河北國華定洲電廠NCS系統改造中的問題及解決方案

李智華，陳洪博

(河北定洲發電有限責任公司，河北 定洲 073000)

河北國華定洲電廠NCS系統改造中的問題及解決方案

李智華，陳洪博

(河北定洲發電有限責任公司，河北 定洲 073000)

文章對河北國華定洲電廠網絡計算機監控系統(NCS系統)改造工程實施過程以及改造后的網絡結構進行了介紹，重點說明了工程實施過程中一些重要問題的解決方法，最后對NCS系統的發展提出幾點建議。

NCS；測控單元；通訊；電氣二次安全防護剛接節點；鉸接節點

1 河北國華定洲電廠原NCS系統存在的問題

河北國華定洲發電廠500 kV出線2回，主接線采用一個半斷路器接線方式，220 kV出線4回，主接線采用雙母線接線方式。根據電廠在電網中所處的地位以及有關的調度管理規程規定，由華北網調和河北省中調兩級調度管理，并接收河北省中調對該廠下達的自動發電控制(AGC)指令。

電廠NCS系統和遠動系統統一考慮，采用分層分布式網絡結構、開放式多任務實時操作系統(UNIX系統)，多窗口人機界面。整個系統分成站控層和間隔層。站控層和間隔層網絡均采用雙網結構，相互獨立，間隔層設備為深圳泰科公司的DSS系列分布式RTU，主要是數據的采集。站控層為BSJ-2200變電站計算機監控系統，操作系統為UNIX操作系統。包括兩臺操作員站互為冗余(主機)，主要完成數據處理和統計；一臺工程師站，主要是系統維護；一臺五防機與監控系統配合實現斷路器及刀閘的五防操作；一臺網關機，實現與全廠信息管理系統(PI)等子系統的信息交換。RTU與調度通信采用主備方式，分別設在集控樓的兩塊RTU屏上，至網調、省中調的遠動信息傳輸采用模擬接口通信和遠程計算機網絡接口通信兩種方式。其中與河北串口方式采用CAE規約和IEC870-5-101規約，網絡通信采用DNP Over UDP/IP，配置相應的路由器；與華北網調通信采用串口CDT方式通信。

隨著運行年限的增長，NCS系統逐漸出現了各種問題：

(1)原間隔層RTU設備老化，插件故障率增加。

(2)定洲電廠二期工程的建設，使原RTU容量不能滿足增加一次設備的需求。

(3)隨著華北數據網和河北數據網的投入使用，遠動數據通道也需要由原模擬通道轉為數字通道，而原RTU設備不能滿足新遠動規約的要求。

(4)如果更換RTU為測控單元，測控單元與老站控層BSJ2200系統通訊配合不穩定。

基于以上原因，應對原NCS系統進行全面改造，更換老化的站控層和間隔層設備。

2 項目執行方案

根據現場的需要，淘汰原站控層和間隔層設備，站控層采用南瑞科技的NS2000變電站監控系統，操作系統為UNIX；間隔層為南瑞科技的NSD500測控單元。具體的改造方案如下：

2.1 站控層設備

在電廠原網絡監控系統站控層增加雙遠動工作站，組屏布置于升壓站220 kV繼電器樓。遠動工作站采用NSC300遠動通信控制器，采集數據并向華北網調和河北省中調輸送數據。

原采用BSJ2200的服務器更換為Ultra 45服務器，安裝NS2000操作系統，共配置2臺，互為備用。

2.2 間隔層設備

原電廠升壓站信息采集與控制均通過RTU裝置，RTU裝置淘汰后，統一更換為NSD500型網絡監控系統測控單元，遠動和網絡監控系統共享采集，通過雙以太網接口直接上網與站級計算機系統相連，構成面向對象的分布式變電站計算機監控系統由網絡監控系統實現對升壓站監視與控制，220 kV配電裝置每臺斷路器配置1臺測控單元，實現本間隔的信息采集和控制，500 kV每回線路及斷路器配置1臺測控單元，實現各間隔的信息采集和控制。升壓站每臺斷路器均可通過網絡監控系統后臺控制，或測控屏就地控制，或斷路器本體就地控制，同時只能在一處實現斷路器控制。

每兩臺機組的電子設備間配置1臺測控單元柜，實現機組的AGC功能。

改造前后的系統圖見圖1、圖2。

圖1 河北國華定洲發電廠微機監控系統結構圖(原)

