500 kV變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的改造實(shí)例

閔浩

摘 要：對(duì)早期投運(yùn)的安徽某500 kV變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)存在的一些不足進(jìn)行總結(jié)分析，從系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、設(shè)備容量等角度進(jìn)行認(rèn)真分析討論，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況對(duì)該變電站自動(dòng)化系統(tǒng)提出完整的升級(jí)改造方案。

關(guān)鍵詞：雙光纖環(huán)網(wǎng)；以太網(wǎng)；環(huán)形；總控裝置

中圖分類號(hào)：TM76 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2015）18-0093-03

變電站作為電網(wǎng)的重要節(jié)點(diǎn)，其自動(dòng)化技術(shù)水平直接影響著電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展擴(kuò)大，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)變得越來(lái)越復(fù)雜，電網(wǎng)對(duì)也對(duì)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)在安全可靠、精確性、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)響應(yīng)性等方面提出了更高的要求。

1 變電站自動(dòng)化系統(tǒng)現(xiàn)狀及原因分析

1.1 變電站自動(dòng)化系統(tǒng)現(xiàn)狀

500 kV**變電站既是“皖電東送”的重要樞紐，同時(shí)也是聯(lián)系長(zhǎng)江南北，構(gòu)建堅(jiān)強(qiáng)安徽電網(wǎng)的重要組成。2006年投運(yùn)初期，該站規(guī)模為5串一個(gè)半接線的500 kV開(kāi)關(guān)站，為控制成本配套自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)以開(kāi)關(guān)站模式為藍(lán)本設(shè)計(jì)。

自動(dòng)化系統(tǒng)采用南京中德保護(hù)控制系統(tǒng)有限公司SICAM SAS自動(dòng)化系統(tǒng)，總控單元為兩臺(tái)SICAM總控，測(cè)控裝置以6MD66系列測(cè)控單元為主，輔以少量6MD63測(cè)控單元，間隔層、間隔層與站控層間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用了PROFIBUS-FMS/DP總線雙光纖環(huán)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)。

投運(yùn)初期，雙光纖環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)展現(xiàn)出了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳輸速度快的特點(diǎn)。設(shè)備精度、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)響應(yīng)性完全滿足500 kV開(kāi)關(guān)站的設(shè)計(jì)要求。

但是隨著電網(wǎng)的發(fā)展，至2010年末，500 kV**變電站4年間連續(xù)開(kāi)展了500 kV第六串、第七串?dāng)U建、2#主變及雙母雙分段的220 kV間隔擴(kuò)建、3#所變間隔擴(kuò)建、高抗低抗間隔擴(kuò)建、1#主變擴(kuò)建等近20次擴(kuò)建工程，間隔層6MD66系列測(cè)控單元總數(shù)達(dá)到了84臺(tái)。

隨著設(shè)備的不斷增加SICAM SAS自動(dòng)化系統(tǒng)出現(xiàn)了遙信上送速度慢、遙測(cè)數(shù)據(jù)變化慢、歷史數(shù)據(jù)呈階梯狀、雙光纖環(huán)網(wǎng)內(nèi)設(shè)備通訊故障頻繁，后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)出現(xiàn)刷屏等現(xiàn)象，特別是1#主變擴(kuò)建后，遙測(cè)數(shù)據(jù)量越來(lái)越多，SICAM總控出現(xiàn)了切換頻繁，上傳數(shù)據(jù)異常的情況。

此時(shí)站內(nèi)設(shè)備通訊情況與各級(jí)調(diào)度通訊情況如下。

站內(nèi)設(shè)備通訊結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2 原因分析

與各級(jí)調(diào)度的通訊結(jié)構(gòu)如圖2所示。

分析造成原因主要有以下四點(diǎn)。

①現(xiàn)場(chǎng)接入測(cè)控單元過(guò)多，超過(guò)了SICAM總控設(shè)計(jì)的最大數(shù)，在變化遙測(cè)過(guò)多時(shí)，會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)流量過(guò)大，阻塞總控緩存，導(dǎo)致上傳數(shù)據(jù)異常。

②雙光纖環(huán)網(wǎng)接入設(shè)備過(guò)多，上傳數(shù)據(jù)量過(guò)大，導(dǎo)致環(huán)網(wǎng)傳輸效率降低。

③擴(kuò)建小室距離越來(lái)越遠(yuǎn)，雙光纖環(huán)網(wǎng)傳輸距離過(guò)長(zhǎng)，在沒(méi)有中繼器且光端機(jī)的發(fā)射光功率和接收靈敏度不變的情況下，光纖衰耗值變大。當(dāng)環(huán)網(wǎng)中某測(cè)控單元的通訊模件出現(xiàn)故障時(shí)，該點(diǎn)的衰耗被進(jìn)一步放大，從而導(dǎo)致相鄰幾臺(tái)測(cè)控單元的通訊出現(xiàn)瞬時(shí)中斷，在測(cè)控通信恢復(fù)正常時(shí)，當(dāng)前測(cè)控所有數(shù)據(jù)將上傳至后臺(tái)造成環(huán)網(wǎng)內(nèi)設(shè)備通訊頻繁故障及刷屏等現(xiàn)象。

