500 kV變電站綜合自動化系統(tǒng)的改造實例

閔浩

摘 要：對早期投運的安徽某500 kV變電站綜合自動化系統(tǒng)存在的一些不足進行總結分析，從系統(tǒng)的網(wǎng)絡拓撲結構、設備容量等角度進行認真分析討論，結合現(xiàn)場的實際情況對該變電站自動化系統(tǒng)提出完整的升級改造方案。

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

中圖分類號：TM76 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）18-0093-03

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

隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展擴大，電網(wǎng)結構變得越來越復雜，電網(wǎng)對也對變電站自動化系統(tǒng)在安全可靠、精確性、實時動態(tài)響應性等方面提出了更高的要求。

1 變電站自動化系統(tǒng)現(xiàn)狀及原因分析

1.1 變電站自動化系統(tǒng)現(xiàn)狀

500 kV**變電站既是“皖電東送”的重要樞紐，同時也是聯(lián)系長江南北，構建堅強安徽電網(wǎng)的重要組成。2006年投運初期，該站規(guī)模為5串一個半接線的500 kV開關站，為控制成本配套自動化系統(tǒng)設計以開關站模式為藍本設計。

自動化系統(tǒng)采用南京中德保護控制系統(tǒng)有限公司SICAM SAS自動化系統(tǒng)，總控單元為兩臺SICAM總控，測控裝置以6MD66系列測控單元為主，輔以少量6MD63測控單元，間隔層、間隔層與站控層間網(wǎng)絡結構采用了PROFIBUS-FMS/DP總線雙光纖環(huán)網(wǎng)的結構。

投運初期，雙光纖環(huán)網(wǎng)結構展現(xiàn)出了結構簡單、傳輸速度快的特點。設備精度、實時動態(tài)響應性完全滿足500 kV開關站的設計要求。

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)開展了500 kV第六串、第七串擴建、2#主變及雙母雙分段的220 kV間隔擴建、3#所變間隔擴建、高抗低抗間隔擴建、1#主變擴建等近20次擴建工程，間隔層6MD66系列測控單元總數(shù)達到了84臺。

隨著設備的不斷增加SICAM SAS自動化系統(tǒng)出現(xiàn)了遙信上送速度慢、遙測數(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)設備通訊故障頻繁，后臺監(jiān)控系統(tǒng)出現(xiàn)刷屏等現(xiàn)象，特別是1#主變擴建后，遙測數(shù)據(jù)量越來越多，SICAM總控出現(xiàn)了切換頻繁，上傳數(shù)據(jù)異常的情況。

此時站內(nèi)設備通訊情況與各級調度通訊情況如下。

站內(nèi)設備通訊結構如圖1所示。

1.2 原因分析

與各級調度的通訊結構如圖2所示。

分析造成原因主要有以下四點。

①現(xiàn)場接入測控單元過多，超過了SICAM總控設計的最大數(shù)，在變化遙測過多時，會導致數(shù)據(jù)流量過大，阻塞總控緩存，導致上傳數(shù)據(jù)異常。

②雙光纖環(huán)網(wǎng)接入設備過多，上傳數(shù)據(jù)量過大，導致環(huán)網(wǎng)傳輸效率降低。

③擴建小室距離越來越遠，雙光纖環(huán)網(wǎng)傳輸距離過長，在沒有中繼器且光端機的發(fā)射光功率和接收靈敏度不變的情況下，光纖衰耗值變大。當環(huán)網(wǎng)中某測控單元的通訊模件出現(xiàn)故障時，該點的衰耗被進一步放大，從而導致相鄰幾臺測控單元的通訊出現(xiàn)瞬時中斷，在測控通信恢復正常時，當前測控所有數(shù)據(jù)將上傳至后臺造成環(huán)網(wǎng)內(nèi)設備通訊頻繁故障及刷屏等現(xiàn)象。

④過多設備的接入，導致使得間隔層與站控層間的環(huán)網(wǎng)由一個增加到三，使得雙光纖環(huán)網(wǎng)結構復雜化。

此外，由于環(huán)網(wǎng)本身的拓撲結構決定了雙光纖環(huán)網(wǎng)結構存在維護困難、擴展困難的特點。

2 升級改造方案

根據(jù)現(xiàn)場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6MD2200遠動通信主單元，采用更高性能的西門子6MD2200作為遠動機，向網(wǎng)調、省調、地調、當涂變后臺傳輸數(shù)據(jù)，解決了數(shù)據(jù)傳輸瓶頸。

2.2 改造站控層網(wǎng)絡結構

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

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

為保證改造過程中500 kV變電站自動化數(shù)據(jù)的正常傳輸，特別是聯(lián)閉鎖系統(tǒng)的正常運轉，決定將網(wǎng)絡結構逐步從雙光纖環(huán)網(wǎng)向星型以太網(wǎng)改造。

前期將部分測控裝置的網(wǎng)絡拓撲由環(huán)形改為星型結構，減少雙光纖環(huán)網(wǎng)上的裝置數(shù)量，保證網(wǎng)絡暢通，此時系統(tǒng)采用的星型和光纖環(huán)網(wǎng)混合網(wǎng)絡。后期逐步過渡到全星型以太網(wǎng)結構。

2.3 改造過程中的處理措施

改造過程中原SICAM總控裝置作為新系統(tǒng)中一個數(shù)據(jù)單元向6MD2200遠動通信主單元傳輸數(shù)據(jù)，先將原SICAM總控裝置聯(lián)接的不參與聯(lián)閉鎖的測控裝置接入新網(wǎng)絡，參與聯(lián)閉鎖的測控裝置結合停電計劃逐漸將退出SICAM總控裝置并接入新網(wǎng)絡。

測控裝置更換網(wǎng)絡需要短暫停用設備，并將原雙光纖通訊模塊更換為雙網(wǎng)絡通訊模塊。

改造后期測控裝置全部轉移至新網(wǎng)絡后，已服役多年的SICAM總控裝置退役。

改造前期站內(nèi)設備通訊情況與各級調度通訊情況如下：

改造前期站內(nèi)設備通訊結構如圖3所示。

改造前期站與各級調度的通訊結構如圖4所示。

改造后期站內(nèi)設備通訊結構，如圖5所示。

改造后期站與各級調度的通訊結構，如圖6所示。

3 結 語

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

經(jīng)升級改造后，該500 kV變電站綜合自動化系統(tǒng)網(wǎng)絡通訊負荷合理分配，保證通訊負荷不過載，不會出現(xiàn)“瓶頸”現(xiàn)象。此外對站內(nèi)自動化網(wǎng)絡的性能合理劃分，根據(jù)數(shù)據(jù)的特征——實時性的要求以及實時性指標的高低進行處理。改造后的網(wǎng)絡結構靈活，可擴展性好，維修調試更加方便。

參考文獻：

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