圖2 河北國華定洲發電廠微機監控系統結構圖(新)

新NCS系統投入使用后，具備接入華北數據網和河北數據網的功能，提高了數據網的可控性和自動化程度，并且通過擴容可以對二期相關設備進行控制。

3 工程實施過程及遇到的問題

3.1 工程概述

原NCS系統設計為廠內監控和遠動系統統一考慮，各元件的監控集中設計，沒有分開。因此將改造分為升壓站測控部分、機組測控部分和站控層改造三部分進行。由于涉及到電流及控制回路，所有間隔層設備改造均在對應一次設備停電情況下施工。

3.2 升壓站測控部分

河北國華定洲電廠負責一個220 kV升壓站和一個500 kV升壓站的控制和監視。220 kV升壓站采用雙母線接線，4回出線，改造后測控單元采用按間隔配置方式，4條線路分別配置4臺測控單元，母聯、啟備變、發變組每臺開關配置1臺測控單元，220 kV系統配置一臺公用測控單元。總計配置共9臺測控單元，組四面屏，分別按間隔接入母線電壓、各線路電流、主變高壓側電流、兩臺啟備變的高壓側電流、各開關和刀閘的開關量以及各保護裝置的保護動作信號。500 kV升壓站采用一個半斷路器接線，形成2個完整串和一個不完整串，共8臺斷路器。每臺斷路器配置1臺測控單元，每回線路及主變配置1臺測控單元，500 kV母線設備配置1臺公用測控單元，共配置14臺測控單元，組六面屏。分別接入母線電壓、各線路電流、主變高壓側電流、兩臺啟備變的高壓側電流、各開關和刀閘的開關量以及各保護裝置的保護動作信號。

3.3 機組測控部分

機組測控部分改造前，升壓站的NCS改造完畢后，原升壓站RTU設備接入的采集量已完全接入至NSD500測控單元，并通過測控單元向站控層BSJ2200設備進行數據傳輸。同時，準備替換原BSJ2200操作系統的新監控系統NS2000已調試完畢，并經過聯入網絡的測試，具備投入使用的條件。遠動部分仍由RTU采集數據并通過通訊管理機進行數據傳送。新遠動傳輸裝置NSC300已調試完畢并與華北網和河北網傳動完畢。

1號機組和2號機組的RTU共計4面屏，包括NCS、DPU柜(為廠內監控系統提供數據的前置機)、NCS網絡柜(監控系統電源及交換機)、NCS監控柜1(2臺機組的遙測量)、NCS監控柜2(2臺機組的遙控量)。從每臺屏柜的配置看，在新監控系統建立后，由于電源仍然需要使用，因此需保留NCS網絡柜，而NCS DPU柜、NCS監控柜1、NCS監控柜2均可拆除。根據現場考察，如果拆除NCS、DPU柜，1號機組電流和電壓電纜將不夠長度接至新屏，由于這些電纜均由就地端子箱敷設至電子間，如重新敷設將大幅度增加工作時間；如果拆除NCS監控柜1，則從一開始工作就必須停止機組數據的遠動傳輸。根據以上分析，確定拆除最西面的NCS監控柜2，這樣大部分電纜將不需要重新敷設即可繼續使用，同時可以減少機組遠動數據停止的時間。

由于遠動通道數據中斷時間不能過長，經過技術人員討論，決定首先短時申請退出遠動通道，將監控柜2的設備從屏中取出后加臨時電源而恢復遠動數據的傳輸，之后拆除監控柜2并在監控柜2的基礎上安裝新機組測控屏。新屏柜安裝固定后，分別申請暫時中斷1號機組和2號機組的測控數據，將相關回路從監控柜1移至監控柜2。通過以上方法，避免了遠動數據的長時間中斷，同時由于采用2臺機組分別接入新遠動工作站的方法，避免了2臺機組遠動數據同時中斷的風險。

3.4 站控層改造

遠動工作站采用南瑞的NSC300型設備，雙機備用設計，采用104規約分別接入河北數據網向河北省電力公司和華北數據網向華北網電力公司輸送數據。接入方式設計為網線，但由于遠動工作站距離數據網交換機超過120m，經實際測量，丟包率達到10%以上，因此接線方式變更為光纖接線。采用光纖后，數據傳輸非常穩定。為了增強網絡拓撲結構的穩定性，又設計了兩路64K數字通道向華北網調和河北中調輸送數據，為數據網因異常中斷后提供了有效保障。

