500kV羅洞變電站的綜自改造工程實例分析

摘要：通過對500kV羅洞變電站監控系統升級改造工程實例進行分析，闡述了變電站由傳統監控模式改造為綜合自動化系統的工作思路，并對羅洞變電站綜合自動化改造中遇到的間隔層閉鎖處理方式、遠動雙機無縫切換方式等難點進行分析，給出了羅洞變電站具體改造方案和一些現場技術問題處理方法。

關鍵詞：間隔層聯閉鎖；雙機無縫切換；綜合自動化改造

作者簡介：劉毅（1978-），男，廣東臺山人，佛山供電局電力調度通信中心，工程師。（廣東 佛山 528000）

中圖分類號：TM63 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）15-0248-03

500kV羅洞站是佛山骨干的變電站，有6串500kV開關、8條500kV線路（其中4條是從梧州、賀州過來500kV西電東送線路，分別是梧羅1線、梧羅2線、賀羅1線、賀羅2線）、4臺主變壓器。全站共有96個一次間隔。因羅洞站在電網中的位置重要，南網總調和廣東中調、佛山地調對該站的關注度非常高，對變電站站內值班監控系統易操作、易維護、可靠性等都提出了較高的要求，尤其是對各級調度遠傳遙信、遙測量的實時性要求。

羅洞變電站原監控系統是1998年上線運行的南瑞科技BSJ2200監控系統，新監控系統采用南京中德公司的NSC2000綜合自動化系統，如何更有效率、更好、更安全地進行新舊系統過渡，滿足安全穩定運行要求，是本次綜自改造的重點。

一、羅洞變電站監控系統現狀

500千伏羅洞站是20世紀90年代初投入運行的變電所，由于當時技術的局限性，采用的是一種介于傳統計算機監控系統和變電站自動化系統之間的集中選控方式的監控系統，由韓國金星公司提供設備。該系統包括集中監視屏（S/V）、直接控制屏及輔助繼電器屏（C/P）、選控臺（C/D）和計算機數據處理系統（DPS），原系統采用交流采樣，變送器及大量中間繼電器，為了實現隔離開關、接地刀閘的防誤閉鎖，在（C/P）屏中采用大量中間繼電器的輔助接點彼此串聯，實現閉鎖邏輯，為了實現3/2斷路器合閘時同期電壓“近區優先”的原則，同樣采用大量繼電器相互閉鎖，致使屏內接線十分復雜，特別經過后期多次擴建，使得二次設備接線較混亂。自變電所投運以來，雖然該系統運行情況比較穩定，但二次屏柜結構臃腫接線復雜，繼電器損壞后國內沒有替代產品，后期經過多次擴建及不規范改造也給變電站的運行維護帶來很大困難。經過多次改造多次后，網絡構造如圖1所示。

變電站采用三層結構，LCU作為前置機，負責轉發測控裝置采集的數據，前置機與測控單元之間采用F-NET總線連接，前置機與當地監控、遠動機之間采用10M以太網進行連接。使用該種網絡拓撲方式，前置機與測控單元之間采用連接，現場總線取代以往現場儀表廣泛使用的4mA～20mA標準模擬信號傳輸方式比較先進的傳輸模擬，屬于相對先進的通訊模式，但對于這次羅洞站綜自改造的信息量來說傳輸速度是不夠的。表1是幾種總線方式和以太網絡速率比較的結果。

表1 總線方式和以太網絡速率比較

總線名稱 LonWork Profibu CAN 100M以太網

速率 300bps至15Mbps 96～12kbps 1 Mbps以內 100Mbps

最大傳輸距離 1.25M時為130m 12kbps時為1000m 1Mbps/40m

（雙絞線） 100m

從表中數據可以看出，假如不改變通訊方式，仍然使用現場總線，目前最好的方式是LONWORK網，但是速率也只能15Mbps，而使用百兆以上以太網比現場總線速度和傳輸距離都優秀，現場總線在傳送開關位置、刀閘位置、保護動作等信號情況下可適用，但對于目前為了分析方便增加了各種各樣告警信號，對增加測控裝置之間通訊功能，實現部分相互閉鎖功能及間隔層五防的要求來說，現場總線的傳輸速率遠遠不能滿足需要。

