智能化变电站 浅谈网络技术在智能化变电站的应用

摘 要:智能变电站是电力供应网络的核心节点,智能化的应用已经在变电站建设与改造中广泛应用。而计算机网络是实现变电站智能化、智能化的基础,如何完成智能化变电站中计算机网络的合理应用和正常运行的安全维护,是智能化变电站大范围应用的核心问题之一。
关键词:智能化变电站 计算机网络应用维护
中图分类号:TM63 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)06(c)-0143-01
由于网络安全的原因,无人值班变电站的调度自动化系统常会引起各种问题,例如,开关误动、拒动、保护定值整定参数的错误更改、自动化信息紊乱,等。这些问题将会严重威胁电网和变电站的安全运行,甚至引发灾难性的事故。目前,国家加大电力数据专用网建设的进程,尤其在调度自动化系统和智能变电站综合自动化网络化领域,因此,变电站计算机网络安全问题变得尤为重要。
智能变电站的计算机网络安全包括硬件设备的安全、软件系统的稳定运行、口令密钥的保管,以及重要的电力运行信息和系统配置信息不因偶然的或恶意的原因而遭到破坏、更改和泄露。在规划、设计变电站计算机网络时,如何实现数字变电站自动化系统的功能及其运行的可靠性是着重关注的问题,而网络安全问题常被忽视。
1 变电站智能化系统的特征
变电站一次设备的智能化:一次设备中采用光电和微处理器技术设计受控制和监测的 *** 作驱动与信号回路,采用先进的计算机监控系统,统一站内通信规约,以光纤取代控制光缆,以光电数字信号取代强电模拟信号。
二次设备的网络化:基于模块化和标准化的微处理技术设计制造二次设备,包括测量控制设备、继电保护设备、远程控制设备、防误/闭锁设备、电压无功控制设备、故障录波设备和在线状态检测设备。高速的网络通信模式连接各种二次设备,消除I/O现成接口中功能重复的部分,以网络通信实现各种设备之间和远程控制端之间的资源、数据共享,以逻辑功能模块代替常规的功能装置。
运行管理系统智能化:变电站自动控制的智能化系统要记录电力供应生产运行的数据和状态,并实现资料的无纸化和智能化;实现变电站在运行过程中故障分析报告的及时提交,并对故障原因进行分析,提出处理方法;能够自动发送设备检修的报告。
2 智能化变电站系统对网络的要求
在逻辑结构上,变电站智能化系统分为三个层次:变电站层、间隔层和过程层。变电站是一间隔层一过程层的结构分层,在这样结构的变电站内需要传输数据。变电站层的内部通信,在变电站层不同设备之间存在信息流,各种数据流在不同的运行方式下有不同的传输响应速度和优先级的要求。
21 功能要求
在智能化变电站中,计算机网络主要负责实时切换系统内部各部分以及与其他系统的数据信息。在变电站智能化系统中,构建稳定、高效、即时、可靠的计算机网络通信体系是变电站综合自动化通信的关键节点之一。数据通信网络是变电站智能化系统的关键技术成为一致的共识。网络的基本功能是变电站内智能电子设备之间的连接,因此,网络对各种接口需要网络接口的支持。在变电站无人值守和数据信息量增加的发展中,要求网络对事件、 *** 作、电量、录波和故障等数据信息的传输和存储满足承载的空间和速度。在无人值守变电站中,网络必须完成电压自动调节和对时等功能,以保证电压运行的质量。在智能化变电站系统的维护和运行中也有自诊、远程控制、自我恢复等功能的要求。
22 性能要求
智能化变电站对网络的性能要求,以可靠性、开放性和实时性为主要表现。
可靠性:由于变电站是电力网络的核心节点之一,其系统工作必须具备连续性,变电站网络的可靠性能是最重要的要求。在智能化变电站系统中,数字、图像等多媒体信息技术广泛应用,系统对于网络通信的依赖性增强,可靠性的要求也更为重要。
开放性:变电站智能化系统是电力调度智能化内部的子系统之一,在满足站内智能电子设备的接口和扩展要求的同时,还必须与电力调度智能化的总体设计相适应,接口必须满足国际标准的要求,使用国际标准的通信协议,以满足系统集成的要求。
