110kV變電站綜合自動化系統設計

張海岸

（廣東電網湛江雷州供電局，廣東 湛江524200）

0 引言

110kV變電站是聯系輸電網絡和配電網絡的樞紐工程，其自動化功能的實現，是雙向電網實現互聯的技術保障。在目前的110kV變電站中，已經部署了負荷監測系統、溫度監測系統、高頻噪聲監測系統、局部紅外監測系統、變壓器油中氣體監測系統、關鍵設備振動監測系統等，這些監控系統獲得的運行數據與遠控系統相結合，就可以形成110kV變電站綜合自動化系統。

1 需求分析

本文研究目的是某110kV變電站有針對性地部署自動化系統需要配置的通用數據處理設備及網橋設備。網橋設備可以將工業化數據進行轉化，形成通用數據設備可以處理的數據結構，進而對這些數據進行數據倉庫的處理和策略系統的數據挖掘分析。數據具有一定的穩定性，可以直接通過工業網橋反饋給遠控系統，也可以通過IIS服務器實現遠端的連接。因為篇幅限制，本文僅討論該系統的硬件需求分析和總體設計部分。

本文研究對象為某110kV變電站，其主要結構如下：

（1）110kV電源母線1組，管理3路電源進線，使用9臺110kV斷路器，采用1運行，1熱備用，1維修或冷備用的方式部署。隔離開關1臺，接地刀閘2臺。

（2）35kV離場母線1組，管理7條35kV離場線路，其中4條是連往其他110kV變電站的拉手線路，2條是企業供電專線，1條是本地發電廠接入回路。拉手線路采用3臺35kV斷路器并列管理，其中1臺運行，1臺熱備用，1臺維修或冷備用。2條供電專線采用2臺35kV斷路器，1臺運行，1臺維修或者冷備用。發電廠接入回路采用3臺35kV斷路器并列管理，其中1臺運行，1臺熱備用，1臺維修或冷備用。以上線路共有斷路器19臺，隔離開關3臺，接地刀閘8臺。

（3）10kV離場母線1組，管理22條10kV離場線路，安裝10kV斷路器65臺。隔離開關4臺，接地刀閘12臺。

（4）10kV場內母線1組，安裝10kV斷路器4臺。

（5）場內并列10MVA 110／35／10kV變壓器6臺，其中運行3臺，熱備用2臺，維修或者冷備用1臺。

綜上，本文研究對象目前擁有各級別斷路器97臺，母線隔離開關8臺，母線接地刀閘22臺，變壓器及變壓器控制開關6組，各級別母線4組。在隔離開關和變壓器中部署了負荷監測系統和溫度監測系統，變壓器中部署了振動及變壓器油中氣體監測系統。較為關鍵的設備選擇性地部署了局部紅外和高頻噪聲監測系統，以獲取其運行狀態。

110kV變電站數據產生量驗算表如表1所示。

表1 數據產生量驗算表

通過表1驗算，本文設計的系統需要處理的有效數據量約為142.5Mb／s，而在6.5倍5年發展冗余和60%運行冗余的前提下，本文系統設計背板應至少達到1 543.75Mb／s。

功能需求方面，本文設計的自動化系統需要包含視頻信息轉化中心、工業數據網橋、數據倉庫、自動化策略主機、IIS服務器、數據總背板等6個模塊。

2 系統設計與實現

（1）視頻信息轉化中心。視頻信息轉化中心用于轉化紅外數據，實現溫度點的讀取。數據處理機采用IBM架構的4U工控主機，配合6路視頻采集板和16畫面合成陣列，可以直接處理65路視頻信息。算法采用多點比較法，可以得到輸入16畫面數據的溫度分布。16畫面是1U設備，處理機是4U設備，所以視頻信息轉化中心共占用機架空間10U。系統冗余度32.3%。

（2）工業數據網橋。工業網橋設備負責將各探頭及對應集中器傳來的數據轉化為以太網通用數據，這些設備建議采用基于ARM7技術的全志A20雙核模塊，采用1U布置，共需要438路數據信號，其中集中化率達到33%，工業網橋的數量可以達到144臺，共占用機架空間144U。工業網橋需要根據不同系統的數據結構進行定制，負責將工業網絡中的非標準化數據進行基于TCP／IP協議的封裝處理，映射到ISO以太網模式中。工業數據網橋使用15臺1 024千兆交換機管理，背板帶寬1 000Mb／s，占用機架空間15U，系統冗余度60%。

（3）數據倉庫。本文系統當前數據產生量為142.5Mb／s，每天產生數據總量約為1.5T，如果使得系統保持30天以上的運行數據，其近端數據倉庫的存儲量應該達到45T以上。按照60%冗余度設計，本文系統數據倉庫的存儲能力應該達到75T。采用ST4000DM000 4T硬盤實現本文系統，應該部署至少19塊硬盤。采用拓普龍數據倉庫系統進行部署，本文采用1個8U設備，單臺即可實現該系統。而因為電力數據較為重要，建議采用2臺服務器并列運行的方式實現系統部署。數據倉庫占用機架空間16U，冗余度66.1%。

（4）自動化策略主機。自動化策略主機在目前的電力系統中已經得到了試驗性應用，但因為其穩定性仍有待試驗考量，所以，該系統尚未與遠控系統并網。自動化系統為了提升穩定性，需要采用多機陣列的方式實現，本文系統建議采用8組IBM服務器及C3750交換機聯合實現。服務器為2U系統，交換機為2U系統，自動化策略主機共占用機架空間10U。

（5）IIS服務器。IIS服務器主要用于調度和倒閘人員介入管理該自動化系統，對其本身運行穩定性和運行速度沒有過高要求，建議使用2臺IBM服務器采用1運行1備用的方式實現。占用機架空間4U。

（6）數據總背板。綜上，本文設計的自動化系統占用機架空間199U，采用60%空間冗余布置，共需機架空間332U，應布置42U機架8個。各模塊輸出數據線路9根，運行在1 000Mb／s背板上，而系統總背板采用CISCO7050交換機實現，系統運行在10 000Mb／s背板上。

3 結語

本文采用了8個42U標準機架對110kV變電站的自動化數據進行管理，采用CISCO7050交換機對于以上數據進行核心背板管理，通過數據整合，可以實現110kV變電站所有數據的一站式管理，為變電站的自動化改造提供硬件支持。當然，硬件支持是自動化的基礎，自動化工作還需要更加強大的軟件支撐，特別是對于策略主機的可靠性提升，是最終實現變電站自動化的關鍵一步。而本文設計的系統為策略主機提供的數據支持，是提升策略主機可靠性的基礎。

［1］陳艷艷.基于IEC61850標準的變電站自動化系統數據通信研究［D］.山西大學，2013

［2］潘嘉琪.變電站間通信的多項目工程配置技術研究［D］.湘潭大學，2013