3.5 NCS系統與五防、PI、AVC的通訊

我廠NCS系統除負責遠動傳輸及廠內監控外，仍擔負著向五防操作員站、無功自動裝置(AVC)以及PI系統(實時歷史數據庫)進行數據交換的功能。

按原設計方案，升壓站的操作采用其本身的NS2000操作系統即可實現五防功能，考慮到系統本身出現問題的情況下，不能有效防止誤操作，因此采用獨立的五防機。在五防機上操作后將命令傳輸給NCS操作系統，實現雙重閉鎖，防止誤操作或誤出口的發生。

AVC設備和原通訊管理機采用串口線連接，CDT規約，更換遠動工作站后，如果沿用232/485接口，則存在兩方面的問題，一方面是距離較遠，各設備的通信地共地，現場各種異常情況都有可能出現，二者之間即使有零點幾伏的電壓差，都會導致誤碼或不能通訊；另一方面是采用232/485經轉接設備后，由于不經光電隔離，對設備安全存在隱患。因此，NCS系統與AVC的通訊改為網絡，采用104規約，這就要求AVC裝置與NCS系統在同一個網段上，而AVC地址由省公司下發不能更改，經聯系AVC廠家后，為AVC裝置增加一塊網卡與NCS系統通訊，隔離了網段。

PI(PI=Plant Information)系統是一套基于服務器和客戶端結構(即CS結構)，采集NCS系統數據，負責供向我廠辦公網絡發布瀏覽生產數據的軟件系統，是實時歷史數據庫系統。由于PI系統運行于辦公網絡中，要和NCS系統這種工業控制網絡相連接，不能滿足電氣二次安全防護的要求，因此，我們在接口部分安裝了硬件防火墻和縱向加密裝置，隔離了生產大區和管理大區。

4 總結及建議

NCS系統改造按上述步驟實施完畢后，遠動系統和廠內監控以及AVC、PI系統都運行正常，滿足了華北網調和河北中調的要求。從定州電廠NCS系統的現場安裝調試和實際運行情況分析，對變電站綜合自動化系統提出以下幾點建議和設想。

4.1 通訊規約的標準化

由于監控系統通訊設備的類型較多，它們與監控系統的通訊協議五花八門，給系統聯調帶來較大難度，也給以后的維護工作帶來不便。在工程實施過程中，盡量統一為IEC60870-5-104規約，但仍有部分設備不能實現相同規約，解決這類問題的關鍵在于標準化應始終貫穿工程設計、設備招標和工程實施的全過程。

4.2 就地采集設備應分間隔設計

由于原NCS系統的RTU采集數據為集中式設計，各間隔的回路集中到幾個屏內，在工程實施過程中產生了很大困難，同時，這種設計方式也不利于安全運行及停電檢修。改造后的NCS系統分間隔設計，提供了更為安全穩定的運行方式，建議今后的NCS系統設計也應該遵循這樣的原則。

4.3 交流采樣校驗儀接口的標準化

隨著網絡計算機監控系統的發展，模擬量的采集普遍采用交流采樣測量單元，取消了電壓、電流、功率和功率因數變送器。由于監控系統中模擬量通道的數量和順序的不確定性，使得監控系統的交流采樣校驗儀接口沒有標準化或根本沒有此接口，無法實現用交流采樣校驗儀對模擬量通道進行檢驗。

5 結束語

定洲電廠網絡計算機監控系統改造后操作簡單，維護量小，運行可靠性高，不僅使運行人員的勞動強度大大減少，而且為調度、運行人員提供準確的實時數據、圖形，幫助他們準確掌握設備的運行狀態。它滿足了對變電站運行管理水平日益提高的需要，也是電力系統技術發展的必然趨勢。隨著變電站綜合自動化系統可靠性的不斷提高和功能的不斷擴充和完善，性能價格比更具優勢，將在各類電壓等級變電站及電廠中廣泛采用。

Discussed the Northern Area Purp le Lobe Low Cherry Grafts the Reproduction

Li Zhihua，Chen Hongbo

In this paper,it is introduced that the implementation process and the network structure of the transformation projectof the NetControl System(NCS)in HeBeiGuohua Dinzhou power plant,and focused on the instructions solution ofsome importantquestions in the implementation process.Finalwebring forward severalsuggestion to the developmentof the NCSsystem.

NCS；themeasureand controlunit；Communication；Secondary electricalsafety

TQ 423

A

1000-8136(2011)29-0029-03