某變電站通信網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)升級設(shè)計(jì)

國網(wǎng)陜西省電力公司檢修公司 謝利勛

西安工程大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院 陳紫薇 孫 媛 任曉妮

某變電站通信網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)升級設(shè)計(jì)

國網(wǎng)陜西省電力公司檢修公司 謝利勛

西安工程大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院 陳紫薇 孫 媛 任曉妮

針對變電站通信網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)改造的需求，對變電站現(xiàn)有的設(shè)備和連接方式進(jìn)行了深入地調(diào)查研究，規(guī)劃了雙平面調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)接入系統(tǒng)的方案，并完成了工程實(shí)施方案的設(shè)計(jì)。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，完成了通信設(shè)備屏和數(shù)據(jù)網(wǎng)接入設(shè)備屏的重新布局，增加了DDF和ODF配線架，實(shí)現(xiàn)了冗余電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)等工作。通過現(xiàn)場施工、配置組態(tài)和聯(lián)調(diào)，通信、網(wǎng)絡(luò)和終端設(shè)備都成功接入各自的系統(tǒng)。

光纖通信；調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)；縱向IP加密認(rèn)證網(wǎng)關(guān)；終端設(shè)備；逆變電源

引言

根據(jù)上級調(diào)控中心和國家電力公司調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)[1]的有關(guān)要求，項(xiàng)目組負(fù)責(zé)了變電站調(diào)度數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的升級改造工作。這些早期建設(shè)的變電站調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)采用單平面網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，不滿足冗余配置的要求；數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中縱向IP加密認(rèn)證裝置配置不夠，也不符合要求。基于這一現(xiàn)狀，規(guī)劃設(shè)計(jì)了一種新的雙平面調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)通信子系統(tǒng)，并進(jìn)行了實(shí)施方案設(shè)計(jì)，以期達(dá)到變電站網(wǎng)絡(luò)通信子系統(tǒng)升級改造的目的。

1.調(diào)度數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的現(xiàn)狀

早期建成的變電站數(shù)據(jù)通信網(wǎng)主要使用網(wǎng)絡(luò)方式實(shí)現(xiàn)自動化信息的接入。數(shù)據(jù)通信網(wǎng)子系統(tǒng)主要包括調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備屏和光纖通信設(shè)備屏兩部分。調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備屏主要由交換機(jī)、路由器等設(shè)備組成，實(shí)現(xiàn)自動化信息的接入。通信設(shè)備屏主要由光端機(jī)和PCM等組成，主要實(shí)現(xiàn)變電站之間的光纖通信連接和電話通信等功能。調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中的路由器通過一路E1同軸電纜連接到光端機(jī)，光端機(jī)再跳接至架空光纜，與對側(cè)變電站實(shí)現(xiàn)光通信連接，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的遠(yuǎn)程傳輸，如圖1所示。

圖1 變電站自動化信息接入系統(tǒng)的現(xiàn)狀

由于這些變電站數(shù)據(jù)通信網(wǎng)設(shè)備的已運(yùn)行多年，與電力公司新近下達(dá)的規(guī)范要求相比，已有許多不相符的地方，主要問題如下：（1）這些變電站都采用單平面調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)信息接入，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備沒有雙平面冗余設(shè)計(jì)；（2）調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中沒有安裝或者只安裝了1臺縱向IP加密認(rèn)證網(wǎng)關(guān)，而且該裝置旁路運(yùn)行，沒有實(shí)際投入運(yùn)行；（3）早期裝備的遠(yuǎn)動終端（Remote Terminal Unit, RTU）沒有網(wǎng)絡(luò)接口，沒有接入網(wǎng)絡(luò)，而是采用PCM的異步串口接入；（4）部分網(wǎng)絡(luò)設(shè)備已停產(chǎn)，需要替換新的設(shè)備。

2.變電站調(diào)度數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

隨著電力調(diào)度自動化通信技術(shù)的發(fā)展，廠站端的自動化信息要統(tǒng)一采用網(wǎng)絡(luò)方式接入系統(tǒng)。電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的總原則是“網(wǎng)絡(luò)專用，安全分區(qū)，橫向隔離，縱向加密”十六字方針[2-3]。同時，為了提高網(wǎng)絡(luò)通信的可靠性，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和通信接口都盡量采用雙冗余配置，一旦其中一個平面的設(shè)備存在問題，則自動切換到另一平面的網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行[4-5]。為此，這些變電站的電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)SPDnet要新增第2平面網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，同時更換遠(yuǎn)動通信單元，使其具備雙平面調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)的接入能力。新規(guī)劃的變電站數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 變電站調(diào)度數(shù)據(jù)通信網(wǎng)規(guī)劃

由圖2可見，新規(guī)劃的調(diào)度數(shù)據(jù)通信網(wǎng)有如下幾個方面的特點(diǎn)：（1）調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)設(shè)備由兩套完全獨(dú)立功能相同的網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備組成，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)接入的冗余配置，進(jìn)一步提高網(wǎng)絡(luò)通信的可靠性；（2）遠(yuǎn)動通信管理機(jī)和電能量遠(yuǎn)方終端（energy Remote Terminal Unit, eRTU）都采用雙網(wǎng)絡(luò)接入調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)；（3）PCM專職變電站電話通信，不再使用其異步串口實(shí)現(xiàn)RTU接入。這種方式存在串口通信線長，數(shù)據(jù)通信壓接在音頻配線架，容易產(chǎn)生掉線故障；（4）第1、2平面的路由器采用雙E1接口與光端機(jī)連接，增強(qiáng)E1連接的可靠性；（5）改造后的調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)配齊的縱向IP加密認(rèn)證網(wǎng)關(guān)；（6）增加DDF數(shù)字配線架和ODF光纖配線架，方便信號檢測和聯(lián)調(diào)測試；（7）新增雙冗余的逆變電源，分別給2個平面的數(shù)據(jù)網(wǎng)設(shè)備供電。同時增加了AC 220V備自投裝置，實(shí)現(xiàn)逆變電源的交流輸出給自動化和電能量遠(yuǎn)方終端供電，提高這些設(shè)備的電源可靠性。

