110kV變電所保護及綜合自動化系統升級改造

婁東祥

摘 要：針對丁集煤礦110kV變電所舊綜合自動化系統存在的開關信號變位延遲，甚至遙控不能執行，新老版本保護器端子不兼容等問題進行了改造。通過改造，改變了原綜合自動化監控系統的架構，改變了舊系統通訊方式，創新的增加了雙網的冗余結構，極大的提高了通訊速度和監控穩定性，大大提高了供電的可靠性。

關鍵詞：綜合自動化；串口；以太網

中圖分類號： TM764 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）22-169-2

1 丁集煤礦110kV 變電所供電系統概況

丁集煤礦110kV一次接線采用單母線全橋接線方式，110kV開關選用河南平高電氣股份有限公司GIS全封閉SF6氣體絕緣開關設備，斷路器配彈簧操作機構。

110kV變電所所內設兩臺山東電力設備廠SZ10-40000/110 110±8×1.25%/10.5kV 40000kVA有載調壓主變壓器。

10kV系統母線采用單母線分段，開關柜選用中山明陽KYN28A-12型金屬鎧裝抽出式高壓開關柜，斷路器全部選用ABB產VD4真空斷路器，各10kV間隔保護裝置選用南京中德保護器2.0版本。

丁集煤礦110kV變電所綜合自動化電力監控系統選用南京中德保護控制系統有限公司的設備NSC200NT系統，實現變電所保護、控制、監視、監測自動化，其中110kV GIS設備保護單元和主變保護單元集中組屏，該系統不但系統能夠實現所內110kV GIS設備所有的斷路器、隔離刀閘、接地刀閘、10kV開關柜斷路器的分合閘操作還可以對開關運行狀況進行實時監測。

2 老綜合自動化系統存在的問題

丁集煤礦隨著采掘工作面的不斷延伸，供電系統的不斷拓展，110kV變電所10kV設備逐步的增加，后期又將兩套功補償及自動濾波補償裝置，兩套KA2003-XH-8421型并聯電抗器組合式消弧線圈自動調諧成套裝置，直流屏等設備接入綜合自動化系統。

綜合自動化系統隨著供電系統的不斷拓展，遙控、遙信、遙測、遙脈等數據不斷的增加。監控當系統運行8年后，該系統容易出現各種故障：①當操作開關柜斷路器、接地刀、斷路器小車的位置信號發生變位時，后臺機卻沒有及時的更新斷路器、接地刀、斷路器小車的位置遙信變位信號，這種現象尤其出現在設備檢修時保護裝置斷電后重新上電時，保護裝置與后臺的通訊不通，前置機的信號不能正確變位，后臺不能正確反映現場設備實時的各種狀態。此種情況給現場帶來重大的安全隱患，由于通訊系統經常出現通訊延遲，甚至遙控不能執行，當供電系統出現故障，需要應急倒閘操作的時候，后臺機操作失效，導致現場操作人員必須由集控室，進入110kV GIS或10kV設備室就地操作設備，則中間的過程極易操作十分鐘，造成重大非死亡。②在用南京中德老版本保護裝置2.0早已停產，其升級產品裝置3.0保護裝置。令現場使用極不方便的是老版本保護裝置2.0與新版本3.0保護器端子定義完全不同，新舊保護裝置不兼容，當老版本保護裝置出現故障時，現場不能直接更換為將新保護裝置，必須通過改線，這一點給現場的用戶帶來極大的困擾，沒有兼容的備件更換，不能迅速的排除故障解決問題，在用的保護裝置及綜合自動化系統威脅著礦井安全供電。為此，須對自動化系統進行改造。

3 綜合自動化系統的改造

3.1 丁集礦110kV變電所舊綜合自動化通訊延遲的原因

110kV變電所舊綜合自動化通訊架構：保護及測控裝置通過串口連接，連接成各條總線后通過5630轉變成以太網通訊。在以太網上完成工控機及后臺的通訊最終實裝置與后臺的通訊，110kV變電所舊綜合自動化通訊架構如圖1所示

