35kV變電站的綜合自動化改造
發(fā)布日期：2016-08-01 來源：《上海設(shè)備管理》
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變電站的綜合自動化裝置屬于電網(wǎng)的三次設(shè)備，主要用于采集各線路的電流、電壓、功率等實時數(shù)據(jù)，監(jiān)控電網(wǎng)各開關(guān)的實時狀態(tài)，將這些數(shù)據(jù)通過通信設(shè)備、光纜傳給電網(wǎng)調(diào)控中心，并通過自動化主站系統(tǒng)（上海長興供電公司為DF8002型系統(tǒng)）前置機處理直接顯示在調(diào)度臺的顯示器和模擬屏上。調(diào)度員可以隨時看到這些運行參數(shù)和全系統(tǒng)運行方式、潮流圖等，還可以立刻“看到”開關(guān)等設(shè)備的事故跳閘情況。通過綜合自動化系統(tǒng)，調(diào)度可以有效地對管轄內(nèi)電網(wǎng)的運行狀態(tài)進行實時的監(jiān)控或直接對某些開關(guān)進行投入和切除的操作。自動化系統(tǒng)的采用，使電力系統(tǒng)可以實現(xiàn)最基本的 “三遙”（即遙測、遙信、遙控）及遙調(diào)的功能。
本文主要敘述了上海長興地區(qū)對變電站綜合自動化系統(tǒng)的改造工程，實現(xiàn)對電網(wǎng)全面、實時、可控的監(jiān)控，做到對電網(wǎng)的運行情況“了如指掌”。
一、變電站綜合自動化系統(tǒng)改造前概況
改造前，變電站監(jiān)控模式由原來的保護柜、控制柜、中央信號柜和RTU（遠(yuǎn)方數(shù)據(jù)終端）遠(yuǎn)動裝置組成。變電站無調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)，調(diào)度平臺依靠RTU實現(xiàn)“三遙”功能，所有數(shù)據(jù)都以調(diào)度平臺為準(zhǔn)，現(xiàn)場沒有任何數(shù)據(jù)存儲，綜合自動化系統(tǒng)發(fā)信的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性與實際的電網(wǎng)數(shù)據(jù)存在很大偏差，并且在變電站現(xiàn)場無法翻看之前的開關(guān)動作情況或發(fā)信數(shù)據(jù)。2013 年，國網(wǎng)上海長興供電公司（下稱長興供電公司）新建了調(diào)度大樓，面臨整個調(diào)度系統(tǒng)的搬遷、轉(zhuǎn)移工作，在調(diào)度系統(tǒng)數(shù)據(jù)搬遷前，對整個三次系統(tǒng)進行了調(diào)試，同時要將變電站綜合自動化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)實時、準(zhǔn)確無誤地和新調(diào)度系統(tǒng)連接，可謂給變電站綜合自動化系統(tǒng)改造帶來了又一新的難題。
二、變電站綜合自動化改造工程范圍和規(guī)模
變電站綜合自動化改造工程涉及長興電網(wǎng)的各個變電站，按照規(guī)劃逐步覆蓋整個長興電網(wǎng)，已有三個變電站改建為綜合自動化變電站，兩個在建。以新民變電站為例，本次變電站綜合自動化改造工程更換變電站站內(nèi)35kV分段充電保護一套、1號電容器保護一套、10kV饋線保護七套、35kV母差一套和全站自動化系統(tǒng)一套，并且在站內(nèi)增加調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)設(shè)備一套。本次改造完成后，變電站內(nèi)能滿足三級控制： 調(diào)度中心遠(yuǎn)方控制、站內(nèi)SCADA（數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)）控制、后備手動控制�？刂苾�(yōu)先級可以選擇。
改建后35kV斷路器的就地控制設(shè)備安裝在控制室的保護測控屏上，10kV斷路器的就地控制設(shè)備安裝在各自的開關(guān)柜上，信號引至綜合自動化系統(tǒng)。后臺主機與站控單元安裝于控制室內(nèi)。測控、保護單元可按倉位劃分，分散布置于各個保護測控屏和開關(guān)柜內(nèi)。自動化裝置內(nèi)配置UPS（不間斷供電系統(tǒng)）和全站時間同步系統(tǒng)。
三、變電站自動化系統(tǒng)功能和配置原則
