#220 千伏变电站自动化监控系统软件设计优化和标准界面规范研制报告.docx

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#220千伏变电站自动化监控系统软件设计优化和标准界面规范研制报告

220千伏变电站自动化监控系统

软件设计优化及标准界面规范

研制报告

上海市电力公司超高压输变电公司

中国电力科学研究院

2010-04-16

1.概述

目前我公司220千伏变电站自动化监控系统采用的是各厂家按照自己的习惯设计、开发出的软件，虽然有上海电网自动化技术原则的约束，但技术原则只是规定了原则性的部分，在一些具体功能和条目上，往往带有很大的随意性。

检修人员在进行工作时，常常需要修改接线图画面、光字牌名称等，有些系统中画面做得较乱，比如一根线路名称变更，往往需要在多个地方进行修改，一旦没改全就会发生错误。

不同的站对监控系统的画面要求也各有各的想法，没有一个统一的规定。

另外，监控系统的不同造成运行人员不能对其功能熟练掌握，有时出现运行人员不知道如何看遥信点号等问题。

因此，对自动化监控软件进行优化、规范，不仅能简化检修人员的繁琐工作，而且对运行人员熟练掌握自动化监控系统是有好处的。

对220千伏变电站自动化监控系统界面进行规范制定和软件优化，是根据上海电网自动化技术原则和超高压公司相关文件中的相关规定，对框架原则进行补充，对监控软件的功能、画面进行优化设计，取消一些不必要的功能，对接线图、光字牌、报表、曲线等界面进行规范，以及对监控软件所能实施的各种功能进行规定，如实现告警信号分级等等。

研制此项目，可改变目前各厂家自动化监控系统画面功能不统一的局面，对今后入网设备进行规范，为公司的大集控模式创造条件。

2.研制背景

随着我国经济规模的不断扩大，用电量和负荷急剧上升，变电站的数量和规模也不断增加和扩大。

由此带来了变电站自动化控制系统的不断进步，但是由于没有对控制系统进行统一的规范和总结，尽管在功能上实现了对用户需求的满足，可是实现方法和显示接口不尽相同。

特别是在不同的自动化厂商之间，其表现尤为明显。

为了在同性质功能的不同系统之间取得统一的实现方式和界面规范，我们将在本项目课题中进行研究和整理，具体内容包括：

1、根据变电站生产的实际需求，编制变电站自动化监控系统标准界面规范。

2、对功能要求和人机接口方式进行统一规定

3、对功能重复的、存在歧义的技术方式进行优化和整理

4、对变电站自动化监控系统软件的设计和开发进行规范

通过本项目，以一家自动化厂家为试点，对其自动化监控软件进行重新设计，对其功能、画面等整合、优化，并形成相应的规范。

经过上级部门批准后，推广到目前所有的自动化厂家，在我公司今后新建、改造站内推广，使我公司所管辖变电站的自动化监控系统功能模块化、标准化，改变目前各厂家监控系统功能画面不统一的局面，并对今后入网设备进行规范，为公司实现大集控模式创造条件。

3.研制目标及主要内容

目前在我公司运用的自动化监控系统共有七、八个不同生产厂家，十余个不同系统，各系统界面、功能都有很大的不同，给检修人员的工作、运行人员的运用造成了种种不便。

本项目主要目的为规范220千伏变电站监控系统界面绘制以及菜单、告警等相关设置，以功能实用、界面清晰为主要原则，并实现了告警信号分级。

通过这个项目，能够改变目前各变电站习惯不一致、界面不统一的现状，避免了自动化改造验收工程施工期间对界面反复修改的情况，为工作人员节省大量的时间和精力，有利于自动化专业的统一规范管理。

