500kV羅洞變電站的綜自改造工程實(shí)例分析

摘要：通過(guò)對(duì)500kV羅洞變電站監(jiān)控系統(tǒng)升級(jí)改造工程實(shí)例進(jìn)行分析，闡述了變電站由傳統(tǒng)監(jiān)控模式改造為綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的工作思路，并對(duì)羅洞變電站綜合自動(dòng)化改造中遇到的間隔層閉鎖處理方式、遠(yuǎn)動(dòng)雙機(jī)無(wú)縫切換方式等難點(diǎn)進(jìn)行分析，給出了羅洞變電站具體改造方案和一些現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)問(wèn)題處理方法。

關(guān)鍵詞：間隔層聯(lián)閉鎖；雙機(jī)無(wú)縫切換；綜合自動(dòng)化改造

作者簡(jiǎn)介：劉毅（1978-），男，廣東臺(tái)山人，佛山供電局電力調(diào)度通信中心，工程師。（廣東 佛山 528000）

中圖分類號(hào)：TM63 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2014）15-0248-03

500kV羅洞站是佛山骨干的變電站，有6串500kV開(kāi)關(guān)、8條500kV線路（其中4條是從梧州、賀州過(guò)來(lái)500kV西電東送線路，分別是梧羅1線、梧羅2線、賀羅1線、賀羅2線）、4臺(tái)主變壓器。全站共有96個(gè)一次間隔。因羅洞站在電網(wǎng)中的位置重要，南網(wǎng)總調(diào)和廣東中調(diào)、佛山地調(diào)對(duì)該站的關(guān)注度非常高，對(duì)變電站站內(nèi)值班監(jiān)控系統(tǒng)易操作、易維護(hù)、可靠性等都提出了較高的要求，尤其是對(duì)各級(jí)調(diào)度遠(yuǎn)傳遙信、遙測(cè)量的實(shí)時(shí)性要求。

羅洞變電站原監(jiān)控系統(tǒng)是1998年上線運(yùn)行的南瑞科技BSJ2200監(jiān)控系統(tǒng)，新監(jiān)控系統(tǒng)采用南京中德公司的NSC2000綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，如何更有效率、更好、更安全地進(jìn)行新舊系統(tǒng)過(guò)渡，滿足安全穩(wěn)定運(yùn)行要求，是本次綜自改造的重點(diǎn)。

一、羅洞變電站監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)狀

500千伏羅洞站是20世紀(jì)90年代初投入運(yùn)行的變電所，由于當(dāng)時(shí)技術(shù)的局限性，采用的是一種介于傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)和變電站自動(dòng)化系統(tǒng)之間的集中選控方式的監(jiān)控系統(tǒng)，由韓國(guó)金星公司提供設(shè)備。該系統(tǒng)包括集中監(jiān)視屏（S/V）、直接控制屏及輔助繼電器屏（C/P）、選控臺(tái)（C/D）和計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（DPS），原系統(tǒng)采用交流采樣，變送器及大量中間繼電器，為了實(shí)現(xiàn)隔離開(kāi)關(guān)、接地刀閘的防誤閉鎖，在（C/P）屏中采用大量中間繼電器的輔助接點(diǎn)彼此串聯(lián)，實(shí)現(xiàn)閉鎖邏輯，為了實(shí)現(xiàn)3/2斷路器合閘時(shí)同期電壓“近區(qū)優(yōu)先”的原則，同樣采用大量繼電器相互閉鎖，致使屏內(nèi)接線十分復(fù)雜，特別經(jīng)過(guò)后期多次擴(kuò)建，使得二次設(shè)備接線較混亂。自變電所投運(yùn)以來(lái)，雖然該系統(tǒng)運(yùn)行情況比較穩(wěn)定，但二次屏柜結(jié)構(gòu)臃腫接線復(fù)雜，繼電器損壞后國(guó)內(nèi)沒(méi)有替代產(chǎn)品，后期經(jīng)過(guò)多次擴(kuò)建及不規(guī)范改造也給變電站的運(yùn)行維護(hù)帶來(lái)很大困難。經(jīng)過(guò)多次改造多次后，網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造如圖1所示。