自動化系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，由后臺主機、站控單元、測控單元和保護單元組成。自動化系統(tǒng)后臺主機負(fù)責(zé)站控級的操作與監(jiān)視、數(shù)據(jù)存儲、參數(shù)的設(shè)置及修改、過程數(shù)據(jù)及事件記錄、自我監(jiān)視和檢測，開關(guān)閉鎖邏輯，輸出運行報表，并提供用戶開發(fā)應(yīng)用軟件的平臺。站控單元對測控單元傳送的各個數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，一般還包含通信單元，這是站內(nèi)及站外通信信息交換的樞紐，負(fù)責(zé)與各I/O 單元的通信，協(xié)調(diào)對調(diào)度端的通信，進行時間同步等。由于測控單元和站控單元均具有很強的數(shù)據(jù)處理功能，而且操作和控制功能主要由調(diào)度端實施，故后臺主機擬采用單機運行方式，具體參數(shù)應(yīng)滿足內(nèi)存≥256 MB，時鐘頻率≥2.8 GHz，硬盤容量≥80GB，并配容量為2GB的光盤。
四、調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)及二次系統(tǒng)安全防護
上海電網(wǎng)調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)由兩級自治域組成，即由市調(diào)、備調(diào)、地調(diào)節(jié)點組成第一、二平面骨干網(wǎng)—由地調(diào)及所轄廠站組成地調(diào)接入網(wǎng)；由市調(diào)、備調(diào)、中心站和220kV及以上變電站組成市調(diào)接入網(wǎng)。
上海電網(wǎng)調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)通信電路組織的基本原則如下：（1）市調(diào)、備調(diào)、地調(diào)及中心站骨干節(jié)點之間采用155M SDH（同步數(shù)字體系）光電路互連；（2）各廠站與市調(diào)、備調(diào)、地調(diào)和中心站各骨干節(jié)點之間原則上采用N×2M電路互連，有條件的可采用155M鏈路互連。
根據(jù)《電網(wǎng)與電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)及調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)安全防護規(guī)定》（即《安全防護規(guī)定》30號令）的有關(guān)精神，即根據(jù)國家電力安全分區(qū)的要求，一、二區(qū)數(shù)據(jù)（包括調(diào)度實時數(shù)據(jù)、自動化及繼保生產(chǎn)數(shù)據(jù)等）必須與三、四區(qū)的數(shù)據(jù)（包括辦公MIS信息、E-mail信息等）隔離分開，一、二區(qū)數(shù)據(jù)由調(diào)度數(shù)據(jù)專網(wǎng)承載，35kV新民變電站目前未配置調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)及二次系統(tǒng)安防設(shè)備，本期改造工程站內(nèi)需開列調(diào)度數(shù)據(jù)專網(wǎng)接入路由器設(shè)備一套，二層交換機兩臺，縱向加密裝置一套。
五、調(diào)度通信系統(tǒng)
目前，上海電網(wǎng)通信傳輸網(wǎng)絡(luò)由光纖網(wǎng)絡(luò)、微波網(wǎng)絡(luò)和無線網(wǎng)絡(luò)組成，其中主干傳輸網(wǎng)的主要通信方式為光纖通信和數(shù)字微波，其中又以光纖通信為主。
“十一五”期間，通過上海電力光傳輸網(wǎng)絡(luò)擴容工程、新調(diào)度大樓接入系統(tǒng)通信工程等項目，建成了上海電網(wǎng)MSTP網(wǎng)絡(luò)。整個網(wǎng)絡(luò)分為三級網(wǎng)和四級網(wǎng)，三級網(wǎng)采用骨干層和匯聚層分層結(jié)構(gòu)，覆蓋各級調(diào)度、500kV變電站、220kV變電站。骨干層選用STM-64的SDH設(shè)備，以MSTP作為大容量骨干平臺，承載傳輸速率為10Gbit/s的信號，由8個站點構(gòu)成。匯聚層選用STM-16的SDH設(shè)備，以MSTP作為匯聚層的平臺，承載傳輸速率為2.5 Gbit/s的信號，由45個站點構(gòu)成，為上海電網(wǎng)提供TDM和IP業(yè)務(wù)，是電力公司信息網(wǎng)的核心層。四級網(wǎng)采用區(qū)域骨干層和區(qū)域接入層，覆蓋各地調(diào)及地調(diào)所轄110kV、35kV變電站。區(qū)域骨干層選用STM-16的SDH設(shè)備，接入層全部選用STM-1的SDH設(shè)備，傳輸速率為155 Mb/s，并且在“十二五”通信規(guī)劃中，區(qū)域接入層將逐步改造成STM-16的SDH設(shè)備。
六、綜合自動化系統(tǒng)的應(yīng)用效果
1、實現(xiàn)多功能