具体的研制内容包括：

3.1.监控系统主功能画面规范

监控系统主功能画面包括一次接线图、实时数据、光字牌图、遥测一览、遥信一览、历史曲线、报表一览、交流系统、直流系统、系统工况，共十部分。

3.2.全站一次接线图上不再显示遥测量

全站一次接线图应能反映该变电站一次设备全貌，使值班员对全站电系主接线情况一目了然。

由于近年来变电站规模逐渐扩大，各电压等级所接设备越来越多，通过最近新站投运的实践表明，若如同以前一样在全站一次接线图上将所有遥测量显示出来将会造成画面非常拥挤，甚至连回路名称也无法看清。

这样并不能达到使值班员掌握全局的目的，反而造成了不便和安全隐患。

因此我们建议全站一次接线图上不再显示遥测量，但必须能够反映所有能够反映出来的设备实时运行状态；标注各线路名称及母线、母联、分段等设备的调度命名，并且布局应尽量显示出所有回路。

遥测量在电压等级分图和回路分图中显示，并且所有重要遥测量以列表形式显示在“实时数据”菜单中。

3.3.只可在回路分图上进行挂牌、遥控操作

由于全站一次接线图和各电压等级分图上间隔较多，在遥控和挂牌操作时有可能发生点错设备的情况，成为安全隐患。

因此规范为只可在回路分图上进行挂牌、遥控操作（全站一次接线图和各电压等级分图上遥控和挂牌功能可选，默认为关闭）。

3.4.新增“实时数据”菜单

新增实时数据一栏，显示变电站所有重要遥测量包括各母线电压、频率、主变油温、线温、220千伏线路电流等。

对于集控站，应将各受控站数据集中显示在此菜单中。

这样值班员日常监盘时，可将实时数据显示在其中一个自动化后台界面上，对各受控站重要遥测量情况同时监视。

3.5.完善遥信一览、遥测一览功能

遥信一览、遥测一览功能原先即存在，主要是供检修调试人员使用的，但原来仅仅是简单地将该站所有遥信、遥测量罗列出来，查找一个信号要通过数次翻页，非常不方便。

现将其规范为以回路间隔形式区分，以信息表的形式反映，内容点号和信息表一致。

这样只要点入相关间隔即可找到此间隔包含的所有的遥信和遥测量了。

3.6.规范报表格式

新规范内取消了传统的电压棒图，规范了相关报表格式，并增加了电压日报表，所有报表格式按照公司的要求，做在自动化后台内，便于进行统计汇总工作。

3.7.规范全站事故总和事故推画面功能

全站事故总信号发出的条件是“开关非正常分闸”，当全站事故总信号发生时系统即推出全站一次接线图。

以前事故推画面定义为推回路分图，当有复杂复合型事故发生时，往往会推出多个窗口，反而干扰了运行人员进行事故判断。

并且当小窗口未完全关闭时，会造成下一次事故时无法推事故画面。

改为推全站一次接线图后，所有动作的开关将在画面上闪烁提示，配合告警信号，整个事故情况便一清二楚。

3.8.告警信号分级

在大集控模式下，整个集控中心信息量将在现有基础上成倍增长，可以预想，届时几乎每时每刻都有许多信号上传在告警窗中。

如果不进行信号分级，一旦发生事故或异常情况，将有数百条信号不断上传，值班人员根本无从查找，对及时判断事故情况，汇报调度处理会造成很大影响。

因此，为了提高运行人员的事故快速响应能力，适应电网事故和异常快速处理的要求，我们必须实施自动化信息分级。

本项目新研发的事件告警窗参考EXCEL表格菜单形式，分为“所有事件告警、事故告警、预告告警、一般告警”四项。

a）所有事件告警显示所有的告警信号。

字色为黑，发出后为红色闪光，确认后黑色平光。

b）事故告警信号发出时红色闪光，确认后红色平光，发生时鸣警笛。

c）预告告警发出时深蓝色闪光，确认后深蓝色平光。

d）一般告警发出后为黑色闪光，确认后黑色平光。

事故告警、预告告警、一般告警信号语音提示应各不相同。

事故告警和预告告警分别为“事故”、“预告”语音提示，也可采用警笛声和提示音乐相区别。

一般告警可不做语音提示，仅响铃提示。

当事故告警、预告告警、一般告警三个窗口中有告警信号未复归时，要求告警窗菜单上“事故告警”或“预告告警”或“一般告警”几字红色闪烁，对运行人员进行提示。

3.9.开关、闸刀位置信号规范

对于开关、闸刀为双位置信号的，原先分、合闸时均有两条告警信号。

例如开关合闸时报“××开关合位合闸”、“××开关分位分闸”，开关分闸时报“××开关分位合闸”、“××开关合位分闸”；常有值班员反映这样的信号含义不明确，对于业务不够熟练的人员可能造成困扰。