變電站采用三層結(jié)構(gòu)，LCU作為前置機(jī)，負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)測(cè)控裝置采集的數(shù)據(jù)，前置機(jī)與測(cè)控單元之間采用F-NET總線連接，前置機(jī)與當(dāng)?shù)乇O(jiān)控、遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)之間采用10M以太網(wǎng)進(jìn)行連接。使用該種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞绞剑爸脵C(jī)與測(cè)控單元之間采用連接，現(xiàn)場(chǎng)總線取代以往現(xiàn)場(chǎng)儀表廣泛使用的4mA～20mA標(biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)傳輸方式比較先進(jìn)的傳輸模擬，屬于相對(duì)先進(jìn)的通訊模式，但對(duì)于這次羅洞站綜自改造的信息量來(lái)說(shuō)傳輸速度是不夠的。表1是幾種總線方式和以太網(wǎng)絡(luò)速率比較的結(jié)果。

表1 總線方式和以太網(wǎng)絡(luò)速率比較

總線名稱 LonWork Profibu CAN 100M以太網(wǎng)

速率 300bps至15Mbps 96～12kbps 1 Mbps以內(nèi) 100Mbps

最大傳輸距離 1.25M時(shí)為130m 12kbps時(shí)為1000m 1Mbps/40m

（雙絞線） 100m

從表中數(shù)據(jù)可以看出，假如不改變通訊方式，仍然使用現(xiàn)場(chǎng)總線，目前最好的方式是LONWORK網(wǎng)，但是速率也只能15Mbps，而使用百兆以上以太網(wǎng)比現(xiàn)場(chǎng)總線速度和傳輸距離都優(yōu)秀，現(xiàn)場(chǎng)總線在傳送開(kāi)關(guān)位置、刀閘位置、保護(hù)動(dòng)作等信號(hào)情況下可適用，但對(duì)于目前為了分析方便增加了各種各樣告警信號(hào)，對(duì)增加測(cè)控裝置之間通訊功能，實(shí)現(xiàn)部分相互閉鎖功能及間隔層五防的要求來(lái)說(shuō)，現(xiàn)場(chǎng)總線的傳輸速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足需要。

根據(jù)羅洞站的一次設(shè)備需要，選用100M及以上的以太網(wǎng)作為通訊連接介質(zhì)。滿足該功能后，前置機(jī)這一級(jí)也可以去掉，因?yàn)?00M以上以太網(wǎng)完全能滿足需要，為保證羅洞站數(shù)據(jù)上送的速度符合自動(dòng)化驗(yàn)收要求。更采用千兆以太網(wǎng)和百兆以太網(wǎng)級(jí)聯(lián)的方式進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通訊方式，使用三組百兆以太網(wǎng)各負(fù)責(zé)各自的電壓等級(jí)，因?yàn)榱_洞站有三種電壓等級(jí)，因此三組百兆以太網(wǎng)分別為500kV以太網(wǎng)交換機(jī)、220kV以太網(wǎng)交換機(jī)、35kV以太網(wǎng)交換機(jī)。那么根據(jù)這種方案得出的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

另外，還有增加保護(hù)通訊、與直流屏通訊裝置等智能裝置通訊的功能，通過(guò)接入管理機(jī)實(shí)現(xiàn)。

為了驗(yàn)證該種方式網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)性滿足要求，可根據(jù)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備測(cè)試RFC2544標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行數(shù)據(jù)吞吐率、延時(shí)、背靠背等標(biāo)準(zhǔn)要求性能測(cè)試：丟包率、數(shù)據(jù)吞吐率、延時(shí)、背靠背。

二、測(cè)控裝置的改造

這次改造測(cè)控裝置采用原裝西門(mén)子6MD系列測(cè)控，測(cè)控在網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)可以有4種流向：測(cè)控裝置與后臺(tái)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換；測(cè)控裝置與遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換；測(cè)控裝置與測(cè)控裝置之間的數(shù)據(jù)交換；雙機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換。以上4種數(shù)據(jù)交換相互獨(dú)立、互不影響。

