调控一体化技术在石化企业电网管控系统中的应用

解凯，沙海源，戴如清

(南京南瑞继保电气有限公司，江苏 南京 211102)

随着中国大型炼化企业及石化基地建设不断推进发展[1-2]，石化企业电网的规模不断扩大，需要监控的变电站越来越多，日常进行的电气操作也越来越频繁[3]。石化企业电网从安全、高效的管控要求上呈现两大趋势： 从广度上要求扁平化覆盖全厂所有的区域电网；从深度上要求监控从220 kV到380 V的所有电压等级的电气设备。因此，对调度控制能力和效率要求更高，建立一套能够支撑石化企业各区域电网的高效运行、协同操作的电网自动化管控系统就显得尤为重要。

调控一体化作为“智能电网大运行”体系下的一种新的电网管理模式，是电网运行集约化管理的一项重要内容[4-5]。调控一体化建设，就是对电网调度、设备监视、设备控制进行24 h不间断运作的核心环节实施集中管理、一体化运作，克服了传统基于变电站层的运行管理相对分散、运行环节多、业务链条长、协同效率慢、人力物力资源优化利用程度低的缺陷。石化企业电网在规模扩大和自动化水平发展的基础上，采用调控一体化的系统建设模式是更经济、高效的必然趋势。

1 石化企业电网管控系统建设模式的发展

石化企业电气系统组成一般包括总降变电站、自备电厂、各区域变电所、装置变电所子站及子子站。在站控层，由保护、测控等二次设备监测和控制电气一次设备，变电站综合自动化系统再通过站控层网络将该站的二次设备进行连接，建立监控后台提供计算机人机界面供值班人员操作。随着石化企业电网的不断扩大，采用变电站无人值守运行方式，建立调度管控中心进行电网集中控制和远程操作，成为电网安全、高效运行发展的必然。电网管控系统将全厂范围内不同电压等级的变电站所统一集中管控，其建设发展经历了分散管控模式、区域集控站加调度中心模式、调控一体化模式。

1.1 分散管控模式

早期的石化企业电网，由于规模较小，自动化水平较低，电网自动化系统的建设首先关注的是变电站综合自动化系统。当需要多个变电站集中调度时，将各站的后台操作计算机通过远程光纤集中放置在调度室来实现。该系统集成方式简单，几乎无成本，只需将各站后台的界面集中展示，没有任何数据集成协同调度的功能，目前已经基本不再适用。分散管理模式如图1所示。

图1 分散管控模式示意

1.2 区域集控站加调度中心模式

大型石化企业一般将电网按照生产区域进行分区集控，比如炼化企业一般分为炼油和化工等区域。在各区域设置集控站，连接通信区域装置变电站及下属的变电所，进行集中管控；在总降变电所设置全厂电网调度中心，连接通信各区域集控站，进行全网调度。这种调度中心与集控站相结合的模式，能够做到全厂电气设备分层、分区的集中监控管理，是目前石化企业电网自动化系统建设的主流模式，如图2所示。

图2 区域集控站加调度中心模式示意

图2所示的建设模式，区域集控站和全厂调度中心需要建设多套分系统，增加了建设成本，投运后自动化人员也要负责多套系统运维，增加了运维成本。此外，变电站的信号上传和调度中心的控制下发都要经过集控站转发，增加了中间环节，并且调度系统和集控两级系统之间只是简单的信号转发，无法有效地相互协同操作，缺乏电网安全高效管理的系统支撑。

1.3 全厂调控一体化模式

随着电网装备技术水平和自动化水平不断进步，电网运行监控和设备智能化、可视可控化技术手段日趋成熟，为调控一体化提供了技术支撑和硬件基础。在调控一体化系统中，不再设置各区域的集控站，全厂的各变电站通过覆盖全厂的调度数据网，从站端直接将信号连接到调度中心，这种扁平化的通信结构一方面减少了集控站转发通信中间环节，提高了效率，同时也减少了建设区域集控站的建设成本以及后期相应运维费用。全厂调控一体化模式如图3所示。

调控一体化系统平台支撑了调度、集控和运维三级运行管理架构： 在调度中心实行电网调度职能；在各区域生产控制中心设置远程集控操作员站，实行区域电网集控操作控制职能；在各运维区域设置电气设备巡维站接收系统指令，就地化操作。各级电网管控机构设置为不同安全责任区，将调度、多个集控以及巡维站职能隔离，通过调度管理系统形成共管机制。这样建立了责任明确、协同高效的电网分级、分区一体化管控系统，成为目前石化企业电网自动化建设的主流模式。

1.4 建设模式比较

从上述三种建设模式比较来看，大型石化企业采用电网调度一体化管控系统，在建设成本、通信效率、管控效率方面具备较大优势。近几年国内新建10 Mt/a以上大型炼化基地电网都逐步采用了该模式，已建石化企业电网也在逐步改造为调控一体化模式。三种石化企业电网管控系统建设模式比较见表1所列。