④過(guò)多設(shè)備的接入，導(dǎo)致使得間隔層與站控層間的環(huán)網(wǎng)由一個(gè)增加到三，使得雙光纖環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜化。

此外，由于環(huán)網(wǎng)本身的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)決定了雙光纖環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)存在維護(hù)困難、擴(kuò)展困難的特點(diǎn)。

2 升級(jí)改造方案

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)SICAM總控裝置和雙光纖環(huán)網(wǎng)存在的缺陷和因此產(chǎn)生的隱患，制定了改造方案：

2.1 改造總控裝置

決定新增2臺(tái)6MD2200遠(yuǎn)動(dòng)通信主單元，采用更高性能的西門(mén)子6MD2200作為遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)，向網(wǎng)調(diào)、省調(diào)、地調(diào)、當(dāng)涂變后臺(tái)傳輸數(shù)據(jù)，解決了數(shù)據(jù)傳輸瓶頸。

2.2 改造站控層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

以太網(wǎng)經(jīng)過(guò)若干年的發(fā)展，技術(shù)上日臻成熟。隨著嵌入式以太網(wǎng)微處理器的發(fā)展，以太網(wǎng)已十分便利的應(yīng)用于變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。

以太網(wǎng)具有高速、可靠、安全、靈活的特點(diǎn)，使其在變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中有廣闊的應(yīng)用前景。新網(wǎng)絡(luò)采用輔以光纖交換機(jī)的星型以太網(wǎng)通信結(jié)構(gòu)，解決了原雙光纖環(huán)網(wǎng)的種種弊端。

為保證改造過(guò)程中500 kV變電站自動(dòng)化數(shù)據(jù)的正常傳輸，特別是聯(lián)閉鎖系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，決定將網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)逐步從雙光纖環(huán)網(wǎng)向星型以太網(wǎng)改造。

前期將部分測(cè)控裝置的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溆森h(huán)形改為星型結(jié)構(gòu)，減少雙光纖環(huán)網(wǎng)上的裝置數(shù)量，保證網(wǎng)絡(luò)暢通，此時(shí)系統(tǒng)采用的星型和光纖環(huán)網(wǎng)混合網(wǎng)絡(luò)。后期逐步過(guò)渡到全星型以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

2.3 改造過(guò)程中的處理措施

改造過(guò)程中原SICAM總控裝置作為新系統(tǒng)中一個(gè)數(shù)據(jù)單元向6MD2200遠(yuǎn)動(dòng)通信主單元傳輸數(shù)據(jù)，先將原SICAM總控裝置聯(lián)接的不參與聯(lián)閉鎖的測(cè)控裝置接入新網(wǎng)絡(luò)，參與聯(lián)閉鎖的測(cè)控裝置結(jié)合停電計(jì)劃逐漸將退出SICAM總控裝置并接入新網(wǎng)絡(luò)。

測(cè)控裝置更換網(wǎng)絡(luò)需要短暫停用設(shè)備，并將原雙光纖通訊模塊更換為雙網(wǎng)絡(luò)通訊模塊。

改造后期測(cè)控裝置全部轉(zhuǎn)移至新網(wǎng)絡(luò)后，已服役多年的SICAM總控裝置退役。

改造前期站內(nèi)設(shè)備通訊情況與各級(jí)調(diào)度通訊情況如下：

改造前期站內(nèi)設(shè)備通訊結(jié)構(gòu)如圖3所示。

改造前期站與各級(jí)調(diào)度的通訊結(jié)構(gòu)如圖4所示。

改造后期站內(nèi)設(shè)備通訊結(jié)構(gòu)，如圖5所示。

改造后期站與各級(jí)調(diào)度的通訊結(jié)構(gòu)，如圖6所示。

3 結(jié) 語(yǔ)

這次改造最大限度地保證了系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行在改造過(guò)程中不受影響。改造完成后，間隔層測(cè)控設(shè)備的光纖通訊模塊更換為雙網(wǎng)口通訊模塊，通過(guò)A、B兩個(gè)局域網(wǎng)直接接入各保護(hù)小室新增的交換機(jī)，間隔層間設(shè)備可直接通信，不再經(jīng)過(guò)主單元中轉(zhuǎn)。邏輯閉鎖在間隔層實(shí)現(xiàn)，從而降低了聯(lián)閉鎖邏輯判定過(guò)程中主單元的負(fù)擔(dān)。

經(jīng)升級(jí)改造后，該500 kV變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通訊負(fù)荷合理分配，保證通訊負(fù)荷不過(guò)載，不會(huì)出現(xiàn)“瓶頸”現(xiàn)象。此外對(duì)站內(nèi)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)的性能合理劃分，根據(jù)數(shù)據(jù)的特征——實(shí)時(shí)性的要求以及實(shí)時(shí)性指標(biāo)的高低進(jìn)行處理。改造后的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)靈活，可擴(kuò)展性好，維修調(diào)試更加方便。

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