從第一種和第二種方式的數(shù)據(jù)交換可以看出測(cè)控裝置與后臺(tái)機(jī)和遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)的數(shù)據(jù)交換是獨(dú)立的，而傳統(tǒng)的系統(tǒng)通常都需要一臺(tái)前置機(jī)。依靠前置機(jī)，測(cè)控裝置的數(shù)據(jù)才能分別與后臺(tái)和遠(yuǎn)動(dòng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行交換。這樣做的好處就是省去了傳統(tǒng)變電站中的前置機(jī)，不會(huì)因?yàn)榍爸脵C(jī)的失效而使當(dāng)?shù)睾笈_(tái)和調(diào)度系統(tǒng)同時(shí)失去數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)的系統(tǒng)也沒(méi)有第三種數(shù)據(jù)交換方式。這主要是為了便于實(shí)現(xiàn)間隔層聯(lián)閉鎖。

測(cè)控與測(cè)控裝置間的通訊功能方便實(shí)現(xiàn)間隔層閉鎖，通常的五防聯(lián)閉鎖都是在站控層依靠前置機(jī)、后臺(tái)機(jī)或五防機(jī)做邏輯實(shí)現(xiàn)，或者在設(shè)備層設(shè)計(jì)回路用繼電器方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。前一種方式無(wú)法保證在間隔層操作設(shè)備時(shí)能實(shí)現(xiàn)聯(lián)閉鎖，后一種方式回路復(fù)雜，不容易修改且容易因繼電器問(wèn)題無(wú)法操作。比較這兩種方式，如果在間隔層實(shí)現(xiàn)聯(lián)閉鎖就不存在上述問(wèn)題了。目前，變電站都采用分散式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，每個(gè)間隔都采用獨(dú)立的測(cè)控裝置，本間隔的測(cè)控裝置一般是不采集其他間隔信息的。而通常的五防聯(lián)閉鎖邏輯跟多個(gè)間隔有關(guān)，比如合母線刀閘必須要求與該母線連接的所有線路的刀閘均在分位才可以操作。

NSC系統(tǒng)中由于每臺(tái)測(cè)控裝置都使用網(wǎng)絡(luò)的通信方式，通過(guò)在每臺(tái)裝置的通訊軟件中增加裝置相互通訊的軟件，使裝置能夠互相進(jìn)行直接通訊，再利用裝置的邏輯編輯模塊實(shí)現(xiàn)了間隔層的防誤操作聯(lián)閉鎖。

圖3是間隔層設(shè)備實(shí)現(xiàn)防誤操作的邏輯圖，通過(guò)通訊獲得需要實(shí)現(xiàn)邏輯的其他裝置采得的信息即外部閉鎖條件，和本間隔自己采得的信息即是某設(shè)備的操作允許條件。如果條件允許，則對(duì)該設(shè)備進(jìn)行控制操作就可順利完成；若條件不滿足，則不允許控制出口，相當(dāng)于防誤操作閉鎖。在判斷外部條件時(shí)由于是通過(guò)通訊獲取的信息，必須判斷本裝置與采集該信息的裝置是否通訊正常，否則視為該信息無(wú)效，邏輯閉鎖不允許控制出口。為了保證由于這種因通訊閉鎖或其他正常閉鎖而需要操作的情況，裝置提供一把防誤操作鑰匙，以便解鎖。

另外，測(cè)控與測(cè)控裝置間的通訊方式能解決近區(qū)優(yōu)先的方式處理，因?yàn)槟懿杉赃厹y(cè)控的刀閘位置裝置，那么可通過(guò)判斷刀閘位置判斷同期應(yīng)取哪部分電壓，以第四串開(kāi)關(guān)5041、5042、5043三個(gè)開(kāi)關(guān)的同期方式來(lái)分析：

