及控制數(shù)據(jù)。所以說,建設(shè)智能電網(wǎng)的第一步就是要建設(shè)通信系統(tǒng)。通信系統(tǒng)要和電網(wǎng)一樣深入到用戶中,建立起通訊網(wǎng)絡(luò),從而實現(xiàn)智能電網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)。在高科技通信系統(tǒng)的支持下,成為大型、動態(tài)的電力交換模式。通訊系統(tǒng)一旦建立,會促進(jìn)智能電網(wǎng)供電的穩(wěn)定性,以及提升資產(chǎn)利用率,有效防御各種攻擊??蛻艨梢钥恐悄茈娋W(wǎng)的客戶服務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行交流,滿足客戶的建議和要求,提升服務(wù)能力。智能電網(wǎng)的安全問題是需要格外注意的,最好用實時監(jiān)控設(shè)備對其經(jīng)行監(jiān)控,最好帶有系統(tǒng)分析能力。對可能造成故障做好預(yù)測,對于已經(jīng)發(fā)生的故障和問題,要做出引人注目的響應(yīng)。監(jiān)控系統(tǒng)是電網(wǎng)安全運行的技術(shù)支撐。
2.2.3信息管理系統(tǒng)
智能信息管理也離不開計算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用,計算機(jī)技術(shù)可以有效的對信息進(jìn)行處理、分析、集成,以及保證其安全。信息的采集和處理包含有智能電子設(shè)備、精確的數(shù)據(jù)、資源的共享、數(shù)據(jù)實時采集系統(tǒng)以及分布式的數(shù)據(jù)采集和處理等等;這些經(jīng)過加工處理的信息是分析電網(wǎng)業(yè)務(wù)的重要工具,信息的集成主要作用是讓智能電網(wǎng)以及各級電網(wǎng)的內(nèi)部信息形成集成。信息顯示系統(tǒng),顧名思義,主要顯示智能電網(wǎng)的各種個性化界面;信息安全系統(tǒng)是整個電力系統(tǒng)中必不可少的,這是一切運行和效益的保障。這一切系統(tǒng)的實現(xiàn),都需要計算機(jī)技術(shù)的參與。
3結(jié)語
關(guān)鍵詞:核電站 儀表控制 數(shù)字化 1E 級 目標(biāo)分析
中圖分類號:TP273.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1007-9416(2012)07-0001-02
1、數(shù)字化技術(shù)的特點
數(shù)字化儀控系統(tǒng)相對于模擬儀控系統(tǒng)具有明顯的優(yōu)勢,具體表現(xiàn)為[1]:(1)具有很好的精確性和很強(qiáng)的邏輯處理、計算能力,能顯著提高儀控系統(tǒng)的性能,完成以往模擬儀控系統(tǒng)所無法實現(xiàn)的復(fù)雜邏輯處理和計算功能;(2)克服了干擾和漂移的影響,提高了測量精確度與控制精度;(3)以通信網(wǎng)絡(luò)連接各系統(tǒng)設(shè)備,通過網(wǎng)絡(luò)交換數(shù)據(jù),大大減少了電纜的數(shù)量,提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?,減少了維護(hù)工作量,節(jié)約投資;(4)能方便有效的實現(xiàn)冗余、故障安全和容錯等功能;(5)能方便、有效的實現(xiàn)在線檢查和自診斷功能;(6)系統(tǒng)擴(kuò)展靈活性好,便于維護(hù);(7)具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲能力,改善了人機(jī)接口。
2、1E級儀控系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo)
根據(jù)核電的發(fā)展規(guī)律及考慮到核電對電廠可用性、安全性與經(jīng)濟(jì)性的要求,須以現(xiàn)有成熟的先進(jìn)技術(shù)為基礎(chǔ),采用經(jīng)過驗證的數(shù)字化軟、硬件結(jié)構(gòu),實現(xiàn)簡單化、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化,以滿足當(dāng)代核電法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)的要求。數(shù)字化1E級儀控系統(tǒng)具有高度自動化程度和完善可靠的故障診斷與試驗手段,并能滿足如下性能指標(biāo):失效概率
3、決定設(shè)計目標(biāo)的影響因素
3.1 1E級儀控系統(tǒng)功能分配
早在核電發(fā)展初期,費米就提出核電發(fā)展的四個關(guān)鍵性問題:安全性、經(jīng)濟(jì)性、廢物處理和可持續(xù)發(fā)展。核電需要持續(xù)健康發(fā)展,既要保證核電廠的安全運行,也要提高核電廠的經(jīng)濟(jì)性。針對核電廠核安全的特殊性要求,確定核電廠安全目標(biāo)。為了完成核電廠的安全目標(biāo),必須保證核電廠安全運行的三大屏障的安全狀態(tài)。
3.2 工藝系統(tǒng)的要求
核電站1E級儀表控制系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo)須依據(jù)于核電廠工藝系統(tǒng)的設(shè)計水平和其對1E級儀控系統(tǒng)提出的要求。1E級儀控系統(tǒng)的設(shè)計目標(biāo)須與工藝系統(tǒng)所要求的總體技術(shù)目標(biāo)統(tǒng)一考慮。為了更好地利用數(shù)字技術(shù)來提高核電廠的自動化水平與改善操縱人員的人機(jī)界面,對新的核電廠對儀控提出的要求包括敏感元件的設(shè)置、儀控系統(tǒng)的綜合水平與控制執(zhí)行手段必須進(jìn)行全面的分析與評價,才能確定設(shè)計目標(biāo)能否達(dá)到。
3.3 儀控的設(shè)計能力
儀控系統(tǒng)的設(shè)計目標(biāo)須依據(jù)現(xiàn)在所具備的設(shè)計能力,包括核電廠設(shè)計分析中所掌握的數(shù)據(jù),核電廠運行中得到的工程信息反饋與對原有操作規(guī)程的實用性以及核電廠運行綜合的知識積累。數(shù)字化1E級儀控系統(tǒng)的設(shè)計嚴(yán)格遵守國際標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范和導(dǎo)則,充分利用了數(shù)字化技術(shù)特點,采取了各種縱深防御措施,加強(qiáng)了系統(tǒng)自診斷功能,提高了系統(tǒng)的可靠性、安全性[3,4,5]。數(shù)字化1E級儀控系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)分析如下:
3.3.1 采用單一故障準(zhǔn)則
1E級儀控系統(tǒng)設(shè)計成四個通道,每一個通道都是相互獨立的,隔離的電源供應(yīng),隔離的電纜布線,運用各自獨立的主傳感器,獨自的軟硬件,運用雙向數(shù)據(jù)傳輸,并且接受方通道需要發(fā)出數(shù)據(jù)接受確認(rèn)信號的光纖通信,來實現(xiàn)的。通信故障由系統(tǒng)內(nèi)置的監(jiān)測系統(tǒng)來檢測。其檢測到的錯誤數(shù)據(jù)從下一級處理中剔除。因此,一個通道中的故障不會擴(kuò)散而導(dǎo)致其他通道的失效。當(dāng)一個通道失效,系統(tǒng)自動從四取二主邏輯切換到三取二邏輯。
3.3.2 采用多重冗余技術(shù)
1E級儀控系統(tǒng)都采用4通道冗余結(jié)構(gòu),所有通道中的工藝狀態(tài)變量在每個通道中都是同步的,用來保證輸出信號的理論響應(yīng)時間。冗余網(wǎng)關(guān)計算機(jī)將1E級儀控系統(tǒng)與非1E級正常運行系統(tǒng)相連,以保證從1E級儀控系統(tǒng)到非1E級儀控系統(tǒng)的單向信號能夠進(jìn)行交換。
3.3.3 采用獨立性方法
1E級儀控系統(tǒng)的每一個通道都位于各自獨立的電子設(shè)備間中,四個冗余通道的機(jī)柜分別布置在四個不同的房間中,實現(xiàn)實體隔離。每一個通道都有各自獨立的并行電源供應(yīng)系統(tǒng)和通風(fēng)系統(tǒng)等支持系統(tǒng)。1E級儀控系統(tǒng)各個通道間、1E級儀控系統(tǒng)與非1E級儀控系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通信通過光纖連接,實現(xiàn)電氣隔離。在有非1E級儀控系統(tǒng)信號控制安全設(shè)備的優(yōu)先級驅(qū)動模塊中,1E級儀控系統(tǒng)的驅(qū)動命令永遠(yuǎn)有最高的優(yōu)先級。
3.3.4 采用多樣性設(shè)計,防止共模故障
為應(yīng)付可能發(fā)生的共模故障,第一采用物理參數(shù)多樣性準(zhǔn)則來處理設(shè)計基準(zhǔn)事故,即用于描述與處理同一設(shè)計基準(zhǔn)事故的不同的物理參數(shù)用不同的處理機(jī)系統(tǒng)A與B分別來處理。第二在1E級儀控系統(tǒng)發(fā)生共因故障情況下,通過硬接線的后備盤與就地盤上的手動開關(guān)來完成要求的反應(yīng)堆直接停堆(不通過數(shù)字化1E級儀控系統(tǒng))或安全設(shè)施一個系列動作的安全功能。第三也可通過非1E級儀控系統(tǒng)實現(xiàn)安全系統(tǒng)設(shè)備級的控制。
3.3.5 數(shù)字化技術(shù)
關(guān)鍵詞:核電廠;數(shù)字化控制系統(tǒng);人因失誤;預(yù)防
0引言
