變電站自動化系統(tǒng)站控層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究

變電站自動化系統(tǒng)站控層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究

0是監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。在變電站綜合自動信號監(jiān)控系統(tǒng)的本地網(wǎng)絡(luò)通信，并接收從微型計算機保護、自動配置、微型計算機監(jiān)控裝置采集的模擬、開關(guān)量、脈沖量和一些非電壓信號。數(shù)據(jù)處理和功能重新組合后，根據(jù)預(yù)定義的程序和要求，對核電站進行全面的監(jiān)控和規(guī)劃。因此,綜合自動化的核心是自動監(jiān)控系統(tǒng),而綜合自動化的紐帶是監(jiān)控系統(tǒng)的局域通信網(wǎng)絡(luò),它是把微機繼電保護、微機自動裝置和微機遠動功能綜合在一起形成的具有遠方功能的自動監(jiān)控系統(tǒng)。隨著微機技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)、計算機局域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和數(shù)字信號處理技術(shù)的飛速發(fā)展,自動化監(jiān)控系統(tǒng)日漸成熟,變電站實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)控制也是電網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。為了適應(yīng)現(xiàn)代化電網(wǎng)的發(fā)展要求,天津高壓供電公司已經(jīng)成功建設(shè)了一個集控中心和與之對應(yīng)的10個無人值守的220kV變電站,由集控中心負責這些變電站的運行監(jiān)視工作。自動化監(jiān)控系統(tǒng)一方面把全站的“四遙”量遠傳到集控中心和調(diào)度中心,另一方面隨時接收和執(zhí)行集控中心的遙控指令。監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性直接影響著電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行,所以作為監(jiān)控系統(tǒng)核心的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)尤其是無人值守變電站監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)尤為重要。下面我們具體討論天津白廟變電站的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及其存在的問題和解決方案。1設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合天津白廟變電站高壓側(cè)220kV間隔4個,中壓側(cè)35kV間隔33個,低壓側(cè)10kV間隔33個,220kV及35kV一次設(shè)備均為GIS組合電器。白廟變電站站控層設(shè)備采用的是煙臺東方電子DF1700分布式電站監(jiān)控系統(tǒng)。10kV間隔的測控單元為南京自動化設(shè)備總廠的PSL641,測控信息由保護管理機PSX600匯總后以串行接口傳到1710分處理器。35kV間隔的測控單元為西門子公司產(chǎn)品,由多個1710分處理器分別通過RS485總線收集。220kV線路及變壓器測控是東方電子DF1721、DF1722、DF1725測控單元。站控層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示:220kV線路及變壓器的DF1721、DF1722、DF1725測控單元是掛接在前置機1710-1及1710-2的FDK和CAN網(wǎng)絡(luò)上。站內(nèi)消防及直流等其他輔助信號由1710-3收集,10kV及35kV信號由1710-4、1710-5、1710-6、1710-7收集。所有分處理器的信號通過以太網(wǎng)連接將信息傳到前置1710-1、1710-2及遠傳裝置1710A-1、1710A-2。前置機通過串行口將220kV線路及變壓器測控信息發(fā)送給遠傳裝置1710A-1、1710A-2。遠傳裝置將全站信息傳送到集控中心及調(diào)度中心,且1710A-1、1710A-2為雙機熱備用。