根據羅洞站的一次設備需要，選用100M及以上的以太網作為通訊連接介質。滿足該功能后，前置機這一級也可以去掉，因為100M以上以太網完全能滿足需要，為保證羅洞站數據上送的速度符合自動化驗收要求。更采用千兆以太網和百兆以太網級聯的方式進行網絡通訊方式，使用三組百兆以太網各負責各自的電壓等級，因為羅洞站有三種電壓等級，因此三組百兆以太網分別為500kV以太網交換機、220kV以太網交換機、35kV以太網交換機。那么根據這種方案得出的結構如圖2所示。

另外，還有增加保護通訊、與直流屏通訊裝置等智能裝置通訊的功能，通過接入管理機實現。

為了驗證該種方式網絡實時性滿足要求，可根據網絡互聯設備測試RFC2544標準進行數據吞吐率、延時、背靠背等標準要求性能測試：丟包率、數據吞吐率、延時、背靠背。

二、測控裝置的改造

這次改造測控裝置采用原裝西門子6MD系列測控，測控在網絡中的數據可以有4種流向：測控裝置與后臺系統的數據交換；測控裝置與遠動機系統的數據交換；測控裝置與測控裝置之間的數據交換；雙機之間的數據交換。以上4種數據交換相互獨立、互不影響。

從第一種和第二種方式的數據交換可以看出測控裝置與后臺機和遠動機的數據交換是獨立的，而傳統的系統通常都需要一臺前置機。依靠前置機，測控裝置的數據才能分別與后臺和遠動的數據進行交換。這樣做的好處就是省去了傳統變電站中的前置機，不會因為前置機的失效而使當地后臺和調度系統同時失去數據。傳統的系統也沒有第三種數據交換方式。這主要是為了便于實現間隔層聯閉鎖。

測控與測控裝置間的通訊功能方便實現間隔層閉鎖，通常的五防聯閉鎖都是在站控層依靠前置機、后臺機或五防機做邏輯實現，或者在設備層設計回路用繼電器方式來實現。前一種方式無法保證在間隔層操作設備時能實現聯閉鎖，后一種方式回路復雜，不容易修改且容易因繼電器問題無法操作。比較這兩種方式，如果在間隔層實現聯閉鎖就不存在上述問題了。目前，變電站都采用分散式的系統結構，每個間隔都采用獨立的測控裝置，本間隔的測控裝置一般是不采集其他間隔信息的。而通常的五防聯閉鎖邏輯跟多個間隔有關，比如合母線刀閘必須要求與該母線連接的所有線路的刀閘均在分位才可以操作。

NSC系統中由于每臺測控裝置都使用網絡的通信方式，通過在每臺裝置的通訊軟件中增加裝置相互通訊的軟件，使裝置能夠互相進行直接通訊，再利用裝置的邏輯編輯模塊實現了間隔層的防誤操作聯閉鎖。

圖3是間隔層設備實現防誤操作的邏輯圖，通過通訊獲得需要實現邏輯的其他裝置采得的信息即外部閉鎖條件，和本間隔自己采得的信息即是某設備的操作允許條件。如果條件允許，則對該設備進行控制操作就可順利完成；若條件不滿足，則不允許控制出口，相當于防誤操作閉鎖。在判斷外部條件時由于是通過通訊獲取的信息，必須判斷本裝置與采集該信息的裝置是否通訊正常，否則視為該信息無效，邏輯閉鎖不允許控制出口。為了保證由于這種因通訊閉鎖或其他正常閉鎖而需要操作的情況，裝置提供一把防誤操作鑰匙，以便解鎖。

另外，測控與測控裝置間的通訊方式能解決近區優先的方式處理，因為能采集旁邊測控的刀閘位置裝置，那么可通過判斷刀閘位置判斷同期應取哪部分電壓，以第四串開關5041、5042、5043三個開關的同期方式來分析：

（1）對5041來講：同期的對側電壓取1M的電壓。本側可有三種選擇：當梧羅1線50416合位，則取梧羅1線電壓；若50416分位，而羅北乙線50436合位，則取羅北乙線電壓；若50416和50436均為分位，則取2M電壓。

（2）對5042來講：同期的對側電壓有兩種選擇，若羅北乙線50436合位，則取羅北乙線電壓；若羅北乙線50436分位，取2M的電壓。本側可有兩種選擇：當梧羅1線50416合位，則取梧羅1線電壓；若50416分位，則取1M電壓。

（3）對5043來講：同期的對側電壓取2M的電壓。本側可有三種選擇：若羅北乙線50436合位，則取羅北乙線電壓；若50436分位，且50416合位，則取梧羅1線電壓；若50416分位，50436分位，則取1M電壓。