核電廠作為一個復(fù)雜人-機(jī)系統(tǒng),其設(shè)計、運行和管理都離不開人的作用。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,核電廠硬件設(shè)備的性能不斷增強(qiáng),運行環(huán)境逐漸改善并提高,核電廠的可靠性大大提高。盡管核電廠的自動化程度提高了,但還需要人來設(shè)計、運行、管理以及具體操作。因此,人在核電廠中的作用非常關(guān)鍵??紤]到人的心理、生理以及受教育程度等諸多不同,人因失誤的可能性不能忽視,有可能導(dǎo)致核電廠的安全受到影響。核電廠的儀控系統(tǒng)由傳統(tǒng)的模擬控制發(fā)展到目前廣泛使用的數(shù)字化控制,使技術(shù)、人機(jī)界面、規(guī)程等情境環(huán)境發(fā)生了變化,改變了操縱員的認(rèn)知行為模式,進(jìn)而衍生出了新的失誤機(jī)理。因此,有必要開展數(shù)字化控制系統(tǒng)中的人因失誤分析,研究其特征,進(jìn)而提出預(yù)防策略。
1人因失誤定義及分類
1.1人因失誤定義
人因失誤有多種定義,最基本的是指人不能精確地、恰當(dāng)?shù)?、充分地、可接受地完成其所?guī)定的績效標(biāo)準(zhǔn)。在技術(shù)系統(tǒng)中,人因失誤被定義為:在系統(tǒng)的正?;虍惓_\行中,人的某些活動超越了系統(tǒng)的設(shè)計功能所能接受的限度。通用的人因失誤是指人的行為的結(jié)果偏離了規(guī)定的目標(biāo),或超出了可接受的界限,并產(chǎn)生了不良影響。對于人因失誤,不同的專家學(xué)者分別從不同的角度給出了定義。Swain給出的工程中人因失誤的定義為:任何超過系統(tǒng)正常工作所規(guī)定的接受標(biāo)準(zhǔn)或容許范圍的人的行為或動作。從心理學(xué)的角度,Reason將人因失誤定義為:失誤是指所有這樣的現(xiàn)象,即人們雖然進(jìn)行了一系列有計劃的心理或身體活動,但沒有達(dá)到預(yù)期的結(jié)果,而這種失敗不能歸結(jié)為某些外界因素的介入。Lorenzo認(rèn)為:如果作用于系統(tǒng)的人的任何行為(包含沒有執(zhí)行或疏于執(zhí)行的行為)超出了系統(tǒng)的容許度,那么就是人因失誤。中國學(xué)者張力將人因失誤定義為:人因失誤是指在沒有超越人-機(jī)系統(tǒng)設(shè)計功能的條件下,人為了完成其任務(wù)而進(jìn)行的有計劃行動的失敗,它包括個體的、群體的和組織的失誤。因此,不管如何定義,人因失誤都具有如下的特點:①人的失誤的重復(fù)性與隨機(jī)性;②人引發(fā)的失誤的潛在性和不可逆轉(zhuǎn)性;③人的失誤行為往往是情境環(huán)境驅(qū)使的;④人的行為的固有可變性;⑤人的失誤的可修復(fù)性。
1.2人因失誤分類
對于人因失誤的分類也有多種不同的方法,總的來說可以分成兩大類:一類是早期的從工程觀點進(jìn)行的分類,不考慮人的內(nèi)在心理活動歷程;另一類是認(rèn)知行為分類法。
1.2.1工程分類法
1.2.1.1Meister分類法
Meister把人因失誤分為設(shè)計失誤、操作失誤、裝配失誤、檢查失誤、安裝失誤和維修失誤等。設(shè)計失誤:設(shè)計人員的不合理設(shè)計造成的失誤。操作失誤:操作員在現(xiàn)場工作時引起的失誤。裝配失誤:生產(chǎn)過程中裝配工人引起的失誤。檢查失誤:是指由于檢查產(chǎn)品過程中的疏忽而沒有把有缺陷的產(chǎn)品篩選出來。安裝失誤:沒有按照正確的安裝手冊進(jìn)行安裝。維修失誤:一般包括診斷、校驗以及維修環(huán)境所帶來的可能性失誤。
1.2.1.2Swain分類法
Swain將人因失誤行為分為執(zhí)行型錯誤(EOC)和遺漏型(EOO)失誤。執(zhí)行型錯誤是指某項任務(wù)或步驟沒有正確執(zhí)行,或者是執(zhí)行了某項錯誤任務(wù)或任務(wù)不需要的動作。遺漏型失誤是指人在完成一項任務(wù)時忘記并遺漏了其中的某項步驟或任務(wù)。遺漏型失誤存在4種可能的形式:完全忘記了應(yīng)該執(zhí)行的動作;動作被延遲執(zhí)行了;過早的執(zhí)行了動作;以替代的方式完成了另一項任務(wù)。
1.2.2認(rèn)知行為分類法
認(rèn)知行為分類法主要包括3種分類方法:即關(guān)系法、概念法和行為主義法。關(guān)系法強(qiáng)調(diào)人因失誤產(chǎn)生的認(rèn)知機(jī)制,試圖提供可用于改善系統(tǒng)設(shè)計和訓(xùn)練程序的框架結(jié)構(gòu)。概念法是一種最有效、最有用的方法,它把所有的人因失誤分為:偏離(slip)、疏忽(lapse)、錯誤(mistake)。行為主義法只與可觀察的、不期望的人的行為相關(guān)聯(lián),著重于什么行為發(fā)生。下邊3種具體分類方法分別對應(yīng)關(guān)系法、概念法和行為主義法。
1.2.2.1Norman分類法-圖式系統(tǒng)模型
Norman分類法以人的圖式心理學(xué)模型為基礎(chǔ),通過所謂的激活-觸發(fā)-圖式系統(tǒng)模型解釋行為的偏離。Norman分類法將人因失誤分為3類:1)在意向形成中產(chǎn)生的失誤。2)圖式結(jié)構(gòu)被錯誤的激活。3)對處于激活狀態(tài)下的圖式結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不適時的錯誤觸發(fā),混淆或者未觸發(fā)激活圖式結(jié)構(gòu)。1.2.2.2Reason分類法-錯誤與疏忽過失模型Reason分類法以失誤心理學(xué)為基礎(chǔ)強(qiáng)調(diào)人的行為與其意向的關(guān)系,圖2給出了Reason關(guān)于人的不安全行為的分類框架。
1.2.2.3Rasmussen分類法
Rasmussen在1983年提出了人的3種行為類別之間的差異,代表了人的3種不同的認(rèn)知績效水平。表2和圖3分別描述了3種行為類別和原理框架。除此之外,國際原子能機(jī)構(gòu)把人因失誤分為3大類:A類:該類人因失誤能導(dǎo)致設(shè)備或系統(tǒng)的潛在的不可用。B類:該類人因失誤本身或者結(jié)合設(shè)備失效直接導(dǎo)致初因事件的發(fā)生。C類:該類人因失誤發(fā)生在系統(tǒng)故障發(fā)生后,它們可能是在執(zhí)行安全行為時的失誤或者是使故障后果惡化的行為。
2數(shù)字化控制室和傳統(tǒng)控制室的概述
2.1數(shù)字化控制室和傳統(tǒng)控制室的實體差異
傳統(tǒng)控制室主要由MIMIC盤、報警窗、控制儀表、記錄儀、控制盤、控制按鈕等組成??刂剖抑虚g有操縱員控制臺,設(shè)備組采用分隔距離、輪廓線或顏色的方法加以識別,控制開關(guān)采用不同的尺寸和形狀以便于識別??傮w來說,整體布置比較直觀,例如一般根據(jù)報警顏色和在主控室的位置就能判斷其嚴(yán)重程度,操縱員也較容易識別主控室內(nèi)的各種信息。數(shù)字化控制室的布置相對更為簡潔,主要有4個計算機(jī)化的操縱員工作站、大屏幕和后備盤。每個工作站包括多個液晶顯示器和鼠標(biāo)、軌跡球等。整個核電廠的信息都從計算機(jī)獲得,信息量比傳統(tǒng)控制室大許多倍,但是沒有傳統(tǒng)控制室直觀。
2.2數(shù)字化控制室對操縱員的影響
數(shù)字化控制室可以提供更全面、更精確的電廠信息,給了操縱員很大的幫助。比如操縱員通過報警可以快速發(fā)現(xiàn)故障原因。數(shù)字化控制室在進(jìn)行事故處理時,可以自動判斷。對于某些固有操作,計算機(jī)也可以自動動作。這些都在一定程度上減輕了操縱員的負(fù)擔(dān)。計算機(jī)化的規(guī)程系統(tǒng)、先進(jìn)的報警系統(tǒng)與圖形化的信息顯示系統(tǒng)等人機(jī)接口為提升操縱員的績效發(fā)揮了積極作用,降低了操縱員的工作負(fù)荷,減少了人因失誤。另一方面,數(shù)字化控制室在某些方面也增加了操縱員的負(fù)擔(dān),比如操縱員獲取信息。由于信息量巨大,操縱員若想從計算機(jī)中獲得想要的信息就不如傳統(tǒng)主控室來的直接。操縱員必須要對人機(jī)界面比較熟悉,需要打開不同的畫面和窗口才能獲取所需信息。由于大量信息的存在,短時間內(nèi)獲得關(guān)鍵信息對操縱員來說是個挑戰(zhàn)。規(guī)程系統(tǒng)計算化也改變了操縱員的傳統(tǒng)操作模式。這也可能導(dǎo)致新的人因失誤,例如模式混淆、數(shù)據(jù)輸入錯誤、情境意識喪失等。綜上,數(shù)字化控制室在技術(shù)系統(tǒng)、人機(jī)界面、規(guī)程系統(tǒng)、報警系統(tǒng)、分析和決策支持系統(tǒng)、班組結(jié)構(gòu)和交流路徑等方面發(fā)生了變化,改變了操縱員的認(rèn)知過程和行為影響方式。數(shù)字化控制室中的人機(jī)交互越來越緊密,越來越復(fù)雜,操縱員從傳統(tǒng)的巡盤、監(jiān)視和操作逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楸O(jiān)控和決策,這就使得人因失誤出現(xiàn)了新的特征和新的人因失誤分布,以及人因失誤數(shù)據(jù)和失誤機(jī)理等。
3數(shù)字化控制系統(tǒng)中的人因特征及人因失誤的預(yù)防
3.1數(shù)字化控制系統(tǒng)中的人因特征