其中遠動裝置1710A-1、1710A-2的A網(wǎng)連接站內(nèi)網(wǎng)絡(luò),用于獲取站內(nèi)全部信息;B網(wǎng)將全站“四遙”信息通過數(shù)據(jù)專網(wǎng)遠傳到集控中心;C網(wǎng)將站內(nèi)信息遠傳到兩級調(diào)度中心;D網(wǎng)通過非數(shù)據(jù)專網(wǎng)通道連接集控中心。220kV線路和變壓器的測控單元所采用的CAN和FDK兩種網(wǎng)絡(luò)均互為備用,正常工作時雙網(wǎng)間通信任務(wù)平均分配,某一個網(wǎng)絡(luò)故障時,另一個網(wǎng)絡(luò)自動將它的任務(wù)接管過來,通過軟件保證信息不會丟失。模塊間的通信也采用CAN與FDK雙網(wǎng),提高了對系統(tǒng)突發(fā)事件的處理能力,可以確保數(shù)據(jù)和命令傳輸?shù)膶崟r性和準確性。FDK網(wǎng)是煙臺東方電子公司自行開發(fā)的一種針對變電站綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)通信用的嵌入式網(wǎng)絡(luò),其特點是高速、高對時精度、高可靠和低成本。CAN網(wǎng)具有強有力的檢錯功能以及優(yōu)先權(quán)和仲裁功能,非常適合在高噪聲干擾環(huán)境中及需要快速實時處理的場合下使用。將二者結(jié)合起來,以提高對系統(tǒng)突發(fā)事件的處理能力,保證數(shù)據(jù)通訊實時性和準確性。在運行中表現(xiàn)良好,所以這部分網(wǎng)絡(luò)在改造中予以保留。在實際運行中,變電站綜合自動化系統(tǒng)充分發(fā)揮了技術(shù)先進、運行可靠的特點。在變電站實現(xiàn)保護監(jiān)控系統(tǒng)的升級換代、提高變電站的自動化程度、實現(xiàn)調(diào)度自動化和自動抄表、建設(shè)無人值班變電站和減人增效等方面發(fā)揮了積極的、至關(guān)重要的作用。然而,在實際運行中,該變電站自動化系統(tǒng)也出現(xiàn)了一些問題,有些問題已經(jīng)影響到變電站整體的安全、可靠和穩(wěn)定運行。該自動化監(jiān)控系統(tǒng)存在問題主要是前置1710-1及1710-2為東方電子舊型號產(chǎn)品,處理器主頻66MHz;內(nèi)存容量狹小僅為4M,而單前置機運動的數(shù)據(jù)參數(shù)就需要占用1.22M空間,以太網(wǎng)層每臺前置機需要建立10個連接,每個連接僅收發(fā)緩沖區(qū)就要占用64k空間,從而導(dǎo)致前置機處理性能大打折扣,致使系統(tǒng)運行極其不穩(wěn)定、可靠性差,主要表現(xiàn)如下:1)后臺目前是單機運行。按照天津地區(qū)自動化監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計要求,后臺應(yīng)該是主備雙機運行互為熱備用。如果再增加一臺后臺機,前置機需要再建立4個以太網(wǎng)連接,由于前置機處理性能不高,參數(shù)下裝后,前置機將無法啟動。2)前置1710-1及1710-2到遠動1710A-1及1710A-2串口程序經(jīng)常走死,無法自恢復(fù)。遠動和前置通信規(guī)約為問答式,程序走死時1710A側(cè)正常(一直在發(fā)查詢報文,但得不到響應(yīng));1710側(cè)未能解析出查詢報文,所以不回答。需要將前置1710-1及1710-2重起后,才可恢復(fù)正常。3)信號處理速度不高,實時性差。白廟站全站遙信2718個,遙測959個,遙控228個。由于數(shù)據(jù)量龐大,優(yōu)先級低的狀態(tài)信號刷新速度非常慢。COS和SOE時間差較大。違背了綜合自動化系統(tǒng)實時監(jiān)控的原則。4)目前白廟站為兩臺變壓器運行,而設(shè)計最終規(guī)模是三臺變壓器運行。若擴建最后一臺變壓器,加入新主變和若干線路的“四遙”信息后,系統(tǒng)可能無法正常運行或者實時性更差。2方案二:干氣壓縮式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)+站控層網(wǎng)絡(luò)由于該變電站全站均處于運行中設(shè)備且一次二次設(shè)備投運年限并不太長,大規(guī)模停電改造是不可行的,為了解決上述問題,現(xiàn)提出改進方案如下:將前置機1710-1及1710-2更換成處理性能更高的1710A處理器。優(yōu)點:該方案思路清晰,能夠解決目前存在的問題,幾乎不需要更改運行參數(shù)。后臺機數(shù)據(jù)庫亦無需修改。缺點:該方案需要更換前置主處理器,而站端幾乎所有的設(shè)備都處于運行狀態(tài),在更換過程中帶來很多復(fù)雜問題。首先,1710和1710A的物理形狀不一樣,新的1710A不可能剛好安裝在原1710的位置上,需要更換適合1710A的框架擋板,原位置安裝不下兩個1710A;其次,調(diào)試過程中站控層監(jiān)控系統(tǒng)需要退出運行,這樣集控中心和兩級調(diào)度中心將無法監(jiān)視全站設(shè)備狀態(tài),無法按照運行要求對站內(nèi)設(shè)備進行控制,并且調(diào)試的工期較長。