变电站自动化系统改造分析与建议.pdf

2 0 0 8年第 2 6卷第 3 期 内 蒙 古 电 力 技 术 I NNE R M0NG0 L I A E L E C TRI C P 0WE R 1 5 变 电站 自动化 系统 改造分 析 与建议 Ana l y s i s a n d Re c o mme nd a t i o n t o Re t r o fit o f Au t o ma t i o n Sy s t e m i n S u b s t a t i o n s 李磊 ， 张 建强 ( 乌 海 电业 局 ， 内蒙 古 海 勃 湾o 1 6 0 0 0) 摘要1以一典 型 2 2 0 k V 变 电站 自动化 系统 的改 造 为例 ， 对 变 电站 自动 化 系统 结 构进 行 深入 分析 通过 对 变 电站 自动 化 系统 改造 方案 的技 术经 济 比较 ， 分 析 变 电站 的现 实条件 ， 以 实 现 系统的稳定运行和正常维护为 目标 平衡技 术的先进性和投 资的合理性 提 出有针 对性的 解决 方案 来满足 电 力 系统 的发展 要 求 关键 词1变 电站 自动化 系统 ； 改 造 ； 通 信 系统 中图分 类号1 T M7 6 ： T P 2 7 3 文献标 S p , ：ll -q 1 B 文章 编 号1 1 0 0 8 6 2 1 8 ( 2 0 0 8 ) 0 3 0 0 1 5 0 3 0弓 言 近 年来 变 电站 自动化技 术 发展迅 速 变 电站 自 动 化系统 得 到普遍 应用 乌 海 电业局 所辖 3 5 k V 以 上 2 8座 变 电站 中有 2 4座均 为 自动化 变 电站 这 些 系统为 国 内外 多个 厂家 多种 版本 的产 品 基本 满 足 了建设 时期 系统 的运 行要 求 但 由于开 发背 景 、 运 行 经验和系统技术的限制 尤其是 2 0 0 5年之前投运 的 自动化系统不同程度存在现场接线复杂 、各接 口通 信 规 约不一 致 、站 内信息 及数 据通信 技 术采 用 的方 案各 不相 同等 问题 经过几 年 运行 和期 间 的切改 扩 容 尤其 是近 3 a来 随着集 控 站 的实现 原 有 的 系统 问题逐渐暴露 下面以乌海电业局顺达 2 2 0 k V变电站f 以下简 称 顺达 站 ) 自动化 系统 的改 造 为例 对 变 电站 自动 化 系统结构 进行 深 入分 析 结合 实 际 提 出变 电站 自动 化系统 建设 与改造 中应考 虑 的一些 问题 1 顺达站基本情况 顺 达 2 2 0 k V变 电站是 乌 海地 区重 要 的枢 纽 变 电站， 其中 4台主变 ： 1 、 2号 2 2 0 k V主变容量为 1 5 0 MV A 3 、 4号 1 1 0 k V 主 变 容 量 为 6 3 MV A： 2 2 0 k V 双母线 6条、 1 1 0 k V双母线 9条 ； 3 5 k V单母分段 9 条 ： 2台电容器 顺 达 2 2 0 k V变 电站 是在原 三道 坎 1 1 0 k V 变 电 站 ( 1 9 9 9年投运 ) 基 础上 扩 建 的 于 2 0 0 1 年 投产 原 1 1 0 k V 自动 化 系 统是 南 京 自动 化 设 备 总 厂 早 期 自 动化系统 改扩建后更换 为东方电子 D F 1 8 0 0系统 该站 自投运后不断改扩建 一次设备复杂 自动化系 统也 是几 代技 术方 案 的过 渡 站 内有 多 种 国内主 流 自动化厂家的设备 乌海电业局其他变电站的 自动 化系 统 出现 的问题 也 大都 与该 站有相 似 点 因此对 顺 达 2 2 0 k V 变 电站 自动化 系统 的分 析 、 改 造具有 典 型性 2 顺达站 自动化系统分析 2 1 顺达 站 自动化 系统 简 述 顺 达站 自动 化 系统示 意 图如 图 1 所 示 控制 系 统 结构 分为 3层 ， 即变 电站层 ( s t a t i 0 n l e v e 1 ) 、 通信 层 f b a y l e v e 1 ) 和 间 隔层 ( p r o c e s s l e v e 1 ) 近年来 随着 计 算 机与 网络 技术 的成 熟 嵌 入 式 以太 网技术 已成 为 变 电站 自动 化通信 系 统 的热点 和方 向 根据 是否 依 赖现场总线 以太网的应用又有 2种模式 ： 第一种为 每个 间隔层设备都配置 1 个嵌入式 以太 网接 口 将 收稿 日期2 0 0 8 0 3 0 6 作者简 介李磊( 1 9 7 5 一) ， 男 ， 内蒙古乌海 人 ， 毕业于华北电力大学 ， 学士学位 ， 工程师 ， 现从 事电力 系统 自动化 系统建设与改 造工作。 