某變電站通信網絡子系統升級設計

國網陜西省電力公司檢修公司 謝利勛

西安工程大學計算機學院 陳紫薇 孫 媛 任曉妮

某變電站通信網絡子系統升級設計

國網陜西省電力公司檢修公司 謝利勛

西安工程大學計算機學院 陳紫薇 孫 媛 任曉妮

針對變電站通信網絡子系統改造的需求，對變電站現有的設備和連接方式進行了深入地調查研究，規劃了雙平面調度數據網絡接入系統的方案，并完成了工程實施方案的設計。根據現場實際情況，完成了通信設備屏和數據網接入設備屏的重新布局，增加了DDF和ODF配線架，實現了冗余電源系統的設計等工作。通過現場施工、配置組態和聯調，通信、網絡和終端設備都成功接入各自的系統。

光纖通信；調度數據網絡；縱向IP加密認證網關；終端設備；逆變電源

引言

根據上級調控中心和國家電力公司調度數據網絡標準[1]的有關要求，項目組負責了變電站調度數據通信網絡的升級改造工作。這些早期建設的變電站調度數據網絡采用單平面網絡設計，不滿足冗余配置的要求；數據網絡中縱向IP加密認證裝置配置不夠，也不符合要求。基于這一現狀，規劃設計了一種新的雙平面調度數據網絡通信子系統，并進行了實施方案設計，以期達到變電站網絡通信子系統升級改造的目的。

1.調度數據通信網的現狀

早期建成的變電站數據通信網主要使用網絡方式實現自動化信息的接入。數據通信網子系統主要包括調度數據網絡設備屏和光纖通信設備屏兩部分。調度數據網絡設備屏主要由交換機、路由器等設備組成，實現自動化信息的接入。通信設備屏主要由光端機和PCM等組成，主要實現變電站之間的光纖通信連接和電話通信等功能。調度數據網絡中的路由器通過一路E1同軸電纜連接到光端機，光端機再跳接至架空光纜，與對側變電站實現光通信連接，從而實現數據信息的遠程傳輸，如圖1所示。

圖1 變電站自動化信息接入系統的現狀

由于這些變電站數據通信網設備的已運行多年，與電力公司新近下達的規范要求相比，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度數據網實現信息接入，網絡設備沒有雙平面冗余設計；（2）調度數據網絡中沒有安裝或者只安裝了1臺縱向IP加密認證網關，而且該裝置旁路運行，沒有實際投入運行；（3）早期裝備的遠動終端（Remote Terminal Unit, RTU）沒有網絡接口，沒有接入網絡，而是采用PCM的異步串口接入；（4）部分網絡設備已停產，需要替換新的設備。

2.變電站調度數據通信網絡規劃

隨著電力調度自動化通信技術的發展，廠站端的自動化信息要統一采用網絡方式接入系統。電力調度數據網絡建設的總原則是“網絡專用，安全分區，橫向隔離，縱向加密”十六字方針[2-3]。同時，為了提高網絡通信的可靠性，網絡設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備存在問題，則自動切換到另一平面的網絡上運行[4-5]。為此，這些變電站的電力調度數據網絡SPDnet要新增第2平面網絡設備，同時更換遠動通信單元，使其具備雙平面調度數據網的接入能力。新規劃的變電站數據通信子系統如圖2所示。

圖2 變電站調度數據通信網規劃

由圖2可見，新規劃的調度數據通信網有如下幾個方面的特點：（1）調度數據網設備由兩套完全獨立功能相同的網絡接入設備組成，實現了網絡接入的冗余配置，進一步提高網絡通信的可靠性；（2）遠動通信管理機和電能量遠方終端（energy Remote Terminal Unit, eRTU）都采用雙網絡接入調度數據網；（3）PCM專職變電站電話通信，不再使用其異步串口實現RTU接入。這種方式存在串口通信線長，數據通信壓接在音頻配線架，容易產生掉線故障；（4）第1、2平面的路由器采用雙E1接口與光端機連接，增強E1連接的可靠性；（5）改造后的調度數據網絡配齊的縱向IP加密認證網關；（6）增加DDF數字配線架和ODF光纖配線架，方便信號檢測和聯調測試；（7）新增雙冗余的逆變電源，分別給2個平面的數據網設備供電。同時增加了AC 220V備自投裝置，實現逆變電源的交流輸出給自動化和電能量遠方終端供電，提高這些設備的電源可靠性。