现采纳该意见，采用软件合成的手段将其合并，只显示出“××开关合位”、“××开关分位”。

4.研制过程

220KV变电站自动化监控系统软件设计优化和标准界面规范设计项目历时一年多，在上海市电力超高压公司和中国电科院的密切配合下，经过多次讨论和相互交流，众多规范化建议得以实现，研发工作按预期目标顺利展开。

其中，超高压公司研究人员通过自身丰富的运行经验和对变电运行管理理念的深刻理解，在研发进程中起到了至关重要的作用。

通过双方的不懈努力，项目在经历了功能标准调研，设计思想初步、合理化构成，模型建立，软件设计及测试，标准规范定稿等阶段后，逐步完善成为具有示范和实用性的科学严谨的标准规范。

具体研发过程简述如下：

2009.3-2009.4

标准化功能规划调研，对现有的多个厂站进行实地调研，并结合对国内一些优秀变电站运行实际，分析其中的优缺点和盲区

2009.5-2009.7

设计及规划，将调研成果结合相关技术原则和运行规范进行梳理和深度分析，制定功能块，提出标准化要求，并融合了多个合理化建议，讨论并初步规定软件设计功能要求，制定出标准界面规范.

2009.8-2009.10

建模及软件设计，根据之前的分析成果，以软件设计的角度对本项目进行对象模型建立，软件系统分析，功能拆分，采用分布式模块化思想，分阶段实现了以下子功能模块:

Ø中心数据库（实时库）交换和管理模块

Ø数据收集及管理模块（前置模块）

Ø图元及绘图模块

Ø画面显示及光字牌模块

Ø报警窗及信号分类模块

Ø历史数据库及分类查询模块

Ø表单模块

Ø操作控制功能模块

Ø扩展函数公式模块

Ø运行值班管理模块

Ø时钟同步模块

2009.11-2009.12

系统集成及软件测试，对各分功能块进行整合，并做性能稳定测试，通过各种软件仿真手段对要求实现的功能进行测验，成功地实现了预计的标准要求。

2010.1-2010.2

整理研究成果，发表论文，标准规范文档定稿，同时以某一示范站图形为原型，以标准化界面规范为参考，进行系统图形实现和美化。

2010.3

对系统进行性能优化，进行进一步的软件仿真测试并顺利通过。

2010.4

撰写报告并结题，提交评估结果。

5.软、硬件配置

略

6.关键技术和创新点

220KV变电站自动化监控系统软件设计优化和标准界面规范设计项目集中了上海市电力公司超高压输变电公司和中国电力科学研究院所有研发人员的智慧和经验，系统采用了多项关键技术，并有许多创新之处，概括如下：

6.1标准规范的技术创新点

《220千伏变电站自动化监控系统标准界面规范》的研制依据为《上海电网220kV集控站和受控站技术原则》，对原则的部分内容进行了细化和补充，新增了一些更有利于运行值班人员使用的功能，如增加了实时数据功能、增加部分统计报表、实现了告警信号分级规范；研发了更加清晰明了的遥信遥测一览功能，便于检修人员调试；最终合理化统一了自动化监控系统的所有图形界面，并辅以大量图片，使本规范更便于理解执行。

6.2多功能实时分类报警窗口

在变电站自动化监控系统中，实时报警窗口是运行人员在紧急情况发生时最直接的详细信息获得对象.它能将紧急情况时所发生的所有信号都显示在弹出式窗体内，并加以颜色闪烁，方便应急处理方案的及时制定.