（1）對(duì)5041來(lái)講：同期的對(duì)側(cè)電壓取1M的電壓。本側(cè)可有三種選擇：當(dāng)梧羅1線50416合位，則取梧羅1線電壓；若50416分位，而羅北乙線50436合位，則取羅北乙線電壓；若50416和50436均為分位，則取2M電壓。

（2）對(duì)5042來(lái)講：同期的對(duì)側(cè)電壓有兩種選擇，若羅北乙線50436合位，則取羅北乙線電壓；若羅北乙線50436分位，取2M的電壓。本側(cè)可有兩種選擇：當(dāng)梧羅1線50416合位，則取梧羅1線電壓；若50416分位，則取1M電壓。

（3）對(duì)5043來(lái)講：同期的對(duì)側(cè)電壓取2M的電壓。本側(cè)可有三種選擇：若羅北乙線50436合位，則取羅北乙線電壓；若50436分位，且50416合位，則取梧羅1線電壓；若50416分位，50436分位，則取1M電壓。

三、遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的改造

1.遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)改造

各級(jí)調(diào)度對(duì)羅洞站內(nèi)上送數(shù)據(jù)要求越來(lái)越高，遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)除了必須使用雙機(jī)保證通道不中斷外，如何保證改造過(guò)程中遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)上送數(shù)據(jù)不跳變成為改造一個(gè)比較關(guān)鍵的部分。常見(jiàn)的遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)改造方式有三種：

新舊遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)同時(shí)運(yùn)行，在改造的過(guò)程中將舊遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)逐漸遷移至新遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)中。調(diào)度主站數(shù)據(jù)庫(kù)需要增加1個(gè)新廠站。

新舊遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)同時(shí)運(yùn)行，舊遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)接入新遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)上調(diào)度，通道完全在新遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)接入，調(diào)度主站數(shù)據(jù)庫(kù)不變。

新舊遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)同時(shí)運(yùn)行，舊遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)接入新遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)上調(diào)度，但舊遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)有通道接入調(diào)度，同時(shí)新遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)也有通道接入調(diào)度，調(diào)度主站需要增加新廠站。

比較三種遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)改造方式，第一種改造方式只需要新增一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，每修改一個(gè)間隔，將新間隔移入新數(shù)據(jù)庫(kù)投入使用，但是這種方式對(duì)于調(diào)度來(lái)說(shuō)無(wú)疑增加了工作量，同時(shí)由于由于改造時(shí)間長(zhǎng)，新舊數(shù)據(jù)庫(kù)容易造成混亂。而第三種改造方式同樣也是這樣。因此羅洞站嘗試采用第二種改造方式。

為確保第二種方式上送數(shù)據(jù)正確，在舊遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)接入新遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)時(shí)必須將數(shù)據(jù)庫(kù)核對(duì)一遍，以保證轉(zhuǎn)發(fā)庫(kù)正確。而在這種模式下需注意的一點(diǎn)就是在新遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)切機(jī)的過(guò)程中，除了觀察通道是否通訊收發(fā)報(bào)文正常情況下，還需要留意舊遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)新遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)的報(bào)文是否收發(fā)正常，因此使用這種模式必須使用專門(mén)的羅洞站該在切機(jī)流程：先下裝#1遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)，檢查通道數(shù)據(jù)是否正常，與各級(jí)調(diào)度核對(duì)數(shù)據(jù)，待數(shù)據(jù)核對(duì)正確后，下裝#2遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)，檢查通道數(shù)據(jù)是否正常，與各級(jí)調(diào)度核對(duì)數(shù)據(jù)。

2.遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)雙機(jī)模式的選擇

遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)與各級(jí)調(diào)度的通信方式可以配置為獨(dú)立運(yùn)行或互備方式。如果為互備方式，則同一時(shí)間只有一臺(tái)機(jī)與調(diào)度進(jìn)行通信，通過(guò)雙機(jī)之間的通信告訴另外一臺(tái)機(jī)的相應(yīng)信息。如果一定時(shí)間內(nèi)無(wú)法收到調(diào)度系統(tǒng)的通信報(bào)文，則認(rèn)為通信中斷，切換到另外一臺(tái)機(jī)。