新的變電站綜合自動化系統(tǒng)的主系統(tǒng)為DF8003系統(tǒng)，該系統(tǒng)除了具有基本的SCADA實時監(jiān)控功能，兼有DTS（調(diào)度員仿真培訓(xùn)）、PAS（高級應(yīng)用軟件）、NA（網(wǎng)絡(luò)分析）等。DTS系統(tǒng)能利用SCADA系統(tǒng)中采集到的實時數(shù)據(jù)，通過教員機進行設(shè)置來模擬事故場景，達到更真實、更有效的事故演練目的。PAS中則包括了諸如網(wǎng)絡(luò)拓?fù)�、狀態(tài)估計、負(fù)荷預(yù)測、調(diào)度員潮流、短路電流計算、電網(wǎng)預(yù)警分析等實用且功能強大的軟件，這些高級應(yīng)用在很大程度上能解決調(diào)度員手工計算時碰到的人手不夠、數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確等問題，這些操作均能讓計算機“代勞”，提高工作效率。
2、設(shè)備少，節(jié)省占地面積
變電站監(jiān)控模式由原來的保護柜、控制柜、中央信號柜和RTU遠(yuǎn)動裝置改造為綜合自動化變電站，改造后多重功能可通過一個綜合自動化屏來實現(xiàn)，減少了變電站的占地空間。
3、數(shù)據(jù)實時同步傳輸
改造后，變電站內(nèi)所有信息都通過自動化系統(tǒng)送至調(diào)度，現(xiàn)場后臺主機負(fù)責(zé)站控級操作與監(jiān)視、數(shù)據(jù)存儲、參數(shù)的設(shè)置修改、過程數(shù)據(jù)及事件記錄、自我監(jiān)視及檢測，開關(guān)閉鎖邏輯，輸出運行報表。調(diào)度平臺以往時常出現(xiàn)的遙控開關(guān)變位延時、顯示的遙測數(shù)據(jù)和現(xiàn)場數(shù)據(jù)有偏差、數(shù)據(jù)不齊全等問題都已解決。
4、變電站數(shù)據(jù)更精確
控制屏的電壓電流數(shù)據(jù)由原先的指針式估讀改成了數(shù)字式精確讀數(shù)，并且能夠詳細(xì)記錄保護動作順序，使變電站內(nèi)能夠更準(zhǔn)確體現(xiàn)電網(wǎng)的一舉一動。
5、調(diào)度數(shù)據(jù)更全面
35kV變電站綜合自動化系統(tǒng)使調(diào)度新增了三方面數(shù)據(jù)：消防信號、安防系統(tǒng)、AVC（自動電壓控制），使調(diào)度可以監(jiān)控到更為詳細(xì)的電網(wǎng)數(shù)據(jù)。
6、系統(tǒng)調(diào)試過程中掛標(biāo)牌識別
35kV變電站綜合自動化系統(tǒng)的主站系統(tǒng)為DF8003系統(tǒng)，其所有設(shè)備均為雙網(wǎng)同時運行，有兩個系統(tǒng)互為冗余，避免當(dāng)其中任何一路發(fā)生意外時整個系統(tǒng)崩潰。設(shè)備與設(shè)備之間需要網(wǎng)線進行連接交互，由于設(shè)備較多，僅網(wǎng)線就需150多根。在綜合自動化系統(tǒng)投運前，由于需要和新建的調(diào)度系統(tǒng)進行銜接，為了規(guī)范機房設(shè)備維護管理，明確每一根網(wǎng)線的走向、每一根電源線的標(biāo)示，調(diào)試安裝過程中用一天時間完成了掛牌標(biāo)簽的打印制作。這樣，在新系統(tǒng)投運后帶來的問題能夠很快根據(jù)標(biāo)簽來識別。
七、結(jié)語
1、35kV變電站綜合自動化改造工程是老舊變電站改造工程，通過變電站綜合自動化改造，能夠做到變電站數(shù)據(jù)和調(diào)度室數(shù)據(jù)的實時與統(tǒng)一，使遙控更為準(zhǔn)確，并且能夠在變電站綜合自動化系統(tǒng)中存儲每一個信號數(shù)據(jù)，為了今后電網(wǎng)發(fā)生故障時，能夠調(diào)用實時發(fā)信數(shù)據(jù)和曾經(jīng)動作信號進行分析，為事故信號判斷帶來便利。
2、35kV變電站綜合自動化改造后，較原先的RTU系統(tǒng)減少了控制屏等設(shè)備，對于電網(wǎng)的監(jiān)控更為可靠，做到了測控合一。
3、綜合自動化系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)多種功能，使電網(wǎng)的運行分析更為智能化，減少人工成本和分析數(shù)據(jù)不夠準(zhǔn)確的風(fēng)險。
4、上一代自動化主站系統(tǒng)使長興各變電站的無人值班成為現(xiàn)實，并實現(xiàn)了“三遙”的遠(yuǎn)動傳輸。隨著計算機技術(shù)和自動化技術(shù)的飛速發(fā)展，每一次自動化系統(tǒng)的換代意味著技術(shù)的革新，讓電網(wǎng)變得更經(jīng)濟、更安全、更智能。
作者：包雯莉 上海交通大學(xué)、上海市電力公司長興供電公司
陳海濤 上海市電力公司長興供電公司
朱張濤 上海市電力公司長興供電公司