然而正是由于其所具有的强化优先提示特性，在紧急情况发生时，故障动作信号往往伴随着大量辅助预告信息同时发生，众多信号在短时间内不断的列入显示队列并在报警窗口持续闪烁，反而干扰了运行人员的正常故障处理意识，不但影响了查看故障依据（信号）的正确性，还降低了应急处理工作的效率，产生了适得其反的效果.

在分析了以上现象的影响和可能产生的严重后果之后，通过不断的探索和结合实际运行经验，项目研究人员提出了多功能实时分类报警的思想，它通过信号定义时的类别属性和管理软件对实时数据库的高速访问性，利用进程间的有名管道（FIFO）交换方式，在信号进入到报警子系统之时预先对信息进行类别过滤，分类和依据自动化技术原则进行预判断.将经过预处理后的信息分别显示在报警窗口的不同功能页面上，并根据信息的优先级进行类别音响提示.这样，当发生信号变化时，运行人员可根据音响提示和运行规程，分级别有选择地进行报警事项内容查看.信息分级为:

事故告警，预告告警，一般告警，全部信息可根据实际需求进行检索和过滤。

6.3强化的防误操作功能

遥控操作是变电站日常运行工作的一个重要组成部分，它利用自动化设备所提供的控制功能，运行人员只需要在控制室对自动化后台进行简单操作，就能高效安全地改变站内各个对象的运行方式和状态，从而大大节省了运行人员的工作强度和电网的经济运行效率。

同时，这些基本的自动化功能也是智能电网之所以能够得以实现所需具备的最基本的基础。

然而它强大的功能和重要影响决定了其对安全性和防误操作的依赖，尽管运行管理人员通过制定严格的操作票及监护制度和利用五防等技术手段，尽可能大地降低了误操作事故发生的概率，但是仍然存在由于值班人员的疏忽和大意导致故障发生的情况。

究其根本，值班人员自身因素固然是诱因之一，但是随着变电站规模越来越大，其接线图也越来越复杂，在一个固定的面积上再要实现全图或等级接线图的显示，对象密度必然过于紧凑，在此情况进行对象选择操作也的确容易相互混淆。

研发人员意识到此种情况后，经过多次考证和讨论，决定通过图形分层和动态对象属性等技术手段，对全系统所有画面进行操作限制，即：

在自动化监控后台系统中，将封锁全站一次接线图和电压等级分图上的遥控、挂牌等操作功能。

当值班人员需要控制某一对象时，需进入到本回路接线图内才能控制该间隔各开关刀闸的遥控。

这样，即避免了因图元密度过大造成的误操作，又能够让值班人员更清晰地了解本对象的运行情况。

6.4分布式软件设计体系

参考软件工程的技术方法，研究人员结合了实际的情况，分析了系统的构成，制定了一套分布式的模块化程序设计方案，对监控系统进行功能块划分，采取多人协助，并行开发的设计过程，使得每个子功能模块都同时进行独立开发，而不必依赖于特定的环境，大大地加快了设计的进度和时间。

由于采用了这种先进的方法，使得软件测试变得相对容易，代码漏洞查错效率明显加快，同时也提高了程序的质量和处理效率，系统稳定性得到了显著的提高。

6.5强大简洁的用户功能函数

在自动化监控系统中，不大可能将变电站运行中所需要的所有数据量都采集上来，一些次要的数据量可以根据已采集的相关数据通过一定的方式推导出来，比如安全运行天数、开关双位置信号闭锁、功率总加、主变档位计算、信号（开关/刀闸）动作累加等等。

这就需要使用一些数学函数和一些系统提供的特定的函数来实现用户的要求。

为此研究人员设计了一些使用简单明了常用的数学函数、逻辑计算判断函数及一些针对于自动化监控系统数据的存取函数。

它们可以让运行检修人员通过一些非编程的手段实现对已知数据的累加、设定和判断功能，以满足实际运行的需求和值班习惯。