因此，新規(guī)劃的網(wǎng)絡(luò)通信子系統(tǒng)普遍采用了雙冗余設(shè)計(jì)，具有更高的可靠性，符合有關(guān)文件的要求。

3.工程實(shí)施方案

在完成變電站通信網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)之后，參照現(xiàn)有設(shè)計(jì)[6]，進(jìn)一步采用AutoCAD軟件繪制設(shè)計(jì)了工程實(shí)施方案的圖紙。原有變電站的網(wǎng)絡(luò)通信子系統(tǒng)由2面屏體組成，分別是光纖通信設(shè)備屏和數(shù)據(jù)網(wǎng)接入設(shè)備屏。在擴(kuò)展1個平面的調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之后，網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備屏的設(shè)備過多，其逆變電源和備自投裝置移至通信設(shè)備屏內(nèi)安裝，因此對兩面屏體進(jìn)行了重新的布局設(shè)計(jì)。

3.1 增加DDF和ODF配線架

原有的光纖通信電路沒有安裝數(shù)字配線架和光纖配線架，通信閉環(huán)檢測和光信號衰減測試都不方便。根據(jù)要求，本期改造增加了DDF32數(shù)字配線架和 ODF24光纖配線架，2個配線架都安裝在通信設(shè)備屏。使用配線架進(jìn)行通信信號轉(zhuǎn)接后，增加了信號纜的標(biāo)識，規(guī)整了通信連接，提高了通信檢測的方便性。

3.2 雙冗余電源系統(tǒng)

雙冗余電源系統(tǒng)安裝在通信設(shè)備屏的下端，給通信屏和數(shù)據(jù)網(wǎng)屏的電源供電，如圖3所示。圖3中，設(shè)備的供電電源分別來自直流電源分配屏和交流電源分配屏。2個逆變電源有各自的交直流空開，一旦逆變電源故障，可以分別切除其電源供電。逆變電源的輸出連接到屏內(nèi)端子上轉(zhuǎn)接，2個逆變電源分別獨(dú)立給數(shù)據(jù)網(wǎng)屏中2個平面的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備供電，同時逆變電源的2路輸出又連接到交流電源備自投裝置的輸入。備自投的輸出分為兩類，一類是給屏內(nèi)的-48V通信電源，該電源給光端機(jī)供電；另一類是給自動化終端供電，通過屏內(nèi)接線端子外引。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)和自動化終端設(shè)備的的容量需求，每臺逆變電源的容量選擇3kW的功率。

3.3 調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)設(shè)備的連接關(guān)系

圖3 冗余電源施工方案

調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)設(shè)備由兩個互為備用、功能相同的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)組成。每個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)目前實(shí)現(xiàn)了Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)終端設(shè)備的接入。每個區(qū)的接入設(shè)備都是24口網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，交換機(jī)出口報文經(jīng)過加密認(rèn)證處理后接入路由器，路由器有兩個快速以太網(wǎng)接口FE0和FE1分別用于Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)信息的接入。這里以第1平面網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)為例，連接方式如圖4所示。

圖4 數(shù)據(jù)網(wǎng)設(shè)備屏內(nèi)連接方式

為了實(shí)現(xiàn)Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)信息的安全隔離，路由器采用了VPN虛擬網(wǎng)絡(luò)專線方法實(shí)現(xiàn)信息傳輸?shù)膹?fù)用。

4.結(jié)束語

在完成變電站通信網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)的規(guī)劃與實(shí)施方案設(shè)計(jì)之后，進(jìn)一步進(jìn)行了設(shè)備的施工、配置組態(tài)和聯(lián)調(diào)，通信、網(wǎng)絡(luò)和終端設(shè)備都成功接入各自的系統(tǒng)，數(shù)據(jù)通信正確可靠，達(dá)到了項(xiàng)目工程改造的目標(biāo)。下一步將對變電站具有兩路光纖接入不同對側(cè)變電站的情況進(jìn)行進(jìn)一步的研究與設(shè)計(jì)。

[1]國家能源局．DL/T 1306-2013 國家電網(wǎng)調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)接入網(wǎng)技術(shù)規(guī)范[S]．北京:中國電力出版社,2013．

[2]國家經(jīng)濟(jì)貿(mào)易委員會．電網(wǎng)和電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)及調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)規(guī)定[S]．信息網(wǎng)絡(luò)安全,第30號令,2002．

[3]國家電監(jiān)會．電力二次系統(tǒng)安全防護(hù)總體方案[S]．電監(jiān)安全〔2006〕34號(附件1),2006．

[4]黃國兵,金勇,賈榮興等．某電能量遠(yuǎn)方終端雙平面網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)計(jì)[J]．西安工程大學(xué)學(xué)報,2016,30(1):102-106．

[5]朱婷婷．基于雙平面調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)電廠特色應(yīng)用[J]．電工技術(shù),2015,1(3):112-113．

[6]賈榮興,石華棟,藺元等．大柳塔熱電廠自動化信息接入方案[J]．電子世界,2014(7):37-38．

謝利勛(1984—），男，陜西寶雞人，碩士，主要從事電力系統(tǒng)自動化領(lǐng)域的研究與設(shè)備運(yùn)行維護(hù)工作。

西安市2012年產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新計(jì)劃-技術(shù)轉(zhuǎn)移促進(jìn)工程（項(xiàng)目編號：CX12185-3）。