核電廠控制室內(nèi)操縱員面對的是一個非常復(fù)雜的系統(tǒng)。在傳統(tǒng)的模擬控制室,操縱員需要來回走動巡盤,從較大的控制面板上的儀表讀取信息、操作按鈕。在先進(jìn)的數(shù)字化控制室中,系統(tǒng)和設(shè)備的可靠性得到提高。操縱員利用集成的系統(tǒng)就可以對核電廠進(jìn)行監(jiān)視和操控。數(shù)字化控制系統(tǒng)中的人因特征主要體現(xiàn)在以下幾個方面:1)操縱員的角色。傳統(tǒng)控制室中,操縱員主要是監(jiān)視和操作系統(tǒng),而數(shù)字化控制室更多的需要操縱員進(jìn)行監(jiān)視和決策任務(wù),并且任務(wù)中包含更多的認(rèn)知工作,通過一系列認(rèn)知行為執(zhí)行認(rèn)知任務(wù)。2)操縱員的任務(wù)負(fù)荷。傳統(tǒng)控制室中,模擬系統(tǒng)顯示的信息非常直觀,一目了然。而數(shù)字化控制室是基于大屏幕總貌顯示和計算機(jī)工作站顯示屏顯示信息,信息量巨大。操縱員若需要獲取信息,可能會通過畫面配置、導(dǎo)航、查詢等相關(guān)操作查詢眾多畫面,某些信息可能需要連續(xù)導(dǎo)航。這增加了操縱員的任務(wù)負(fù)荷。3)操縱員的能力和經(jīng)驗因素。數(shù)字化控制系統(tǒng)是復(fù)雜系統(tǒng),自動化程度越高,系統(tǒng)就越復(fù)雜。這對操縱員的能力和經(jīng)驗提出了很高的要求。4)計算機(jī)化規(guī)程。傳統(tǒng)控制室使用的是紙版規(guī)程,而數(shù)字化系統(tǒng)是基于計算機(jī)化的規(guī)程。規(guī)程結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。5)基于VDU的信息顯示與控制。傳統(tǒng)控制面板上的指示器通常是固化的,而基于計算機(jī)的信息顯示不會局限于物理空間,可以通過畫面的任意配置顯示信息,同樣信息在不同畫面中的位置可能不一樣。因此,這增加了操縱員定位、搜索以及辨識的難度。另外,軟控制比傳統(tǒng)控制室中的硬控制更為復(fù)雜,軟控制可能有時候會出現(xiàn)誤操作。6)報警系統(tǒng)。傳統(tǒng)的報警顯示非常直觀,根據(jù)顏色和位置,有經(jīng)驗的操縱員可以判斷其嚴(yán)重重度?;谟嬎銠C(jī)的報警在顯示屏上,操縱員可能需要查詢、過濾等行為來識別報警。也就是說,操縱員需要花費更多的時間來搜索和確認(rèn)報警,繼而可能延誤其它任務(wù)。
3.2數(shù)字化控制系統(tǒng)中的人因失誤的預(yù)防
人因失誤的原因分為內(nèi)因和外因。其外因指個人工作的環(huán)境,而內(nèi)因包括個人的生理特征和心理特征。威特森把人因失誤的原因歸結(jié)為超負(fù)荷、決策錯誤和人機(jī)學(xué)原因3個方面。超負(fù)荷是指人在某種心理狀態(tài)下的承受能力與負(fù)荷不相適應(yīng),包括身體的、生理的和心理的負(fù)荷。人的能力則指身體的、生理的和心理等方面的承受能力(人本身的自然屬性);當(dāng)前的心理狀態(tài);與當(dāng)前工作有關(guān)的知識和技術(shù)水平;因服用藥物或酒、壓力、疲勞等導(dǎo)致的臨時能力下降。決策錯誤是指某些情況下,工人選擇不安全行為比選擇安全行為更加合乎邏輯。人機(jī)學(xué)原因主要包括兩個方面:當(dāng)前的工作條件與人的體格不適應(yīng);工作平臺的設(shè)計使人容易失誤。震驚世界的美國三哩島和前蘇聯(lián)切爾諾貝利兩次嚴(yán)重事故都是人因失誤引起的,同時大量的實踐統(tǒng)計表明,核電廠許多安全重大事件和事故的引發(fā)因素也是人因失誤。因此,加強(qiáng)核安全文化,防范人因失誤尤為重要。針對數(shù)字化控制系統(tǒng),減少人因失誤的主要措施除了加強(qiáng)教育培訓(xùn)、改進(jìn)管理方法和改善工作環(huán)境等,還有先進(jìn)控制室設(shè)計,使用人因工程原則。
3.2.1強(qiáng)化核安全文化
核安全文化是核領(lǐng)域的行業(yè)文化,加強(qiáng)核安全文化,防范人因失誤不能僅僅單靠某個人或某個單位,而是涉及到政府及其部門、營運單位等不同層次的人員。1)政府及其部門:政府及其部門應(yīng)在現(xiàn)有法律的基礎(chǔ)上,制定相關(guān)配套法規(guī),加大執(zhí)法力度。監(jiān)管部門應(yīng)具有完備的安全規(guī)定、導(dǎo)則和相關(guān)文件,獨立行使監(jiān)督權(quán),對核設(shè)施單位的安全進(jìn)行定期評價。2)營運單位:營運單位應(yīng)對核安全和防范人因失誤負(fù)有主要責(zé)任。營運單位應(yīng)重視安全;明確責(zé)任;調(diào)整好核電廠管理組織與政府監(jiān)管部門之間的關(guān)系;定期進(jìn)行安全狀況的審查;加強(qiáng)對各種人員的培訓(xùn);組織好現(xiàn)場工作;管理層下現(xiàn)場監(jiān)督;合理規(guī)定工作負(fù)荷和進(jìn)行監(jiān)督;正確對待安全、成本、運行、進(jìn)度、獎勵和群眾意見等一系列問題;加強(qiáng)安全文化教育,使得安全深入人心。核安全教育包括核安全法制法規(guī)、核安全知識、核安全技能教育和核安全態(tài)度培養(yǎng)。只有通過核安全教育與培訓(xùn),才能使操作人員自覺遵守核安全法規(guī),養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng),提高判斷、預(yù)測和處理能力,提高了核安全技能,有效減少人因事件。核安全教育主要從以下幾個方面做起:①端正核安全態(tài)度:營運單位應(yīng)形成生產(chǎn)思想教育、法規(guī)、法紀(jì)教育、安全技術(shù)和勞動技能教育為主的崗前、在崗教育,積極提高與端正操作人員安全意識;牢固樹立“安全第一”思想,形成良好的安全風(fēng)氣。②制定并實施完善的教育與培訓(xùn)制度,進(jìn)行核安全文化培訓(xùn)、崗前技能培訓(xùn)、在職培訓(xùn)、應(yīng)急措施的培訓(xùn)等,提高核電廠員工的工作技能和知識,從根本上減少人因失誤,減少或避免人因事件和事故的發(fā)生。對重要安全相關(guān)的在崗人員建立并推行系統(tǒng)化的崗前、在崗培訓(xùn)制度,保證在崗工作人員具有崗位所需的工作技能,杜絕因工作能力因素造成的人因事件,同時提高排除事故隱患,減小事故后果的能力。③培養(yǎng)安全習(xí)慣:通過系統(tǒng)化的培訓(xùn)和嚴(yán)格的安全管理,全面形成規(guī)范操作、標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)、安全操作程序等安全生產(chǎn)習(xí)慣,有效預(yù)防違章。④建立良好的職業(yè)健康體系:保證在崗工作人員的生理健康情況、心理狀況保持在良好狀態(tài),提倡自我控制和自我防護(hù),從而有效預(yù)防人因失誤。
3.2.2強(qiáng)化安全管理,形成人因分析與經(jīng)驗反饋體系
強(qiáng)化安全管理,實施作業(yè)審批制度,保證工作人員的資格、技術(shù)水平等個人因素符合作業(yè)條件,并使作業(yè)在有充分準(zhǔn)備和足夠的安全措施的情況下進(jìn)行;同時合理安排組織生產(chǎn),改善工作條件與環(huán)境;建立適當(dāng)?shù)陌踩O(jiān)護(hù)措施,監(jiān)視高度危險,可能導(dǎo)致重大安全事故的操作,及時糾正失誤,避免造成嚴(yán)重后果。通過加強(qiáng)安全管理,可以有效地減少人因失誤的可能性。對人因事件進(jìn)行分析并經(jīng)驗反饋,可以改變憑經(jīng)驗和直覺處理安全問題的做法。利用科學(xué)的安全管理方法和技術(shù),變被動的“事故處理”為主動的“事故預(yù)防”,采取積極的防御策略,盡可能減少或避免人因失誤的發(fā)生。
3.2.3建立多重防御體系,進(jìn)行縱深防御,有效控制系統(tǒng)事故
通過建立多層重疊設(shè)置的安全防護(hù)系統(tǒng)構(gòu)成多道防線,即使某一防線失效也能被其他防線彌補(bǔ)或糾正。將技術(shù)手段與組織手段、文化手段相結(jié)合,從管理決策、組織、技術(shù)、事故分析與減少、反饋等過程和層面構(gòu)建主動型人因事故縱深防御系統(tǒng),主動去探查與辨識可能的人因事故,并采取技術(shù)、組織和文化相結(jié)合的措施去減少和預(yù)防人因事故。
3.2.4改善人機(jī)接口,提高設(shè)備安全性能
由于人機(jī)接口設(shè)計不合理,缺乏必要的安全保護(hù)設(shè)施而引起的人因事故仍占一定比例,應(yīng)在成本-效益預(yù)算指導(dǎo)下,建立必要的實體屏障,有效防御人因事件的發(fā)生。在人機(jī)接口設(shè)計上應(yīng)注意以下幾方面:1)人、機(jī)、環(huán)境系統(tǒng)的合理匹配,使操作人員能方便準(zhǔn)確地獲取信息,并正確實施相關(guān)操作。2)使用防失誤設(shè)計,以保證人員以正確方式進(jìn)行操作。3)有必要的聲、光警報信號。4)考慮必要的安全保護(hù)裝置。
3.2.5運用人因工程原則設(shè)計先進(jìn)控制室
人因工程是在一項產(chǎn)品或一個系統(tǒng)研制過程中研究如何系統(tǒng)的利用人的特性,包括心理方面和生理方面的特性。核電廠設(shè)計中使用人因工程原則,可以減少可能危及電廠安全和可運行性的人因錯誤,改善電廠安全。為了最大限度減少人因失誤,在數(shù)字化控制室設(shè)計時應(yīng)充分考慮人的因素,發(fā)揮人的長處,避免劣勢。比如功能分析與分配時綜合考慮操縱員能力和儀控系統(tǒng)的處理能力,操縱員來不及干預(yù)時的快速響應(yīng)操作,工作負(fù)荷大的要分配給儀控系統(tǒng)等。進(jìn)行畫面設(shè)計時也要充分運用人因工程原則,如字體的大小、顏色、信息分組等都要考慮人的因素。報警設(shè)計應(yīng)根據(jù)重要程度進(jìn)行分級,報警設(shè)計還需考慮報警分類、過濾、抑制,這樣,操縱員就可以快速獲得他需要的報警。操縱員的工作盤臺設(shè)計要考慮為操縱員提供較為舒適的坐姿或站姿操作,比如操縱員工作站的盤臺尺寸,操縱員的視角大小。數(shù)字化控制室也要為操縱員的安全操作提供舒適的環(huán)境,這可以減少操縱員的疲勞和壓力,避免失誤。比如要考慮主控室的通風(fēng)設(shè)計、主控室的噪聲設(shè)計以及照明設(shè)計等環(huán)境設(shè)計。
4結(jié)束語
人因失誤是造成核電廠事故的主要因素之一。特別在三哩島和切爾諾貝利嚴(yán)重核事故之后,人們對此具有更為深刻的認(rèn)識。數(shù)字化控制室由于采用復(fù)雜的人機(jī)界面管理和計算機(jī)化規(guī)程,這與傳統(tǒng)控制室有很大不同。兩者在應(yīng)對人因失誤時有共同的措施,也有很大的不同。本文僅對核電廠數(shù)字化控制系統(tǒng)中的人因失誤相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行了初步研究,以后還將繼續(xù)開展相關(guān)研究工作,分析討論防范人因失誤策略。
參考文獻(xiàn):
[1]張力,王以群,黃曙東.人因事故縱深防御系統(tǒng)模型[J].中國安全科學(xué)學(xué)報.2002,12(01).