图3 全厂调控一体化模式示意

项 目分散管控模式区域集控站加调度中心模式调控一体化模式适用范围 适合小规模石化企业电网 适合大型石化电网 适合大型、超大型石化电网建设成本 低 高 中通信效率 直接界面 调度通过集控站转发 变电站直采直送管控效率 全人工值班 区域集中控制,调度电话管控 采用调控一体化管理高效协同

2 石化企业电网调控一体化模式

2.1 调控一体化系统架构

石化企业电气综合自动化系统组成一般包括： 全厂调度中心、区域集控站、220 kV总降变电站、110/66/35/10/0.38 kV各区域变电站及装置变电站的电气自动化子系统以及相应的通信网络，构成分布式采集与集中控制相结合的完整系统，采用调控一体化方式下的石化企业电网自动化系统负责对全厂供配电系统的电气设备运行状况进行数据采集、通信、监测、控制、管理，如图4所示。遵循下述设置原则：

1) 总降变电站、自备电厂直接采集。220 kV总降变电站、110 kV变电站、自备电厂均设置独立电气自动化系统，通过远动通信装置向全厂调控一体化系统建立IEC-104或IEC-61850规约通信通道。

2) 区域变电站、装置变电站就地汇总采集。66/35 kV装置变电站，均设置独立电气自动化系统，在区域采集网络上，按照0.38 kV变电所通过通信管理装置向10/6 kV装置变电站汇总，再向66/35 kV装置变电站汇总，装置变电站通过远动通信装置向全厂调控一体化系统建立IEC-104或IEC-61850规约通道。

3) 区域集控站分散操作。各区域采用调控一体化技术设置远程集控操作站和远程巡维操作站，监视本区域生产过程相关的用电设备和供电系统数据，采用远程和巡维现场相结合的方式对开关、变压器分接头等进行控制，重大操作通过工作票和操作票系统上报上级调度审批。

4) 全厂调度中心统一指挥。全厂调控一体化系统提供总集控中心调度，汇聚全厂电气系统所有实时数据，实现对全厂供配电系统的运行方式监控和调度管理，并实施高压部分的重大电气操作和控制，监视审批各区集控的日常操作。

在调控一体化模式下，所有的电网数据采集和设备控制通过具有10～50万个测点的大型电网SCADA系统控制，系统提供数据分发服务，给全厂调度、区域集控以不同的人机界面视角，按照责任区进行管控操作。任何实时数据、告警以及各级操作都是相通和相互可见的，各级电网调度集控机构既相互独立，同时又通过统一的实时系统相互联系，避免了多套系统间的信息孤岛问题。根据电压等级和重要程度，按照“重大操作调度监视、日常操作下放集控、任何操作相互可见”的原则，使电网的监视和控制能够在调控一体化的系统框架内有序高效地执行。

2.2 管控模式的转变

调控一体化技术进步也促进了石化企业电网管控模式的转变，按照一体化石化企业电网运行智能控制系统“统一平台”建设原则要求，原有的电网“变电站值守就地操作，调度监视值班”的管控模式，将被“变电站无人值守，调度和多区集控协同远程管控”的电网自动化管控新模式替代。石化企业电网管控模式的过渡和转变如图5所示。

各石化企业宜按照自身电网规模和自动化条件，确立“调监控一体+多集控巡维区域”目标模式。先建设调控一体化的支撑系统框架，再通过逐步改造完善相关设备和技术条件。在确保安全的前提下，稳步开展电网设备远程控制，通过系统建设和制度建设，从组织结构上把原有变电站、集控站的设备监视、控制业务整合到调控中心，把现场运维操作下放到各区域运检中心。

图4 石化企业电网调控一体化系统架构

图5 石化企业电网管控模式的过渡和转变示意

3 石化企业电网调控一体化关键技术

3.1 分区运行责任区技术

多现场责任区技术实现调控一体化运行管理方式下的信息分区、分层功能，满足了调度、集控、运维的不同监视与操作需求，如图6所示。通过责任区实现信息分区，实现告警与人机操作的分区、分流。同时考虑到调控一体化的运行模式，全厂电气运行管理人员，按组织结构实现不同人员、不同机构可切换责任区权限，具备各责任区分区确认状态变化信息功能，实现完备的分区运行管理要求。

图6 多现场责任区技术示意

在权限功能分区划分原则上，按照“谁维护，谁巡维；谁操作，谁监视；谁调度，谁管辖”的原则。在各区域建立多个巡维分区，部署分散巡维站，由现场运维单位操作；建立集中监视分区，部署集控站，由区域生产集控电气运行单位操作；建立调度中心分区，部署全厂调度中心，由公用工程调度管辖单位负责。

在对象信号分区划分原则上，严格地将信号分类，区分调度信号、集控信号、调集公用信号，并对信号在调度工作站、集控工作站、巡维工作站有区分优先级的展示处理，避免了海量信号干扰调度业务。