维普资讯 l 6 内 蒙 古 电 力 技 术 2 ( )( ) 8 年第2 6 卷第3 期 1 号主测控1号主 3 3 8 3综合测控 3 6 7 0 匾 匡 匡 l。一 - -至集控站 1 0 1规约 c o m FDK BUS l 一 lu l c。m 圆 圆 n 36 11 双 机 切 换 器 、G PS _- 。， ： 站月 A服 务 器B报 表 机 l 通 信 管 理 机3 6 1 0 - 7 l 通 信 管 理 机3 6 1 0 8 l l I l l I I I l l l l l 通信管理机 通信管理机 通信管理 机 通信管理机 通信 管理机 通信管理机 3 61 0 -1 3 6 1 0 - 2 3 61 0 - 3 3 61 0 - 4 3 61 0 - 5 3 61 0 - 6 I F d k b u s 接 人 间 隔 测 控 F d k b u s 接 人 间 隔 测 控 R S 2 3 2 ， 4 8 5串口接入外厂家保护及智能设 备 RS 2 3 2 ， 4 8 5串口接入外厂家保护及智 能设备 图 1 乌海 电业 局 2 2 0 k V顺 达 变 综 自系 统 图 设备作为一个 以太 网节点直接连接到以太网上 ： 第 2种 为 几 个 不 具 备 以 太 网 接 口 的 智 能 电 子 设 备 ( I E D)通过 R S 一 4 2 2 4 8 5或者现场总线等方式连接 在 一起 然 后通 过一 个具有 嵌入 式 以太网 接 口的通 信管理单元连接到以太网上 。该系统中通信方案为 以太网第 2种模式组 网， 第 3层f 间隔层 ) 所有测控 装置与第 2层f 通信层 )采用东方 电子的 F D K B U S 规约和 4 8 5总线进行数据交换 ：在第 1 层变电站层 与 问隔层 采用 以太 T C P I P规 约 传送转 发表 。 2 2自动化 系统存 在 的 问题 原系统 技术 思想 和 网络结构 是可 行的 但在 工 程实践和几年的运行维护中却存在诸多问题 。 f 1 )受原有 D F 3 6 1 0装置 限制 ， 转发表字符描 述 只能用 8个 字符 造成 信息 点描 述不 清楚 ， 后 台调 试 、 维护 、 修改 困难 信息冗余量逐渐庞大 。 f 2 )R T U主控 单元 原 设 计为 一主 一 备 、 热备 用 方式 但承担通信的 2台主控 3 6 1 0在扩建后分别接 入了不同的测控及保护装置使得方案中主备方式 已无法实现 其中 1 台装置故障 该台设备所接信息 全 部无 法上 传后 台与 远动 同时 在 切改 、 扩建 时如 需要 对主控 单元 进行 数 据更新 会造成中调 、 地调的远传数据中断 ， 所接测 控 、 保护无法上传后台 f 3 )顺 达 站后 台 系统 为 D F 1 8 0 0系统 ， 该 系统 不支持 1 0 3规约 而 C D T规约只能接入 5 l 2个点 ， 信息量的限制对后续工作造成极大影响 ：后期的屡 次 切 改 、 扩 容 中 因 C D T规 约 容 量 不够 ， 而多 次 施 工 太网 A 太网 B 中对 自动化 系统 的接入 没有施 工标 准 往往 是 对 D F 3 6 1 0装置没有规划 “ 就近接入 ” ： 布线混乱、 规约点 号信息混乱、冗余的信息非常多 ：现承担站控层的 3 6 1 0装置容量 已满 无法接入集控站 同时也不能 再 接入 任何 装置 信号 f 4 )后 台 软 件 D F 1 8 0 0是 东 方 电 子 中心 所 开 发 而 保 护 为 东 方 电 子 系统 所 开 发 两 个 部 门 的技 术路 线不 同 即便是厂家来进行现场维护 也是非 常 困难 的 3 改造方案 比较 3 1 方 案一 采用当前流行的高速以太网更换所有测控装 置 变电站层与间隔层共享以太网 取消了传统的通 信 单元 主 干 网络结 构 采用光 纤 自愈环 型 以太 网或 1 0 0 Mb i t s 高速以太网 间隔层与过程层设备直接 采用 双绞 线 以星 型方 式接 入 主干 网 用 T C P I P网络 协议通信 取消转发表方式。 