三、遠動機系統的改造

1.遠動機改造

各級調度對羅洞站內上送數據要求越來越高，遠動機除了必須使用雙機保證通道不中斷外，如何保證改造過程中遠動機上送數據不跳變成為改造一個比較關鍵的部分。常見的遠動機改造方式有三種：

新舊遠動機同時運行，在改造的過程中將舊遠動機逐漸遷移至新遠動機中。調度主站數據庫需要增加1個新廠站。

新舊遠動機同時運行，舊遠動機接入新遠動機轉發上調度，通道完全在新遠動機接入，調度主站數據庫不變。

新舊遠動機同時運行，舊遠動機接入新遠動機轉發上調度，但舊遠動機有通道接入調度，同時新遠動機也有通道接入調度，調度主站需要增加新廠站。

比較三種遠動機改造方式，第一種改造方式只需要新增一個數據庫，每修改一個間隔，將新間隔移入新數據庫投入使用，但是這種方式對于調度來說無疑增加了工作量，同時由于由于改造時間長，新舊數據庫容易造成混亂。而第三種改造方式同樣也是這樣。因此羅洞站嘗試采用第二種改造方式。

為確保第二種方式上送數據正確，在舊遠動機接入新遠動機時必須將數據庫核對一遍，以保證轉發庫正確。而在這種模式下需注意的一點就是在新遠動機切機的過程中，除了觀察通道是否通訊收發報文正常情況下，還需要留意舊遠動機轉發新遠動機的報文是否收發正常，因此使用這種模式必須使用專門的羅洞站該在切機流程：先下裝#1遠動機，檢查通道數據是否正常，與各級調度核對數據，待數據核對正確后，下裝#2遠動機，檢查通道數據是否正常，與各級調度核對數據。

2.遠動機雙機模式的選擇

遠動機與各級調度的通信方式可以配置為獨立運行或互備方式。如果為互備方式，則同一時間只有一臺機與調度進行通信，通過雙機之間的通信告訴另外一臺機的相應信息。如果一定時間內無法收到調度系統的通信報文，則認為通信中斷，切換到另外一臺機。

如果為獨立方式，則雙機分別與調度系統的不同通道進行通信，不進行切換，選擇的權利在調度系統。

對于同一個調度有多個通道，則可以配置獨立和互備兩種方式。如果配置為互備，則只有一個通道接收和發送數據，其他不接收和發送任何報文。當一定時間內收不到報文判斷通信中斷后，向其他通道切換。

如果配置為獨立，則各個通道獨立接收和發送報文，沒有什么切換關系，獨立運行。

地調DNP串口通訊方式，遠動機設置為雙機獨立方式，地調任一通道下發數據后遠動機就會回答相應的報文。哪一個通道為主通道由調度決定。

主備式遠動機的優點是所有通道運行在主機中，當主機發生故障時可自動切換到備機運行，中德公司6MD2000遠動機雙機互備的判斷是復用系統的A、B網絡進行處理的。如果系統的A、B網由于交換機斷電或其他異常情況就會造成雙機互備通信失效，鑒于羅洞站遠動機的重要性，遠動機間配備一串口相互通訊進行雙機互備的備用判斷方式。雙機雙主的方式，通道全部問數據，而遠動機均回答數據，數據量傳輸大，但是只要在遠動機性能允許下可以使用該方式，同時該方式有其好處，可以均分遠動機負荷，不至于負荷集中于一臺遠動機中，使兩臺機CPU負荷率保持在正常的范圍內，不容易造成機器死機。鑒于羅洞站的特性，地調數據量大，中調、總調數據量相對小，在地調通道模式采用主備，中調、總調采用雙主的模式，即地調通道切換權限在遠動機，中調、總調切換權限在調度，如圖4至圖6所示：

四、系統性能測試

為考驗NSC系統的綜合性能，廣東中試所曾針對該系統進行過極限雪崩試驗。任選20臺測控裝置，每臺接入20個遙信點，每秒鐘對這400個點進行2次變位，持續10秒鐘，共產生8000個遙信變位信號，系統準確快速收到所有信號，不多也不丟失一個信號，同時SOE分辨率在正負1毫秒內。同樣的試驗持續到10分鐘發生368000個信號，系統收到270000個信號，收到信號達到70%以上。同時系統CPU負荷率在30%以下。

五、結語

本文針對羅洞變電站自動化存在的問題進行分析，通過改造將問題消除，并對改造的方法進行了分析探討，改造順利完成并通過驗收，通過一年以上的鞏固期安全運行證明新系統可靠，穩定運行。

（責任編輯：王祝萍）