關(guān)鍵詞:變電站;自動化系統(tǒng);
1 變電站綜合自動化系統(tǒng)發(fā)展歷程
我國變電站綜合自動化系統(tǒng)的相關(guān)研究開始于20世紀(jì)80年代中期,到目前為止,其發(fā)展大致經(jīng)歷了三代。
第一代變電站綜合自動化系統(tǒng)以RTU為基礎(chǔ),基于變送器及繼電保護(hù)與自動裝置等設(shè)備。該類系統(tǒng)實際上是在常規(guī)的繼電保護(hù)及二次接線的基礎(chǔ)上增設(shè)RTU,以實現(xiàn)“四遙”功能。有關(guān)重要信息(如保護(hù)信息等)通過硬接點送給RTU裝置, RTU的控制輸出一般經(jīng)遙控執(zhí)行柜發(fā)出控制命令。該類系統(tǒng)的特點:系統(tǒng)功能不強(qiáng)、硬件設(shè)備重復(fù)、整體性能指標(biāo)低、系統(tǒng)連接復(fù)雜、可靠性低,但其結(jié)構(gòu)簡單、成本低,特別適合于老變電站的改造。
第二代變電站綜合自動化系統(tǒng)是以單片機(jī)為基礎(chǔ)、按功能劃分硬件結(jié)構(gòu)的綜合自動化系統(tǒng)。20世紀(jì)80年代后期,隨著以8051、8098 為代表的單片機(jī)技術(shù)的成熟,出現(xiàn)了大量的站內(nèi)微機(jī)化功能裝置,將這些微機(jī)化單元組合在一起,即形成了按功能分布的綜合自動化系統(tǒng):包括數(shù)據(jù)采集單元(模擬量、開關(guān)量、脈沖量)、監(jiān)控主機(jī)(總控單元)、綜合監(jiān)控單元、微機(jī)保護(hù)單元,各單元大都由16位或32位單片機(jī)組成,各功能模塊間采用串行通信方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信,可以采用雙絞線以RS485接口連接。
該類系統(tǒng)的特點:選用單片機(jī)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集,使工控機(jī)從大量單調(diào)的數(shù)據(jù)采集工作中解脫出來,去完成較復(fù)雜的任務(wù)調(diào)度、網(wǎng)絡(luò)通信和數(shù)學(xué)計算等工作。該類系統(tǒng)具有較強(qiáng)的在線功能,各種功能比較完善,且人機(jī)界面較好,但系統(tǒng)仍然比較復(fù)雜,連接電纜較多,系統(tǒng)可靠性不高。
第三代變電站綜合自動化系統(tǒng)是以現(xiàn)場總線、局域網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)的分散式綜合自動化系統(tǒng)?,F(xiàn)場總線是20世紀(jì)90年代新興起的一種先進(jìn)工業(yè)控制技術(shù),是應(yīng)用于自動化系統(tǒng)現(xiàn)場設(shè)備和現(xiàn)場儀表互連的通信網(wǎng)絡(luò),隨后局域網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展為變電站綜合自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)向分散式發(fā)展創(chuàng)造了有利的條件。第三代變電站綜合自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示,可劃分為二個層次:第一層是分散控制層,包括保護(hù)設(shè)備、數(shù)據(jù)采集與控制設(shè)備、智能設(shè)備、指示儀表等(該層由獨立的保護(hù)及I/O組成);第二層通常為站級計算機(jī),實現(xiàn)變電站級的協(xié)調(diào)、優(yōu)化控制,并實現(xiàn)與遠(yuǎn)方調(diào)度中心的聯(lián)通。
該類系統(tǒng)具有以下特點:簡化了變電站二次設(shè)備的配置,大大縮小了控制室的面積;減少了施工和設(shè)備安裝工作量;簡化了二次設(shè)備之間的互連線,節(jié)省了大量連接電纜;可靠性高、組態(tài)靈活、檢修方便。由于技術(shù)的發(fā)展,上述各類變電站綜合自動化系統(tǒng)的推出雖有時間先后但不存在前后替代的情況,各類系統(tǒng)可以根據(jù)變電站的實際情況予以選配。如以RTU為基礎(chǔ)的變電站綜合自動化系統(tǒng)可用于已建變電站的系統(tǒng)改造,而分散式系統(tǒng)更適用于新建變電站。
2 第三代綜合自動化變電站設(shè)計的技術(shù)問題
2.1 防誤功能
早期單一功能的微機(jī)五防系統(tǒng),基于變電站有人值班設(shè)計,比較簡單,僅僅對手動操作實現(xiàn)了防誤閉鎖。對于斷路器分合閘操作,使用電氣編碼鎖實現(xiàn);對于隔離開關(guān)、地刀和網(wǎng)門等使用機(jī)械編碼鎖實現(xiàn)。當(dāng)時的微機(jī)五防系統(tǒng)處于起步階段,閉鎖邏輯大致與電氣聯(lián)鎖相當(dāng),基本上停留在“鑰匙+鎖”的原始模式,還談不上整體解決方案。而且,針對無人值班變電站,其最大弊病是當(dāng)?shù)乇O(jiān)控和遠(yuǎn)方(調(diào)度或集控站)的遙控操作沒有經(jīng)過防誤閉鎖,且微機(jī)五防系統(tǒng)中的設(shè)備狀態(tài)與一次設(shè)備狀態(tài)無直接聯(lián)系,實際工作中經(jīng)常需人工置位、確認(rèn),存在安全隱患。隨著微機(jī)五防技術(shù)的逐步成熟,采用當(dāng)?shù)乇O(jiān)控和微機(jī)五防兩套系統(tǒng)通訊來提升防誤閉鎖水平的方法,目前在實際應(yīng)用中是比較普遍的。在一些小型變電站也有將五防軟件模塊安裝在監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)的做法,由于兩系統(tǒng)還是相對獨立的,只是節(jié)省了五防主機(jī),所以仍應(yīng)歸為此類方式。其方法是:遙控操作前,先在微機(jī)五防系統(tǒng)進(jìn)行模擬預(yù)演操作;模擬預(yù)演結(jié)束后,五防系統(tǒng)對相關(guān)操作點下達(dá)軟解鎖命令,再由當(dāng)?shù)乇O(jiān)控系統(tǒng)按照遙控操作的步驟進(jìn)行操作;操作結(jié)束后,由五防系統(tǒng)下達(dá)閉鎖操作命令,恢復(fù)閉鎖。
圖1 綜合自動化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖
事實上,斷路器、隔離開關(guān)位置及相應(yīng)的模擬量信息等已經(jīng)采集到監(jiān)控系統(tǒng)中,利用這些信息和現(xiàn)有的防誤邏輯即可實現(xiàn)防誤判斷,再輔以適當(dāng)?shù)挠布湍軐崿F(xiàn)防誤閉鎖。在監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)實現(xiàn)防誤閉鎖并不是取消五防功能,而是利用監(jiān)控系統(tǒng)的各種技術(shù)優(yōu)勢來重新整合防誤閉鎖方式。監(jiān)控系統(tǒng)的防誤閉鎖可以從以下兩個層面來實現(xiàn):
(1)間隔級防誤閉鎖(縱向閉鎖、又稱單元電氣閉鎖):應(yīng)用測控裝置本身的邏輯功能完成。
(2)間隔間防誤閉鎖(橫向閉鎖):間隔級防誤只能用本間隔的信息來設(shè)置相關(guān)閉鎖邏輯,如果需要使用其它間隔或公用信息來設(shè)置相關(guān)閉鎖即所謂間隔間防誤(也可稱為系統(tǒng)級防誤) ,目前有兩種解決辦法:一是在總控單元或前置機(jī)內(nèi)設(shè)置專用防誤閉鎖軟件,根據(jù)站內(nèi)所有開關(guān)量/模擬量的情況和防誤規(guī)則實現(xiàn)防誤閉鎖;二是采用網(wǎng)絡(luò)和協(xié)議(如以太網(wǎng)TCP/IP)實現(xiàn)測控裝置間的信息交換。
圖2 電動刀閘閉鎖原理圖
為達(dá)到簡便、便于維護(hù)的目的,對于有電動操作機(jī)構(gòu)的設(shè)備,在其控制回路中串入一個接點(如圖2所示)即可,此接點受監(jiān)控系統(tǒng)防誤閉鎖邏輯的控制。對于手動機(jī)構(gòu)的設(shè)備則外配以電磁鎖,電磁鎖的開閉則由串入的接點控制,該接點同樣受防誤閉鎖邏輯的控制。使用閉鎖接點不僅代替了傳統(tǒng)五防系統(tǒng)中的編碼鎖,而且在操作回路中增加了強(qiáng)制閉鎖,解決了以往遙控操作只有軟閉鎖,在發(fā)生雷擊或程序紊亂等裝置自身故障的異常情況下可能導(dǎo)致誤出口引起的誤操作。
2.2 保護(hù)信息采集及處理
目前計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)對保護(hù)信息的采集的方式主要有兩種:硬接點方式和串行通信方式。對于常規(guī)繼電器保護(hù)只能采用硬接點方式,而對于微機(jī)保護(hù)則除了硬接點方式外還有串行通信方式。其中,串行通信的方式目前主要有兩種形式:
一是保護(hù)裝置直接接入監(jiān)控系統(tǒng)的公用信息工作站;
二是保護(hù)裝置先接入保護(hù)信息管理機(jī),再由保護(hù)管理機(jī)完成與公用信息工作站的通信。
由于220kV、500kV變電站規(guī)模較大,保護(hù)裝置的種類和數(shù)量較多,采用第一種形式進(jìn)行保護(hù)信息通信有諸多弊端,如:
(1)監(jiān)控系統(tǒng)公用信息工作站的通信接口數(shù)量是有限的,不可能實現(xiàn)與各保護(hù)裝置進(jìn)行直接通信;
(2)各保護(hù)裝置直接接入監(jiān)控系統(tǒng)的公用信息工作站,監(jiān)控系統(tǒng)需裝有各類保護(hù)的通信規(guī)約,并需與每種保護(hù)進(jìn)行通信調(diào)試,監(jiān)控系統(tǒng)和保護(hù)廠家間的調(diào)試配合工作量十分繁重;
(3)公用信息工作站還要與直流系統(tǒng)等智能裝置通信,容易相互干擾,對保護(hù)裝置的安全性也構(gòu)成一定的影響。正是由于上述原因,才引入了保護(hù)信息管理機(jī)方式。保護(hù)信息管理機(jī)負(fù)責(zé)與各類不同保護(hù)裝置的通信,然后轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一規(guī)約與公用信息工作站通信。當(dāng)保護(hù)裝置較多時可按電壓等級采用多臺保護(hù)信息管理機(jī)。
2.3 當(dāng)?shù)乇O(jiān)控機(jī)
有人認(rèn)為變電站將最終變成無人值班形式,故無需再配置當(dāng)?shù)乇O(jiān)控機(jī)。誠然,配置當(dāng)?shù)乇O(jiān)控機(jī)一方面增加了投資同時也加重了安裝調(diào)試任務(wù),但保留當(dāng)?shù)乇O(jiān)控機(jī)還是有以下幾方面的理由:
(1)不論是集中監(jiān)控、留守值班模式還是集中監(jiān)視、少人值班模式的220 kV變電站都仍將有人留守在變電站。因此,配置當(dāng)?shù)乇O(jiān)控機(jī)便于現(xiàn)場人員監(jiān)控和管理,同時也便于系統(tǒng)的安裝和調(diào)試。
(2)由于取消了控制屏,不便于檢修運行人員了解掌握全站設(shè)備的運行狀況,設(shè)置當(dāng)?shù)乇O(jiān)控機(jī)有利于今后系統(tǒng)的運行維護(hù)、檢修及設(shè)備巡視。
(3)保留當(dāng)?shù)乇O(jiān)控機(jī)是監(jiān)控系統(tǒng)自身的要求,如目前大多監(jiān)控系統(tǒng)的綜合控制功能如VQC功能均是基于當(dāng)?shù)乇O(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)的。此外,當(dāng)?shù)乇O(jiān)控系統(tǒng)的有關(guān)功能可作相應(yīng)調(diào)整,如原先基于有人值班開發(fā)的各種管理統(tǒng)計功能可適當(dāng)簡化,而強(qiáng)化其監(jiān)控性能,使其更加適用于少人值班的模式。
3 變電站綜合自動化系統(tǒng)發(fā)展方向
3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變
變電站綜合自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)將從集中控制、功能分散逐步向分散型網(wǎng)絡(luò)發(fā)展。傳統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是按功能分散考慮的,發(fā)展趨勢將從一個功能模塊管理多個電氣單元或間隔單元向一個模塊管理一個電氣單元或間隔單元、地理位置高度分散的方向發(fā)展。這樣,自動化系統(tǒng)故障時對電網(wǎng)可能造成的影響大大地減小了,自動化設(shè)備的獨立性、適應(yīng)性更強(qiáng)。
光電互感器的應(yīng)用將改變監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。它采用光纖傳送信號,無鐵心(不存在磁飽和和鐵磁諧振問題) 、頻率響應(yīng)范圍寬、容量大、抗電磁干擾能力強(qiáng),所以測量單元與微機(jī)保護(hù)單元互感器可共用,簡化了二次設(shè)備,這樣可以將測量單元與保護(hù)單元融合在一起,實現(xiàn)一個模塊管理一個電氣單元或間隔單元,為變電站綜合自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)分散式提供了技術(shù)支持。