3.2 远程控制和安全操作技术

采用调控一体化模式，鼓励石化企业的电网管理大胆采用变电站无人值守方式，由调度和集控中心对电网电气设备进行遥控操作，由巡维人员现场就地监视设备。在调控一体化系统中，大量的远程遥控并发执行对系统安全操作提出了严格的要求。多环节安全校核远程控制如图7所示。

图7 多环节安全校核远程控制示意

调度中心和集控系统都从调控一体化的SCADA平台上发出远程控制命令，系统操作安全互斥机制，保证了同一时间同一设备只能有1个远程控制方。调控一体化系统的防误操作的安全约束系统，相较单独的变电站的“五防”，可以实现多站联合安全校验，是将现有操作制度和工作流程进行统一管理。调控一体化防误操作需要建立全网的数据模型，采用拓扑防误计算方法，提供包括电磁合环、设备过载等调度操作防误规则以及二次设备防误规则在内的防误功能[5]。重大操作还必须提供电网潮流计算来进行操作结果仿真的安全校核，将单个设备操作在整个大电网的模型中评估其安全影响。

所有遥控依据操作票执行，按票步骤逐条操作时，在控制下发之前，还必须有多层人机安全校验手段，例如异机监护、调度编号、遥控闭锁等。在各个环节中利用机制方法和规则进行安全校验，尽可能地避免由于人为因素和电网的变化而引起的误操作。

3.3 多级协同调度技术

大型石化企业电网的调度与生产结合紧密，操作频繁，既有各区域的电气操作，也有跨区域跨变电站的联合操作，以及涉及电网运行方式的调度操作。随着生产规模越来越大，变电站越来越多，采用人工协调的办法，同时管控各个区域不同电压等级的设备操作，存在很大隐患。调控一体化电网管控系统依靠一套协同值班和工作流转系统，将“全厂调度、区域集控、就地巡维”三级电网管控机构有效组织起来。按照电压等级和重要程度将石化企业电网的日常操作分为以下3类：

1) 特别重大操作。针对总降变电所高压设备、自备电厂发电设备，由全厂调度直接遥控，各区域集控站在同系统中关注操作过程、告警和电网状态。

2) 重大操作。区域变电站、装置变中压设备，由各区域集控站拟票，全厂调度审批，区域集控远程遥控，巡维站现场共同操作，操作结果报全厂调度归档。

3) 一般操作。装置变电站及下属变电所低压设备，巡维站拟票和操作，区域集控站审批监视。

电网控制操作分级分区、分层方式如图8所示。通过操作分级、分区协同，在横向上可以使各级电网管控机构关注于自身职责范围内的操作，其操作结果可以在上下级机构中共享，共同关注。在纵向上重大操作涉及多个变电站，需要多个电网管控机构协同时，上级调度机构经过工作流审批权限，按照操作顺序，只有批准后才能操作，避免任意操作。

图8 电网控制操作分级分区分层示意

3.4 低压信号采集和处理技术

石化企业电网的一个重要特点为低压电气设备较多，一般大型炼化基地电网中有上万台0.38 kV综保装置的信号需要接入系统。按照每台综保装置上送30个信号，全厂低压信号就有几十万个[6]，因而对全厂电气测控信号汇总在1个SCADA平台上的电网调控一体化系统来说，网络通信和数据处理压力很大，并且海量的低压信号上送各级电网管控机构，如不进行分级、分流处理，将干扰正常的中高压电网信号及时处理。

在石化企业电网调控一体化系统建设实施过程中，必须重视对低压信号的采集和处理问题。一方面是对低压综合的上送信号量进行压缩，把单台低压装置的上送信号压缩为7个重要信号；另一方面采用告警过滤和分流技术，把一般低压信号在巡维站、集控站层面全部展现，在调度中心层面依重

要等级分级屏蔽过滤，同时采用告警分区确认技术，对于同1条告警可以由不同区域的多个操作员确认处理。

4 结束语

从目前国内已经投运的大型石化企业电网调控一体化系统的运行效果来看，采用调控一体化技术可以充分整合资源，减少中间环节，优化电网监控调度流程。实行人员集约化管理，利于变电运行人员的统筹调配，实现减员增效。调控一体化系统整合全厂通信、自动化设备为一体化SCADA平台，在此基础上集中监视、控制和调度电网的变电站、高压、电厂、区域变等受控站，全面掌握电网实时信息数据。尤其是在处理紧急事故时，其主动、快速的优点将更加凸显。各级调度、集控、巡维机构人员可以借助系统汇总处理后分级分发来的各类信号，快速做出判断，并在第一时间按照协同指令，通过远方遥控直接断开相应开关，隔离故障点，迅速控制事故蔓延，从而进一步提高电网事故处理正确性、恢复供电快速性，提升电网的安全管理、自动化水平。

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