如果為獨(dú)立方式，則雙機(jī)分別與調(diào)度系統(tǒng)的不同通道進(jìn)行通信，不進(jìn)行切換，選擇的權(quán)利在調(diào)度系統(tǒng)。

對(duì)于同一個(gè)調(diào)度有多個(gè)通道，則可以配置獨(dú)立和互備兩種方式。如果配置為互備，則只有一個(gè)通道接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，其他不接收和發(fā)送任何報(bào)文。當(dāng)一定時(shí)間內(nèi)收不到報(bào)文判斷通信中斷后，向其他通道切換。

如果配置為獨(dú)立，則各個(gè)通道獨(dú)立接收和發(fā)送報(bào)文，沒(méi)有什么切換關(guān)系，獨(dú)立運(yùn)行。

地調(diào)DNP串口通訊方式，遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)設(shè)置為雙機(jī)獨(dú)立方式，地調(diào)任一通道下發(fā)數(shù)據(jù)后遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)就會(huì)回答相應(yīng)的報(bào)文。哪一個(gè)通道為主通道由調(diào)度決定。

主備式遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是所有通道運(yùn)行在主機(jī)中，當(dāng)主機(jī)發(fā)生故障時(shí)可自動(dòng)切換到備機(jī)運(yùn)行，中德公司6MD2000遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)雙機(jī)互備的判斷是復(fù)用系統(tǒng)的A、B網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行處理的。如果系統(tǒng)的A、B網(wǎng)由于交換機(jī)斷電或其他異常情況就會(huì)造成雙機(jī)互備通信失效，鑒于羅洞站遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)的重要性，遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)間配備一串口相互通訊進(jìn)行雙機(jī)互備的備用判斷方式。雙機(jī)雙主的方式，通道全部問(wèn)數(shù)據(jù)，而遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)均回答數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量傳輸大，但是只要在遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)性能允許下可以使用該方式，同時(shí)該方式有其好處，可以均分遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)負(fù)荷，不至于負(fù)荷集中于一臺(tái)遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)中，使兩臺(tái)機(jī)CPU負(fù)荷率保持在正常的范圍內(nèi)，不容易造成機(jī)器死機(jī)。鑒于羅洞站的特性，地調(diào)數(shù)據(jù)量大，中調(diào)、總調(diào)數(shù)據(jù)量相對(duì)小，在地調(diào)通道模式采用主備，中調(diào)、總調(diào)采用雙主的模式，即地調(diào)通道切換權(quán)限在遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)，中調(diào)、總調(diào)切換權(quán)限在調(diào)度，如圖4至圖6所示：

四、系統(tǒng)性能測(cè)試

為考驗(yàn)NSC系統(tǒng)的綜合性能，廣東中試所曾針對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行過(guò)極限雪崩試驗(yàn)。任選20臺(tái)測(cè)控裝置，每臺(tái)接入20個(gè)遙信點(diǎn)，每秒鐘對(duì)這400個(gè)點(diǎn)進(jìn)行2次變位，持續(xù)10秒鐘，共產(chǎn)生8000個(gè)遙信變位信號(hào)，系統(tǒng)準(zhǔn)確快速收到所有信號(hào)，不多也不丟失一個(gè)信號(hào)，同時(shí)SOE分辨率在正負(fù)1毫秒內(nèi)。同樣的試驗(yàn)持續(xù)到10分鐘發(fā)生368000個(gè)信號(hào)，系統(tǒng)收到270000個(gè)信號(hào)，收到信號(hào)達(dá)到70%以上。同時(shí)系統(tǒng)CPU負(fù)荷率在30%以下。

五、結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)羅洞變電站自動(dòng)化存在的問(wèn)題進(jìn)行分析，通過(guò)改造將問(wèn)題消除，并對(duì)改造的方法進(jìn)行了分析探討，改造順利完成并通過(guò)驗(yàn)收，通過(guò)一年以上的鞏固期安全運(yùn)行證明新系統(tǒng)可靠，穩(wěn)定運(yùn)行。

（責(zé)任編輯：王祝萍）