3.2 遙視系統(tǒng)的應(yīng)用
遙視系統(tǒng)在綜合自動化變電站內(nèi)已廣泛使用,它將變電站內(nèi)采用攝像機(jī)拍攝的視頻圖象遠(yuǎn)距離傳輸?shù)秸{(diào)度中心或集控站(主站),使主站的運行、管理人員可以借此對變電站電氣設(shè)備的運行環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控,以保證無人值班變電站的安全運行。遙視系統(tǒng)的視頻圖象監(jiān)視在本質(zhì)上還屬于圖象獲取系統(tǒng),將計算機(jī)視覺技術(shù)運用到圖象信息的分析與理解中,可以實現(xiàn)變電站系統(tǒng)圖象信息的智能處理。
3.3 藍(lán)牙技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用
藍(lán)牙技術(shù)是一種無線數(shù)據(jù)與語音通信開放性全球規(guī)范,它是一種以低成本的近距離無線連接為基礎(chǔ)、為固定與移動設(shè)備通信環(huán)境建立一個特別連接的短程無線電技術(shù),解決了以太網(wǎng)用于變電站自動化布線難的問題。、。
4 結(jié)束語
關(guān)鍵詞:變電站;綜合自動化系統(tǒng);技術(shù)改造;智能化
中圖分類號:TM76 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A
隨著信息化時代的到來,數(shù)據(jù)采集、自動控制等技術(shù)日益成熟,推動了變電站建設(shè)與發(fā)展的技術(shù)革新,進(jìn)一步實現(xiàn)了變電站運行的資源優(yōu)化配置、有利于降低運行維護(hù)成本,提高效率指標(biāo)。與此同時,國家電網(wǎng)對變電站的建設(shè)提出了“堅強(qiáng)、智能”的要求,基于變電站關(guān)鍵技術(shù)和過程控制進(jìn)行綜合自動化系統(tǒng)的技術(shù)改造是十分必要的。
一、500kV變電站的基本現(xiàn)狀
就目前現(xiàn)狀來看,我國的500kV變電站所使用的一次設(shè)備類型較為簡單,在接線方式和典型設(shè)計上具有一定差距,且智能化投入比例較少。在二次設(shè)備的使用類型上主要包括3種,即常規(guī)保護(hù)+RTU監(jiān)視模式、常規(guī)保護(hù)+計算機(jī)監(jiān)控模式、數(shù)字化保護(hù)+智能監(jiān)控系統(tǒng)模式。具體而言,常規(guī)保護(hù)+RTU監(jiān)視模式的應(yīng)用主要用于早期未完成計算機(jī)監(jiān)控模式改造的變電站,其運行時間較長,但由于技術(shù)性較差、控制室空余屏位缺乏,大量使用長電纜、信號電纜,因此直流接地問題較多。而常規(guī)保護(hù)+計算機(jī)監(jiān)控模式是現(xiàn)階段變電站主要使用的類型,但是在主變、母差保護(hù)的配置上不足,不利于常規(guī)模式的改造。數(shù)字化保護(hù)+智能監(jiān)控系統(tǒng)模式是基于DL/T860技術(shù)體系設(shè)計研發(fā)的,具有3層兩網(wǎng)(站控層、間隔層、過程層,MMS網(wǎng)絡(luò)和GOOSE網(wǎng)絡(luò))的配置,具有智能化功能。與此同時,該系統(tǒng)采用直采直跳的方式,且控制小室面積小,能夠普遍地應(yīng)用于光纜傳輸量測、信號控制等,擴(kuò)展性較強(qiáng)。
二、技術(shù)改造工程中的運行監(jiān)控
在變電站綜合自動化技術(shù)改造的過程中,滿足變電站正常運行所需的基本監(jiān)視和控制,確保變電站安全、穩(wěn)定的運營是改造實踐的基本要求。首先,計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制具有數(shù)據(jù)共享的優(yōu)勢,在技術(shù)改造的過程中采用新舊系統(tǒng)并行運行的方式能夠保證變電站的基本監(jiān)視和控制。具體而言,在改造過程中不退出舊系統(tǒng)的運行,并通過站內(nèi)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的集線器接入CSC-2000V2版新系統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò),并采集監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的數(shù)據(jù)完成系統(tǒng)的調(diào)試工作,如圖1所示。其次,在改造的過程中需要對站內(nèi)監(jiān)控的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行更換,此時網(wǎng)絡(luò)設(shè)備所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)將暫時中斷。為了減少由于網(wǎng)絡(luò)更換造成監(jiān)控數(shù)據(jù)的缺失,要求運行人員在現(xiàn)場監(jiān)視設(shè)備的運營狀態(tài)。除此之外,在技術(shù)改造的過程中各個間隔的測量控制裝備不需要更換,此時測控信息將不受影響。
三、綜合自動化改造實施的步驟與方法
在自動化系統(tǒng)技術(shù)改造的過程中需要做好準(zhǔn)備工作,包括材料和工具的準(zhǔn)備、設(shè)備配置和技術(shù)協(xié)議是否相一致,配件齊全,以及技術(shù)人員的技術(shù)能力檢查等。在新設(shè)備的安裝前需要對網(wǎng)絡(luò)切換的順序進(jìn)行落實,按流程進(jìn)行。在調(diào)試過程中需要用交換機(jī)組建獨立的調(diào)試網(wǎng)絡(luò),其中一臺電腦需安裝舊的監(jiān)控系統(tǒng),另一臺電腦安裝模擬軟件,逐步模擬遙信變位,核查新舊系統(tǒng)的反應(yīng)是否無障礙。此外,制定過渡方案,明確新舊系統(tǒng)之間聯(lián)接界面,避免不兼容造成的系統(tǒng)錯誤是十分必要的。
新舊系統(tǒng)并列運行前,需要將間隔的遙控把手切換到就地位置,遙控回路所有出口壓板退出。在運行的過程中,通過各個間隔停電對遙控量進(jìn)行驗證。當(dāng)需要對某一間隔進(jìn)行控制時,需要將把手切換至遠(yuǎn)處,與相應(yīng)遙控出口壓板投入。新系統(tǒng)在對各個間隔進(jìn)行遙控前需要對監(jiān)控裝置斷電,進(jìn)行遙控對點操作。在遙控對點無誤的情況下再對新系統(tǒng)進(jìn)行控制,防止意外情況發(fā)生。當(dāng)全部間隔對點連接無異常后,方可對舊系統(tǒng)進(jìn)行全面地拆除。值得一提的是,每個改造階段需要制定實施方案,明確工作范圍和步驟,對重難點問題進(jìn)行分析,從而保證工作效率。
四、綜合自動化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換及正確性驗證
CSC-2000綜合自動化系統(tǒng)采用Microsoft的Visal Fox Pro數(shù)據(jù)庫,而新系統(tǒng)采用的則是Sun的Oracle數(shù)據(jù)庫,因此兩大數(shù)據(jù)庫在運行過程、數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)和字段的定義方面有所差異。如果數(shù)據(jù)庫不能對上述問題進(jìn)行正確地轉(zhuǎn)換,將造成新系統(tǒng)的運行錯誤,引發(fā)系統(tǒng)故障。針對Visal Fox Pro數(shù)據(jù)庫和Oracle數(shù)據(jù)庫編寫轉(zhuǎn)換程序,在系統(tǒng)技術(shù)改造的過程中對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行轉(zhuǎn)變,并對轉(zhuǎn)換后的系統(tǒng)進(jìn)行驗證檢測,是解決該問題的首要步驟。
為了避免數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)有誤和缺失等問題,進(jìn)行數(shù)據(jù)庫的正確性驗證是否重要。通過模擬程序保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)的正確性,對比遙測量、遙控量和遙信量,核對新舊系統(tǒng)的后臺變化情況,能對轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效地分析。但是,由于模擬程序本身對部分?jǐn)?shù)據(jù)無法模擬,因此僅依靠模擬程序進(jìn)行檢測仍有部分漏洞,其難度性較大。因此,在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換之后需要對全站設(shè)備進(jìn)行停電對點、現(xiàn)場數(shù)據(jù)的校對工作,并對一次設(shè)備和二次設(shè)備的監(jiān)控數(shù)據(jù)進(jìn)行核實,保證現(xiàn)場數(shù)據(jù)和后臺數(shù)據(jù)的一致性,減少安全隱患。
最后,我們將對改造后系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)行驗證。具體而言,即針對500kV變電站綜合自動化系統(tǒng)的檢測畫面的制作和監(jiān)控程序的功能、數(shù)據(jù)的核對等方面進(jìn)行補(bǔ)充和改善。采用雙系統(tǒng)運行模式,有利于保證供電的穩(wěn)定。對于改造后的綜合自動化系統(tǒng),仍需與舊系統(tǒng)并行運行一段時間,從而檢測新系統(tǒng)的穩(wěn)定性。防止由于系統(tǒng)隱藏問題引發(fā)的故障,無法對變電站設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視與控制。其次,運行操作人員需要對新綜合自動化系統(tǒng)進(jìn)行細(xì)致地學(xué)習(xí)和了解,掌握新的運行技術(shù),提高自身技能。
五、變電站智能化改造應(yīng)用
變電站智能化改造需要堅持“向典型設(shè)計靠攏”的原則,與此同時,優(yōu)化主接線和相關(guān)設(shè)備配置。在改造的過程中需要結(jié)合變電站擴(kuò)建、改建工程的實際情況,全面貫徹壽命周期管理理念,遵循科學(xué)進(jìn)步的要求,實現(xiàn)不同類型設(shè)備之間的技術(shù)兼容。全壽命周期管理理念要求我們提高工程改造的效益,在系統(tǒng)規(guī)劃的前提下,進(jìn)行設(shè)計、制造、安裝、運行和維修幾大環(huán)節(jié),且降低改造成本,進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)的綜合性分析。除此之外,降低項目風(fēng)險,兼顧技術(shù)進(jìn)步,在設(shè)備的選型和施工方案上進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān),有利于過程的優(yōu)化。
智能化改造的目標(biāo)應(yīng)在結(jié)合電網(wǎng)運行方式的情況下,調(diào)節(jié)好接線配置,避免多次重復(fù)改造,降低成本。自動化系統(tǒng)應(yīng)該建立一體化的智能平臺,采用數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的新科技,減少電纜的使用量。此外,支持大容量數(shù)據(jù)的實時傳輸,包括在線智能分析,程序化操作和一體化調(diào)控,有利于完善電網(wǎng)運行。其改造的關(guān)鍵點在于一次主接線優(yōu)化和一次設(shè)備智能化改造。由于500kV網(wǎng)架出線少,在考慮供電可靠性需求時需要設(shè)置500kV出線及主變進(jìn)線隔離開關(guān)和220kV旁路母線,且二次接線相對復(fù)雜。但是,現(xiàn)階段200kV以上的電壓等級配電裝置已經(jīng)形成了多環(huán)形供電,因此由于停電、檢修造成母線解環(huán)的機(jī)率十分低,故而對變電站的影響較小。與此同時,智能組件是智能化改造的重要方面,包括斷路器控制箱、變壓器冷卻系統(tǒng)匯控柜、有載調(diào)壓開關(guān)控制器等,科學(xué)地改變組合架構(gòu),能夠提高靈活性。
結(jié)語
500kV變電站綜合自動化系統(tǒng)技術(shù)改造有效地提高了系統(tǒng)運行的可靠性和穩(wěn)定性,在硬件性能和維護(hù)上面具有較好的優(yōu)化,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也進(jìn)行了新的調(diào)整,包括設(shè)備數(shù)量和二次接線等。與此同時,改造后的自動化系統(tǒng)提高了信息傳遞的速度,在故障排查方面也更為便捷,完善了自動化系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò),對于該行業(yè)而言具有重要意義。
參考文獻(xiàn)
[1]陳曉捷.泉州500kV變電站綜合自動化系統(tǒng)改造的設(shè)計探討[J].福建建設(shè)科技,2012(9):73-74.