由上圖可以看出，由于綜合自動化采用RS-485串口通訊，各間隔系統作為從設備， RS-485總線的主機對從設備進行一次輪詢，逐個地址碼去詢問設備是否正常并且對相關情況做記錄。主機對于從設備的控制是利用廣播方式發送下去的，而從設備只對含有自己地址碼的指令做相關的回應，在從設備做回應的情況下，其他的從設備和主機保持沉默，當從設備執行完相關指令之后，發送完畢信號給主機，主機繼續執行下一條指令。這樣，對于110kV變電所有10kV間隔保護裝置55臺，110kV間隔保護裝置16臺裝置而言，每臺裝置又含有眾多的遙測、遙信、遙控等開關柜的各種信息，這種通訊方式對于控制并采集變電所每臺裝置的數量眾多的遙信、遙測等信息而言，通訊速度勢必會低，隨系統的老化，矛盾也日益突出。這就是系統設備出現變位而后臺出現延遲時間較長的原因。

3.2 綜合自動化系統的改造

針對綜合自動化系統存在的缺點，丁集礦對綜合自動化系統進行改造。通過對系統主控單元，后臺監控系統，110kV變電所110kV及10kV系統各通訊系統，10kV分散保護裝置的改造，改變了原監控系統的架構，改變了原系統通訊方式，極大的提高了通訊速度，創新的增加了雙網的冗余結構，發現并處理了10kV系統原系統存在信號不對應問題，遙控不能執行，以及高壓柜自身存在的安全隱患等問題。110kV變電所綜合自動化改造后系統新架構如圖2所示：

由圖2可以看出，新綜合自動化系統中的各綜合保護裝置通過以太網直接和交換機連接，交換機通過以太網直接與前置機通訊，前置機也直接通過以太網后臺機通訊，每臺保護裝置均可以直接通過以太網、交換機和前置機通訊，省去了許多信號的變換等各種環節。另一方系統設置A/B網，配置了兩套前置機和兩套后臺機，這樣，每臺保護裝置均可通過（A/B網）通信，大大的提高了系統的可靠性。

由于新版本3.0的綜合保護裝置與舊2.0的綜合保護裝置不兼容，需要將2.0的綜合保護裝置每一根線纜重新對應接至3.0的綜保裝置上。3.0的綜保裝置測量及保護互感器的精度更高，信號回路更多監控更全面，通過對10kV間隔逐臺改造，丁集礦110kV 變電所10kV 系統同時處理了原系統存一些信號不對應，甚至不報故障的問題，每一間隔綜合保護改線完畢，即對該間隔的遙測、遙信、遙控量逐一測試，確保各種信號穩定可靠。

4 新舊綜合自動化系統的改造對比

4.1 通訊速度的對比

舊監控模式中采用串口通訊，各綜保串聯（九臺或八臺一組）的方式，然后通過信號的轉換實現與前置機的通訊，由于串口一對多的特性及串口通訊的速度限制，使得監控效果不理想。新模式中綜保裝置通過交換機直接與前置機通訊，除去了很多中間環節，信號的采集及遠程操作的速度及反應時間遠遠快于舊的模式，而且新模式中網絡通訊的模式比原來串口通訊的模式要快很多。因此，改造后的保護裝置的通訊速度可達原來的10倍。

4.2 可靠性的對比

總結舊綜合自動化系統的運行故障教訓，為避免通訊故障時，影響系統的運行，在新模式中創新的增加了雙網的冗余結構，在出現某一點故障時能及時切換至另一段網絡進行通訊。新模式采用雙網（A/B網）通信，當A/B網發生故障時，系統會自動切換至B/A網，不影響系統的運行和操作，提高供電安全。主控單元兩臺前置機亦為采用一用一備，當一臺出現故障時系統會自動切換至另一臺。因此，新系統的可靠性較舊系統大大的提高。

4.3 前置機的對比

老系統配置是工控機，新模式采用的NS2200，采用全封閉無風扇散熱技術，較工控機更為穩定可靠，且NS2200除了擁有4塊網卡外同時還擁有18個串口，向下通訊和下上通訊時都比較靈活，滿足了和現場消弧補償和小電流接地選線等設備的通訊要求。

5 總結

通過系統在現場的運行實踐，證明采用改造后的新系統維護量及故障率較老系統有很大的優勢，對現在智能變電站發展還不完善的今天，傳統站采用此種方式構建綜合自動化電力監控系統，可以大大提高系統實時性，并確保系統可靠運行。