对于其他智能 电子设备 ( I D E s ) 具有以太 网接口可直接接入主干网， 否则通 过 网关 实现 规 约转换 后接入 系统 。 优点： 这种方案是 目前最新的 自动化通信模式 ， 可 以彻底 解 决 网络本 身 存在 的各 种 问题 ： 舍 弃 F D K B U S总线规约和 1 0 1规约 系统稳定 、 响应速度快且 日后 维护 方便 缺点 ： 许多早期设备没有 以太 网接 口， 面临无法 接入系统的风险： 因该站是重要枢纽变 电站 ， 全站停 维普资讯 2 0 0 8 年第 2 6 卷第3 期 内 蒙 古 电 力 技 术 I 7 电困难 采用该方案施工 ， 存在系统切换期内站内数 据无法 监控 的安 全风 险 ： 投资 巨大 ， 原有 测控 装 置全 部 淘 汰 采 用该 方案 预计 工程 总造 价 7 0万元 左 右 。 3 - 2方 案二 以原有 网络 为基 础 更换 站 内故 障的 2台通 信 管理机 重新优化规范站内网络结构 具备双机热备 用功能 ： 更改全站通信管理机底层规约 通信管理机 全部 采用 以太 网 1 0 1 规 约 ：增加 站控 层通 信管 理装 置 D F 3 6 1 0 1台 专 门负 责管 理 2 2 0 k v变 电站 内各 保护测控设备 并将相关信息 向后 台转发 该方案未 更换测控系统 但 以实现系统的稳定运行和正常维 护 为 目标 争取 以最 小成 本 实现最 大 收益 3 - 3 方案选 择 经过 慎重 的技术 经 济分 析 比较后 决 定采 用方 案二对该站 自动化系统进行优化改造 从 2 0 0 7 1 0 开始历 时 4 5 d ， 在全站未停 电、 未 中断通信 的条件 下 对 全站 近 4 0 0 0个 信息 点 全部 重新 规 划 实现 了 集控站接入 、 后台、 地调信息准确无误 的目标 改造 工程 ( 包 括淘 汰 更 换 原 有后 台机 在 内 ) 总造 价 为 3 0 万元 改 造后 经过 半年 的运 行 效果 良好 4 变 电站 自动化 系统建设 与改造 建议 4 1 系统 网络通 信 结构 的选择 乌 海局 从 2 0 0 0年 三 道 坎 变 电站 开 始 应用 变 电 站综合 自动化系统到现在 全局各 电压等级 2 4座不 同 厂家 、不 同技 术 方案 的 自动 化 变 电 站 已超 过 8 5 在短短的几年间系统的方案已更新换代 了多次 不 同时期 的产 品给运 行维护 带 来 了巨大 的 困难 目前变 电站 自动 化 系统技 术 已相对 成熟 在 系 统的主干网络结构选择 中应采用高速 以太 网间隔 层 与过程 层 设备 直接 采用 双绞 线 以星型方 式接 入 主 干 网高速 以太 网结构 如条 件允 许应 优先 考虑 光 纤 自愈环型 以太 网 4 - 2不 同产 品的接 口问题 接 口是 综合 自动化 系统 中非 常重要 而 又长期 未 得 到妥 善解 决 的 问题 包 括 I E D设 备及 小 电流接 地 装置 、 故障录波 、 无功装置等与通信管理机等设备之 间的通信。在本次改造中有部分保护和其他早期设 备 ， 厂家 也 没有 留下通 信规 约或 联系 不 到开发 人员 最 后 只有 通 过硬接 点接 入 系统 导致信 息 不完 整 最 终会 影 响事故 的分 析 如 果 所 有 厂 家 自动 化 产 品 的数 据 接 口遵 循 统 一 、开 放 的数 据接 15标 准 ， 则 上述 问题 可得 到很 好解 决 目前 I E C 6 1 8 5 0标 准得 到广 泛认 可 未来 的变 电 站 自动化系统必将是依 照 I E C 6 1 8 5 0标准实现 的 作 为 电力 的生产 单位 应 给予关 注并 做好 充分 准 备 4 3验 收规 范 在 变 电站 自动化 系统 改造 中 有许 多 问题是 在 变 电站 投运 时就存 在 的 在变 电站 验 收工作 中 往 往 只满足当时的功能实现及画面美观 ， 对网络布线 、 软 件 系统 关注不 够 而变 电站 自动化 系统使 得 继 电保 护 、 远动、 计量 、 变电运行等各专业相互渗透 ， 传统 的 技术 分 工 、专 业管 理 已经 不能适 应 变 电站 自动化技 术 的发展 近期 电力公 司 已发布 变 电站 自动 化 系统 验收规范 ， 必将对 自动化