論文 摘要:簡要回顧了數(shù)字化供電系統(tǒng)的理論,從數(shù)據(jù)集成與應(yīng)用集戍兩個方面介紹了數(shù)字化供電系統(tǒng)建設(shè)中的關(guān)鍵技術(shù),并結(jié)合系統(tǒng)建設(shè)實踐重點介紹了公共信息模型(cim)、服務(wù)構(gòu)建技術(shù)與專業(yè)圖形控件技術(shù)等內(nèi)容,為進(jìn)一步完善數(shù)字化供電系統(tǒng)技術(shù)理論體系做出了有益的嘗試。
論文關(guān)鍵詞:數(shù)字化供電系統(tǒng);公共信息模型;面向服務(wù)架構(gòu);數(shù)據(jù)集成;應(yīng)用集成
0 前言
作為一種廣為接受的技術(shù)體系,“數(shù)字化供電系統(tǒng)”的內(nèi)涵包括:數(shù)字化電網(wǎng)、信息化管理和 企業(yè) 應(yīng)用集成。從本質(zhì)上說,“數(shù)字化供電系統(tǒng)”是企業(yè)適應(yīng)內(nèi)外部變化,提升管理能力、提高服務(wù)水平、增強(qiáng)核心競爭力的一種技術(shù)手段。它不是一個剛性的系統(tǒng),而是有生命力的系統(tǒng)工程。隨著it技術(shù)的 發(fā)展 ,數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換技術(shù)、接口整合技術(shù)、商業(yè)流程支持技術(shù)在電力企業(yè)信息化建設(shè)中得到了深入的應(yīng)用,“數(shù)字化供電系統(tǒng)”的技術(shù)實現(xiàn)體系正在逐步完善中。
本文以“數(shù)字化供電系統(tǒng)”技術(shù)實現(xiàn)中數(shù)據(jù)集成與應(yīng)用集成技術(shù)為主線,結(jié)合重要客戶供電風(fēng)險預(yù)控管理的業(yè)務(wù)需求,介紹了實踐過程中的公共信息模型、數(shù)據(jù)整合與數(shù)據(jù)訪問、基于soa架構(gòu)的應(yīng)用集成、服務(wù)構(gòu)建技術(shù)、專業(yè)圖形構(gòu)建技術(shù)等內(nèi)容。
1建設(shè)背景
重要客戶供電風(fēng)險預(yù)控管理需要將分散在不同系統(tǒng)中的表征電網(wǎng)風(fēng)險因素的數(shù)據(jù),集成起來進(jìn)行分析,這些數(shù)據(jù)包括scada/ems中的電網(wǎng)實時數(shù)據(jù),生產(chǎn)系統(tǒng)中的設(shè)備技術(shù)規(guī)范數(shù)據(jù)、缺陷數(shù)據(jù)、維護(hù)檢修數(shù)據(jù),營銷系統(tǒng)中的客戶數(shù)據(jù)等,這些數(shù)據(jù)是企業(yè)層面的全局?jǐn)?shù)據(jù),通過企業(yè)數(shù)據(jù)中心,將這些數(shù)據(jù)按照統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行描述與標(biāo)識,形成數(shù)字電網(wǎng)的核心內(nèi)容,未來可以給更多的業(yè)務(wù)系統(tǒng)應(yīng)用。
重要供電客戶風(fēng)險預(yù)控管理的業(yè)務(wù)應(yīng)用功能,如供電風(fēng)險評估、方案優(yōu)化等功能都需要以數(shù)字電網(wǎng)為基礎(chǔ),以電網(wǎng)拓?fù)浞治?計算 為手段來實現(xiàn),還需要圖形化的形式來展示數(shù)據(jù)和分析結(jié)果。而拓?fù)溆嬎闩c自動成圖等業(yè)務(wù)邏輯存在于電網(wǎng)gis系統(tǒng)中,采用開放的、集成的技術(shù)體系架構(gòu)對這些業(yè)務(wù)邏輯進(jìn)行封裝與部署,為各類有需求的應(yīng)用服務(wù),從而逐步建立完善企業(yè)應(yīng)用集成的技術(shù)體系。
2數(shù)據(jù)集成
數(shù)據(jù)集成的首要指導(dǎo)原則是:盡管數(shù)據(jù)可能在不同的地方、以不同的語義、格式存儲,訪問方法各異,但是,對于數(shù)據(jù)使用者而言,數(shù)據(jù)好像駐留在一個單一的數(shù)據(jù)源里一樣。因此,數(shù)據(jù)集成技術(shù)實質(zhì)上將信息需求者屏蔽于所有這些復(fù)雜性之外,使用者的應(yīng)用程序可以通過諸如sql或xml的標(biāo)準(zhǔn)語言,或標(biāo)準(zhǔn) 網(wǎng)絡(luò) 服務(wù)來對數(shù)據(jù)進(jìn)行使用。
對于數(shù)字化供電系統(tǒng)而言,首先,需要將來自不同層面、不同系統(tǒng)的、具有不同結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)整合在一起,并實現(xiàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)一表達(dá)、統(tǒng)一管理、統(tǒng)一訪問途徑,最終實現(xiàn)各業(yè)務(wù)管理間有序的信息交換與共享,保障各管理條線的業(yè)務(wù)協(xié)同。將這些來源不同、結(jié)構(gòu)不同、標(biāo)準(zhǔn)不同的數(shù)據(jù)按照統(tǒng)一的格式和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行規(guī)范,要求企業(yè)構(gòu)建一個統(tǒng)一的企業(yè)級公共數(shù)據(jù)模型,從而將原本分散在不同應(yīng)用中的信息按照該模型組織為一個整體。
其次,數(shù)字化供電系統(tǒng)采用集中統(tǒng)一存貯的數(shù)據(jù)整合模式來實現(xiàn)數(shù)據(jù)集成。這種模式可以有效地保證對共享數(shù)據(jù)的訪問效率,從而有效地保證基于共享數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)應(yīng)用的執(zhí)行效率和實現(xiàn)方便性,并使得共享信息易于管理。對于整合后的信息,對外提供多種數(shù)據(jù)訪問服務(wù)手段,使整合后的信息資源能方便地提供給各類業(yè)務(wù)系統(tǒng)使用。
2.1公共信息模型
公共信息模型用于在企業(yè)級規(guī)范信息分類、各類信息的屬性、各類信息間的關(guān)系以及約束規(guī)則。其范圍包括電網(wǎng)結(jié)構(gòu)及運行工況、業(yè)務(wù)活動相關(guān)信息、企業(yè)架構(gòu)等基礎(chǔ)管理信息等方面完整的定義和描述,實現(xiàn)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)元素標(biāo)準(zhǔn)和信息編碼體系。通過公共信息模型可以有效地實現(xiàn)企業(yè)級數(shù)據(jù)表示的一致性和唯一性,并在公共信息模型的基礎(chǔ)上構(gòu)建統(tǒng)一的訪問信息途徑,實現(xiàn)跨業(yè)務(wù)域的信息共享和交互,并易于在此基礎(chǔ)之上實現(xiàn)企業(yè)級信息的分析和挖掘。
公共信息模型涉及對象多且關(guān)系復(fù)雜,信息共享和支持未來應(yīng)用的目標(biāo),也對公共信息模型質(zhì)量和前瞻性提出了很高的要求。本文的公共信息模型設(shè)計基于iec cim模型進(jìn)行剪裁和擴(kuò)展。ieccim模型是iec61970、iec61968系列標(biāo)準(zhǔn)的一個重要組成部分,cim是使用uml類圖描述的信息模型,其內(nèi)容包括電力系統(tǒng)資源及電力企業(yè)的主要業(yè)務(wù)活動對象,該模型提供了一個電力系統(tǒng)管理對象的信息結(jié)構(gòu)視圖。
基于cim模型設(shè)計公共信息模型可以重用現(xiàn)有的設(shè)計,以提高效率;利用成熟的設(shè)計,以避免設(shè)計中可能出現(xiàn)的疏漏,保證設(shè)計質(zhì)量;利用標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計,可以使系統(tǒng)更加開放,使系統(tǒng)和眾多遵循cim標(biāo)準(zhǔn)的其它系統(tǒng)可以更好地交互。公共信息模型的設(shè)計是一件復(fù)雜的系統(tǒng)工作,通過確定待分析的對象、歸納現(xiàn)實對象、抽象設(shè)計類、建立類層次結(jié)構(gòu)等過程,最終形成統(tǒng)一的公共信息模型(見圖1)。
目前北京市電力公司已完成了變電、輸電、配電、自動化、保護(hù)、it、通信等共130多種設(shè)備和客戶資料等營銷系統(tǒng)對象的建模工作。建立起兼容已有的國際標(biāo)準(zhǔn)和北京電力的業(yè)務(wù)實際情況,經(jīng)過多次測試和迭代,從較高層次上抽取出共性的數(shù)據(jù)和模型(見圖2)。
2.2數(shù)據(jù)整合與數(shù)據(jù)訪問
共享數(shù)據(jù)庫etl服務(wù)負(fù)責(zé)從各數(shù)據(jù)源獲取數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換服務(wù)將獲取的數(shù)據(jù)按照公共信息模型設(shè)計規(guī)范把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換清洗,然后裝載到共享數(shù)據(jù)庫。同時,還提供rdf支持手段實現(xiàn)大批量一次性的數(shù)據(jù)裝載和交換。通過多樣化的數(shù)據(jù)集成手段實現(xiàn)數(shù)據(jù)的集成性、完整性、一致性、安全性等目標(biāo)。