方案二:新增加兩臺1710A裝置作為前置機,原前置機作分處理器主要處理220kV線路及變壓器測控信息(包括新增加的220kV線路及變壓器)。站控層的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示。優(yōu)點:這個方案引入了兩個新的前置機1710A-3、1710A-4,原前置1710-1、1710-2降格成分處理器,用于收集所有220kV線路和變壓器的測控單元所采集的信息。新1710A前置機可以在監(jiān)控屏的空閑位置預(yù)先安裝,然后進行硬件連線、軟件調(diào)試。在兩個裝置軟硬件條件都具備以后,再進行原系統(tǒng)的切改。新裝置1710A和原裝置1710屬于同一類型產(chǎn)品,參數(shù)庫、通信規(guī)約、通信接口均是相近的,所以需要的調(diào)試時間比較短,新的1710A調(diào)試過程中原監(jiān)控系統(tǒng)仍然可以維持運行。僅僅是切改的過程需要退出監(jiān)控系統(tǒng)很少的一段時間。遠傳系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不變,取消原1710和1710A之間的串行口,220kV線路及變壓器測控信息由原前置機建立以太網(wǎng)連接傳給遠動機,提高監(jiān)控系統(tǒng)的實時性。同時能實現(xiàn)互為熱備用的雙后臺系統(tǒng)。此外新的1710A可以使用原1710的絕大部分參數(shù)信息,只是在串口設(shè)置上需要做相應(yīng)修改。后臺機數(shù)據(jù)庫無需修改。缺點:站控層以太網(wǎng)為單網(wǎng)運行。增加兩臺1710A,其用途和方案二一樣。增加兩臺交換機及相應(yīng)的硬件,將后臺網(wǎng)絡(luò)和站控層網(wǎng)絡(luò)雙重化,增加冗余、提高可靠性。由于遠動1710A的四個網(wǎng)口中只有一個網(wǎng)口用于連接站控層網(wǎng)絡(luò),為了增加可靠性,兩臺遠動分別連在C、D兩個網(wǎng)絡(luò)上。站控層的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖3所示:優(yōu)點:在前置機功能的切改和實現(xiàn)上繼承了方案二的所有優(yōu)點。后臺網(wǎng)絡(luò)和站控層網(wǎng)絡(luò)雙重化,提高了網(wǎng)絡(luò)的可用性,使運行更加穩(wěn)定可靠。后臺機數(shù)據(jù)庫無需修改。缺點:目前后臺機以及所有分處理器均為單網(wǎng)卡結(jié)構(gòu)。如果要實現(xiàn)雙網(wǎng)冗余,需要在后臺機和分處理器上增加相應(yīng)的硬件和軟件系統(tǒng)。延長了調(diào)試時間,增加了系統(tǒng)的復(fù)雜程度,增大了調(diào)試難度和工作量,減少了調(diào)試期間監(jiān)控系統(tǒng)的可用性。由于所有監(jiān)控設(shè)備均裝設(shè)于保護室內(nèi),設(shè)備工作運行環(huán)境優(yōu)越,HUB的MTBF一般大于5萬小時,它不是整個監(jiān)控系統(tǒng)使用壽命的瓶頸,退一步講,可以考慮在HUB運行接近5萬小時的時候予以更換。所以無論從經(jīng)濟性還是從減少施工人員維護人員的工作量的角度考慮,白廟站控層網(wǎng)絡(luò)都無需雙重化。方案四:取消前置機。將原前置機1710-1、1710-2降為分處理器,用于收集所有220kV線路和變壓器測控單元所采集的信息。各個分處理器直接將采集的信息通過以太網(wǎng)連接傳送給后臺和遠動。站控層的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖4所示。優(yōu)點:取消了前置機,信號到達后臺的路徑減少了前置機的中轉(zhuǎn),系統(tǒng)的實時性增強。實現(xiàn)了站控層數(shù)據(jù)的直采直送,無需引入新的裝置。缺點:需要修改后臺機數(shù)據(jù)庫。由于原前置機將分處理器的6個“四遙”邏輯模塊整合成4個“四遙”邏輯模塊傳給后臺。后臺數(shù)據(jù)庫按照這4個邏輯模塊定義了全站“四遙”的位置。如果取消前置機,后臺機將面臨處理6個“四遙”邏輯模塊?！八倪b”量的點號和RTU號將面臨極其混亂的局面。后臺數(shù)據(jù)庫中全站的遙信量、遙測量、遙控量、遙調(diào)量需要重新錄入,后臺光字牌系統(tǒng)需要重做。調(diào)試時間較長,工作量繁重,容易出錯。3網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)改造方案二的分析本文分析了目前白廟變電站站控層網(wǎng)