因此，新規劃的網絡通信子系統普遍采用了雙冗余設計，具有更高的可靠性，符合有關文件的要求。

3.工程實施方案

在完成變電站通信網絡子系統規劃設計之后，參照現有設計[6]，進一步采用AutoCAD軟件繪制設計了工程實施方案的圖紙。原有變電站的網絡通信子系統由2面屏體組成，分別是光纖通信設備屏和數據網接入設備屏。在擴展1個平面的調度數據網絡設備之后，網絡接入設備屏的設備過多，其逆變電源和備自投裝置移至通信設備屏內安裝，因此對兩面屏體進行了重新的布局設計。

3.1 增加DDF和ODF配線架

原有的光纖通信電路沒有安裝數字配線架和光纖配線架，通信閉環檢測和光信號衰減測試都不方便。根據要求，本期改造增加了DDF32數字配線架和 ODF24光纖配線架，2個配線架都安裝在通信設備屏。使用配線架進行通信信號轉接后，增加了信號纜的標識，規整了通信連接，提高了通信檢測的方便性。

3.2 雙冗余電源系統

雙冗余電源系統安裝在通信設備屏的下端，給通信屏和數據網屏的電源供電，如圖3所示。圖3中，設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端子上轉接，2個逆變電源分別獨立給數據網屏中2個平面的網絡設備供電，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，一類是給屏內的-48V通信電源，該電源給光端機供電；另一類是給自動化終端供電，通過屏內接線端子外引。根據網絡和自動化終端設備的的容量需求，每臺逆變電源的容量選擇3kW的功率。

3.3 調度數據網設備的連接關系

圖3 冗余電源施工方案

調度數據網設備由兩個互為備用、功能相同的網絡節點組成。每個網絡節點目前實現了Ⅰ區和Ⅱ區終端設備的接入。每個區的接入設備都是24口網絡交換機，交換機出口報文經過加密認證處理后接入路由器，路由器有兩個快速以太網接口FE0和FE1分別用于Ⅰ區和Ⅱ區信息的接入。這里以第1平面網絡節點為例，連接方式如圖4所示。

圖4 數據網設備屏內連接方式

為了實現Ⅰ區和Ⅱ區信息的安全隔離，路由器采用了VPN虛擬網絡專線方法實現信息傳輸的復用。

4.結束語

在完成變電站通信網絡子系統的規劃與實施方案設計之后，進一步進行了設備的施工、配置組態和聯調，通信、網絡和終端設備都成功接入各自的系統，數據通信正確可靠，達到了項目工程改造的目標。下一步將對變電站具有兩路光纖接入不同對側變電站的情況進行進一步的研究與設計。

[1]國家能源局．DL/T 1306-2013 國家電網調度數據網接入網技術規范[S]．北京:中國電力出版社,2013．

[2]國家經濟貿易委員會．電網和電廠計算機監控系統及調度數據網絡安全防護規定[S]．信息網絡安全,第30號令,2002．

[3]國家電監會．電力二次系統安全防護總體方案[S]．電監安全〔2006〕34號(附件1),2006．

[4]黃國兵,金勇,賈榮興等．某電能量遠方終端雙平面網絡接口設計[J]．西安工程大學學報,2016,30(1):102-106．

[5]朱婷婷．基于雙平面調度數據網絡的發電廠特色應用[J]．電工技術,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，主要從事電力系統自動化領域的研究與設備運行維護工作。

西安市2012年產業技術創新計劃-技術轉移促進工程（項目編號：CX12185-3）。