各個業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)是共享數(shù)據(jù)庫的消費者。訪問共享數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的方式主要有3種。一是通過在 企業(yè) 服務(wù)總線部署的基于cis標(biāo)準(zhǔn)接口的數(shù)據(jù)訪問服務(wù)實現(xiàn),適用于數(shù)據(jù)交換類型的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)訪問;二是通過在企業(yè)服務(wù)總線部署的業(yè)務(wù)域數(shù)據(jù)服務(wù)進(jìn)行訪問,適用于專業(yè)性較高、數(shù)據(jù)關(guān)系復(fù)雜、數(shù)據(jù)處理邏輯實現(xiàn)難度較高的數(shù)據(jù)訪問,例如對電網(wǎng)拓?fù)鋽?shù)據(jù)的訪問服務(wù);三是通過數(shù)據(jù)連接器訪問共享數(shù)據(jù)庫,適用于在共享數(shù)據(jù)庫上建立新的應(yīng)用系統(tǒng)。
3應(yīng)用集成技術(shù)
應(yīng)用集成技術(shù)的核心是通過各種軟硬件技術(shù)將已有的和新建的業(yè)務(wù)系統(tǒng)集成起來,共同完成企業(yè)的各種業(yè)務(wù)活動,并能夠靈活快速地適應(yīng)企業(yè)的 發(fā)展 和市場的變化。對于重要客戶供電風(fēng)險預(yù)控管理而言,需要將電網(wǎng)gis系統(tǒng)、400主動服務(wù)系統(tǒng)、短消息系統(tǒng)內(nèi)私有的業(yè)務(wù)功能按照標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)約進(jìn)行封裝與部署,形成企業(yè)層面可復(fù)用、可管理、可信任的資源。如電網(wǎng)gis系統(tǒng)提供的自動成圖服務(wù)、拓?fù)?計算 服務(wù)等。數(shù)字化供電系統(tǒng)應(yīng)用集成技術(shù)應(yīng)用主要包括:基于soa的應(yīng)用集成架構(gòu)、服務(wù)構(gòu)建技術(shù)及專業(yè)圖形控件技術(shù)。
3.1基于soa的應(yīng)用集成架構(gòu)
數(shù)字化供電系統(tǒng)采用soa架構(gòu)的松耦合方式,構(gòu)造出為企業(yè)層面服務(wù)資源平臺,使原來各個業(yè)務(wù)系統(tǒng)私有的應(yīng)用功能成為可由其他業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)自由調(diào)用的服務(wù)。在保證服務(wù)可以獨立運行的同時又可與其它應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)同作業(yè),實現(xiàn)了系統(tǒng)的應(yīng)用集成和功能重用,促進(jìn)了多個業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)的應(yīng)用水平提升。服務(wù)使用了開放、中立的標(biāo)準(zhǔn)來定義接口規(guī)范(包括格式和傳輸協(xié)議),與其所使用的硬件平臺、操作系統(tǒng)和編程語言無關(guān),所有服務(wù)調(diào)用方及服務(wù)提供方之間均可用統(tǒng)一和標(biāo)準(zhǔn)的方式進(jìn)行通信,能夠很好地解決傳統(tǒng)模式下異構(gòu)系統(tǒng)間接口困難的問題。通過基于soa架構(gòu)的服務(wù),數(shù)字化供電系統(tǒng)在體系結(jié)構(gòu)上的優(yōu)勢表現(xiàn)為:
(1)在企業(yè)層面擁有一個功能完備的可復(fù)用、可信任、可管理的服務(wù)集合;
(2)不需要大量數(shù)據(jù)維護(hù)與管理工作;
(3)提高了跨業(yè)務(wù)域的應(yīng)用系統(tǒng)共享全局信息的能力;
(4)可以方便地整合不同類型的電網(wǎng)數(shù)據(jù)用于自身的分析與決策。
3.2服務(wù)構(gòu)建技術(shù)
由于數(shù)字化供電系統(tǒng)采用soa這種服務(wù)架構(gòu)體系,需要對服務(wù)根據(jù)自身業(yè)務(wù)“按需(onde—mand)”分析、拆遷、改造為不同粗細(xì)等級的服務(wù),如粗顆粒度服務(wù)、細(xì)顆粒度服務(wù)、基礎(chǔ)、高級。細(xì)顆粒度服務(wù),既可被粗顆粒度服務(wù)調(diào)用,也可被高級調(diào)用;基礎(chǔ),既可被高級調(diào)用,也可被粗粒度服務(wù)調(diào)用;同時基礎(chǔ)和細(xì)顆粒度服務(wù)之間也可相互調(diào)用。粗粒度服務(wù)及服務(wù)組合,簡化相關(guān)應(yīng)用的調(diào)用過程,調(diào)用效率大大提高。服務(wù)設(shè)計時,服務(wù)之間復(fù)用性與復(fù)雜性關(guān)系也做了有效平衡。
數(shù)字化供電系統(tǒng)根據(jù)自身業(yè)務(wù)的需求,需要在公共信息模型的基礎(chǔ)上開展“按需(onde.mand)”構(gòu)建方面的研究。其基本內(nèi)容是以“按需模式”來抽取完備電網(wǎng)結(jié)構(gòu)模型的信息子集,構(gòu)造出不同的專業(yè)電網(wǎng)模型,如專題圖電網(wǎng)數(shù)據(jù)模型、主配網(wǎng)一體化雙向拓?fù)浞治龅?,以滿足不同專業(yè)的功能業(yè)務(wù)應(yīng)用需求。根據(jù)具體的應(yīng)用需要,通過專業(yè)需求規(guī)則進(jìn)行電網(wǎng)結(jié)構(gòu)模型數(shù)據(jù)的自動抽取,從而生成特定電網(wǎng)結(jié)構(gòu)模型提供給特定應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)用。這樣不僅可以大大提高專業(yè)信息系統(tǒng)的開發(fā)效率,保證了特定應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性,同時也保證了不同應(yīng)用系統(tǒng)的電網(wǎng)模型信息共享。
3.3專業(yè)圖形控件技術(shù)
應(yīng)用控件是指基于微軟公司activex技術(shù)的可重用的軟件組件??捎眠@些組件增加網(wǎng)頁、桌面應(yīng)用程序和軟件開發(fā)工具的交互性以及更多的功能,例如圖形顯示效果或彈出式選單等。應(yīng)用控件可用不同程序設(shè)計語言編寫,包括java、c++和visualbasic等。應(yīng)用控件一旦被開發(fā)出來,設(shè)計和開發(fā)人員就可以把它當(dāng)作預(yù)裝配組件,用于開發(fā)客戶程序。以此種方式使用activex應(yīng)用控件,使用者無需知道這些控件是如何開發(fā)的,在很多情況下,甚至不需要自己編程,就可以完成網(wǎng)頁或應(yīng)用程序的設(shè)計。
重要客戶供電風(fēng)險預(yù)控管理對電網(wǎng)資源的展現(xiàn)形式給出了明確的方案:對系統(tǒng)中涉及的各種信息(包括:電網(wǎng)圖形、電網(wǎng)拓?fù)?、設(shè)備開關(guān)狀態(tài)、實時負(fù)荷等方面的信息)通過圖形方式統(tǒng)一展現(xiàn),對重要客戶供電風(fēng)險分析結(jié)果的展現(xiàn)形式同樣以圖形展示為主(包括:全數(shù)字電網(wǎng)設(shè)備邏輯接線、電源點到客戶的供電系統(tǒng)圖、線路地理圖等)。
為滿足圖形化展示的要求,需要開發(fā)一系列專業(yè)圖形應(yīng)用控件來滿足要求,把電網(wǎng)地理信息系統(tǒng)的部分功能適當(dāng)抽象,以控件的形式供開發(fā)者或最終用戶使用,將會帶來許多傳統(tǒng)地理信息系統(tǒng)開發(fā)工具無法比擬的優(yōu)點。應(yīng)用控件小巧靈活。各應(yīng)用控件都集中地實現(xiàn)與自己最緊密相關(guān)的系統(tǒng)功能,該控件提供空間數(shù)據(jù)管理能力,并且能以靈活的方式與數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)連接。在保證功能的前提下,系統(tǒng)表現(xiàn)得小巧靈活,能夠滿足用戶各種應(yīng)用需求。
強(qiáng)大的地理信息系統(tǒng)功能。這些應(yīng)用控件采用直接調(diào)用形式,無論是管理大數(shù)據(jù)的能力還是處理速度方面均不比“電網(wǎng)地理信息系統(tǒng)”內(nèi)部應(yīng)用遜色。小小的應(yīng)用控件完全能提供地理圖形、電網(wǎng)圖形、專題分析等空間處理能力和豐富的空間查詢與統(tǒng)計能力。
與其他應(yīng)用系統(tǒng)精密結(jié)合。由于這些應(yīng)用控件可以直接嵌入其他電網(wǎng)信息化應(yīng)三用系統(tǒng)開發(fā)工具中,對于廣大開發(fā)人員來講,就可以自由選用他們熟悉的開發(fā)工具,并與那些應(yīng)用系統(tǒng)緊密結(jié)合。而且,其他系統(tǒng)的開發(fā)人員可以像管理數(shù)據(jù)庫表一樣熟練地管理電網(wǎng)圖形等空間數(shù)據(jù)并調(diào)用其查詢統(tǒng)計及分析結(jié)果,無須對開發(fā)人員進(jìn)行特殊的培訓(xùn),而且開發(fā)的系統(tǒng)能夠滿足實際應(yīng)用的需求。
關(guān)鍵詞:電力系統(tǒng);繼電保護(hù);信息技術(shù);綜合自動化
中圖分類號:TM77文獻(xiàn)標(biāo)識碼: A
1信息技術(shù)與自適應(yīng)控制技術(shù)
1.1信息技術(shù)
在電力系統(tǒng)繼電保護(hù)中信息技術(shù)的應(yīng)用特征主要表現(xiàn)為以下幾個方面:(1)遠(yuǎn)方投切與整定,具備自診斷與監(jiān)視報警的功能;(2)信息保護(hù)與多種保護(hù)的集成;(3)波形識別,從穩(wěn)態(tài)發(fā)展至?xí)簯B(tài),有利于推動綜合自動化發(fā)展;(4)可提供動態(tài)的定值修改功能。
在電力系統(tǒng)繼電保護(hù)中信息技術(shù)的應(yīng)用主要表現(xiàn)為2個方面,即數(shù)字信號處理技術(shù)與小波變換:(1)數(shù)字信號處理技術(shù)。隨著通信技術(shù)以及計算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展,信息產(chǎn)業(yè)也得到了相應(yīng)的發(fā)展,就電力行業(yè)來講,在繼電保護(hù)發(fā)展過程中,數(shù)字信號處理技術(shù)的發(fā)展對其所產(chǎn)生的影響非常大,尤其是DSP。(2)小波變換。小波變換其實是將一個信號波形劃分為不同位置與尺度的小波總和,為振蕩波形,持續(xù)的周期最多為幾周,且形式較為多樣,可產(chǎn)生新小波或者小波函數(shù)。小波變換具備較好的時頻局部化分析性能,可分析信號或者圖像中一些小細(xì)節(jié)。
1.2自適應(yīng)控制技術(shù)
在電力系統(tǒng)繼電保護(hù)中,自適應(yīng)控制這一概念出現(xiàn)于20世紀(jì)80年代,其含義為按照電力系統(tǒng)自身運行方式與故障狀態(tài)所發(fā)生的變化,實施定值改變、保護(hù)性能或者特性的一種新繼電保護(hù)。自適應(yīng)控制模型如圖1所示。在電力系統(tǒng)繼電保護(hù)中應(yīng)用這種技術(shù)的原理為使保護(hù)能夠適應(yīng)電力系統(tǒng)所發(fā)生的各種變化,從而在此基礎(chǔ)上使保護(hù)性能得到改善。在繼電保護(hù)中,自適應(yīng)控制技術(shù)不僅可使電力系統(tǒng)響應(yīng)得到有效的改善,同時還可提高繼電保護(hù)的可靠性與經(jīng)濟(jì)效益。自適應(yīng)控制技術(shù)在輸電線路自動重合閘、距離保護(hù)、發(fā)電機(jī)保護(hù)以及變壓器保護(hù)等方面具有良好的應(yīng)用前景。
圖1自適應(yīng)控制模型
2人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與模糊理論
2.1人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)
人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)就是模仿腦細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能、腦神經(jīng)結(jié)構(gòu)以及思維方式等人腦功能的信息處理系統(tǒng)。其所具備的動力學(xué)特性相對比較復(fù)雜,可實現(xiàn)問題的并行處理,不僅具備記憶、學(xué)習(xí)以及聯(lián)想等功能,還具備較高的自適應(yīng)能力與自組織能力,經(jīng)過學(xué)習(xí)可反映輸入特征量的樣本,不論對何種狀態(tài)或過程均可實施分類及識別。在電力系統(tǒng)繼電保護(hù)中,這種技術(shù)主要應(yīng)用于非線性優(yōu)化、人工智能、自動控制以及信息處理等方面,具體如圖2所示。
圖2繼電保護(hù)中人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用
近年來,隨著信息技術(shù)水平的提升,在電力系統(tǒng)繼電保護(hù)范圍內(nèi)開始借助于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來判故障的類型、測定故障的實際距離等。比如,電力系統(tǒng)中輸電線路的兩側(cè)系統(tǒng)電勢角度擺開,并在此基礎(chǔ)上引發(fā)了非線性問題時,由于距離保護(hù)難以正確地判別故障的實際位置,因此會導(dǎo)致拒動或者誤動。在這種情況下,可借助人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用,學(xué)量的故障樣本,只要該樣本綜合考慮了故障的各種情況,那么在出現(xiàn)故障時繼電保護(hù)就能正確地進(jìn)行判別。除此之外,還可采用遺傳算法與進(jìn)化規(guī)劃等手段,它們均具備復(fù)雜問題的求解能力,把這些先進(jìn)且合理的智能方式有效結(jié)合,能使問題求解的速度變得更快。
2.2模糊理論
在電力系統(tǒng)繼電保護(hù)中,模糊理論的應(yīng)用與發(fā)展主要表現(xiàn)為以下幾個方面:(1)通過模糊理論可有效區(qū)分電力系統(tǒng)在出現(xiàn)多模振蕩時,是同步振蕩,還是失步振蕩。通過區(qū)分,在對一些復(fù)雜系統(tǒng)的失步振蕩實施系統(tǒng)解列時,可有效提高其解列穩(wěn)定性與可靠性。(2)借助小波理論來提取特征,用模糊集法來進(jìn)行變壓器勵磁故障與涌流的區(qū)分,即借助于小波變極大值符號特征來進(jìn)行變壓器勵磁涌流間斷角特征的提取,而這種識別方式也為新變壓器保護(hù)的研制提供了相對比較先進(jìn)且合理的思路。(3)通過振動中所存在的無功功率和阻抗中電抗分量之間的關(guān)系,借助于模糊原理來實施振蕩中不對稱故障的選相,待正確選相以后,電力系統(tǒng)距離保護(hù)就能將振蕩中存在的這種不對稱故障及時切除。
3可編程控制器和新型互感器
3.1可編程控制器
可編程控制器在工業(yè)生產(chǎn)過程中被看作一種具備特殊體系結(jié)構(gòu)的計算機(jī),這種類型的計算機(jī)可應(yīng)用各種語言完成編程,便于控制。在由繼電器所構(gòu)成的需定期改變操作任務(wù)與實現(xiàn)復(fù)雜邏輯關(guān)系的控制系統(tǒng)中,要想用導(dǎo)線將各分立元件有效地連接在一起,顯然是十分困難的,但應(yīng)用可編程控制器則可有效地解決這一問題,即借助于軟件編程來代替各分立元件接線。除此之外,為減少設(shè)備占地面積,還可借助于可編程控制器內(nèi)所定義的各輔助繼電器代替以往的機(jī)械觸點繼電器來完成保護(hù)工作,并實現(xiàn)各種更為復(fù)雜的邏輯關(guān)系,以降低工作人員的勞動強(qiáng)度,同時確保其工作質(zhì)量與效率、
3.2新型互感器
在電力系統(tǒng)中互感器為實現(xiàn)自動化的一個關(guān)鍵部件。推動電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)發(fā)展的一個根本性因素即光電流互感器與光電壓互感器在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用。相對于傳統(tǒng)互感器而言,這些新型互感器具有顯著的優(yōu)勢,它們不僅可完全將高壓與弱電絕緣、隔離,還可通過光纖的應(yīng)用來實現(xiàn)無電磁干擾影響的數(shù)據(jù)測量與信號傳遞,同時響應(yīng)頻帶相對較寬,可有效改善各種保護(hù)技術(shù)的性能,改變繼電保護(hù)應(yīng)用的條件與方式,拓寬其應(yīng)用范圍。
4綜合自動化技術(shù)
相對于常規(guī)變電所二次系統(tǒng)而言,這種綜合自動化技術(shù)具備以下特征:
(1)設(shè)備、監(jiān)視與操作的微機(jī)化。在綜合自動化系統(tǒng)中,各子系統(tǒng)都實現(xiàn)了微機(jī)化,即實現(xiàn)了信號數(shù)字化與系統(tǒng)功能軟件化等,其完全摒棄了常規(guī)變電所中的模擬式設(shè)備、機(jī)電式設(shè)備等,在一定程度上使得二次系統(tǒng)電氣性能以及可靠性得到了相應(yīng)的提高,再加上監(jiān)視與操作的微機(jī)化,可使我們通過人機(jī)聯(lián)系系統(tǒng)更為便捷地監(jiān)視與控制變電所。
(2)運行管理的智能化。綜合自動化技術(shù)不僅包含了常規(guī)的自動化功能,比如故障錄波、自動報警、事故判斷和處理、電壓調(diào)節(jié)等,還具備在線自診斷功能,可實時把所獲得的信息傳送至控制中心,從而將運行管理從以往的被動模式轉(zhuǎn)變成主動模式。
(3)通信局域的光纜化與網(wǎng)絡(luò)化。隨著光纖通信技術(shù)與局域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的廣泛應(yīng)用,綜合自動化系統(tǒng)自身所具備的抗電磁干擾性能也相對提高。另外,通信局域的光纜化與網(wǎng)絡(luò)化不僅符合當(dāng)前電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的實時性要求,可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速傳輸,同時也使系統(tǒng)組態(tài)也更為靈活,有利于擴(kuò)展,還簡化了以往變電所中各種復(fù)雜的電纜,使得施工更為便捷。總的來看,綜合自動化技術(shù)打破了傳統(tǒng)二次系統(tǒng)的設(shè)備劃分原則與各專業(yè)的界限,彌補(bǔ)了以往常規(guī)保護(hù)裝置與調(diào)度中心不可通信這一不足,賦予了變電所自動化發(fā)展更為先進(jìn)的內(nèi)容及含義。隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展,結(jié)構(gòu)更為完善、功能更為全面且智能化水平更高的綜合自動化系統(tǒng)必然出現(xiàn),也必然會將電網(wǎng)運行的經(jīng)濟(jì)性、安全性、穩(wěn)定性等提升到更高層次。
5結(jié)語
綜上所述,隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)水平與通信技術(shù)水平不斷提高,電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)也取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展,涌現(xiàn)出了很多新技術(shù),而這些新的繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展也為電力系統(tǒng)的完善奠定了基礎(chǔ),拓寬了電力系統(tǒng)自動化運行的范圍,減輕了電力工作者的勞動強(qiáng)度。相信在今后的發(fā)展過程中,繼電保護(hù)新技術(shù)將會得到更加廣泛的推廣及應(yīng)用,繼而進(jìn)一步確保電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性、安全性以及可靠性。
參考文獻(xiàn):
[1]熊小伏,陳星田,夏瑩,等.面向智能電網(wǎng)的繼電保護(hù)系統(tǒng)重構(gòu)[J].電力系統(tǒng)自動化,2009(17):33~37.