实时性:远程命令、信号保护、数据测控等功能决定了传输过程所具有的即时特点。在正常工作时,变电站内的数据流较小;故障发生时,需要数据大量即时传输,此时需要快速的传输速度。变电站网络的理想化运行,必须确保其功能和性能要求。在网络上,多个处理器协调才能完成采集信息、保护算法和形成控制命,所以,我们面临急需解决的问题便是确保各个处理器同步采样和命令输出保持在高速状态。要想解决这一问题,关键在于网络环境的满足,即使网络通信提速和通信协议符合规定要求。现场总线的设计方法是一种常规的方式,它已经不能满足变电站智能化系统所需要的速度要求,因为大部分智能化变电站的通信网络。由于标准化的数字控制技术发展、OSI七层协议的固化和高速接口芯片等技术和产品的出现,为变电站智能化的开发提供了物理层面的技术支持。
3 变电站智能化系统的安全问题
传统的变电站控制系统都是厂家生产的独立系统,包括SCADA,对于安全性要求较低。开放和标准的网络通信技术是变电站综合系统智能化的基础。在开放的网络环境中,通过广域网环境下开发的应用软件远程控制、监测和诊断,导致智能化系统在计算机环境下有更高的安全性要求。为了满足要求,电力系统要可靠、安全和稳定。
厂站与调度主站、生产主站、监控主站等系统主站系统间的通信技术安全凸显,智能变电站与上级主系统间的安全问题也显的尤为重要。
目前,变电站内已通过安全分区,横向隔离、纵向加密等措施来保障监控系统与主站系统的安全。在安全Ⅰ区中,监控主机采集电网运行和设备工况等实时数据,经过分析和处理后进行统一展示,并将数据存入数据服务器。Ⅰ区数据通信网关机通过直采直送的方式实现与调度(调控)中心的实时数据传输,并提供运行数据浏览服务;在安全Ⅱ区中,综合应用服务器与输变电设备状态监测和辅助设备进行通信,采集电源、计量、消防、安防、环境监测等信息,经过分析和处理后进行可视化展示,并将数据存入数据服务器。Ⅱ区数据通信网关机通过防火墙从数据服务器获取Ⅱ区数据和模型等信息,与调度(调控)中心进行信息交互,提供信息查询和远程浏览服务;综合应用服务器通过正反向隔离装置向Ⅲ/Ⅳ区数据通信网关机发布信息,并由Ⅲ/Ⅳ区数据通信网关机传输给其他主站系统。
4 结语
以前,研究人员多考虑如何实现电站自动化系统的功能及其运行的可靠性,而网络的安全问题未得到重视。如今,国家高度重视智能化变电站建设并加快其发展步伐,变电站计算机网络安全问题普遍受到关注。在这个网络技术快速发展的时代,保证电网完全稳定的运行是一项任重而道远的任务。

某水电开发有限公司正在逐步从投资、建设转入发电运营阶段,拥有水电站11座。位于山区的各电站距离公司本部最远100多公里,最近也有50多公里。加强对众多电站的监控和管理,快速、有效应对电站突发事件,合理安排11个电站的检修保养任务,建立一个高效便捷的信息系统成为解决这一问题的必需手段。从现有管理需求来看,信息系统建设也非常必要:现有管理制度,在没有信息化支撑手段的保障下,不能够很好的起到管理规范化、制度化的作用。信息化可以通过将流程固化,使得管理制度融合在系统当中,使得管理理念和制度得以不折不扣地贯彻;公司人员数量较少,充分利用现有人员,需要信息化手段来极大提高工作效率,将有限的人员和资源用于生产运营本身;现有计算机设备使用效果较差,并未真正发挥信息化效益;信息化建设本身是一个管理规范化、科学化的过程。
1、系统建设总体目标和原则
系统建设总体目标是实现一个是集电站安全监督、运行管理、设备管理、检修管理、技术管理、物资管理、水工建筑物管理等的管理系统。该系统为企业生产部门提供统一平台,实现公司与电站运作的信息交换、多个岗位上的工作人员协同办公,实现各类生产信息系统的集成和信息资源的共享。
在提出了系统总体建设目标的基础上,应当按照循序渐进的原则,采取“分阶段”建设策略。由于公司目前信息化建设上尚处于起步阶段,结合公司现状,在现阶段信息化建设中应当重视以下原则:
(1)实用性原则:系统建设应紧密结合实际需求,满足实际业务需求,系统易于管理和部署,易于学习和 *** 作;
(2)面向基本管理和生产运营业务,以提高工作效率为主要目标,着重于管理规范化程度较高、与生产运营、安全、企业效益密切相关、数据规范化和完备化程度较高业务环节的信息化建设。重点强调数据基础和基础性业务的信息化。
(3)扩展性和灵活性原则
系统在设计中应充分考虑未来的发展变化,使得结构能够保持相对稳定,保证系统投资,使得系统具有较长的生命周期,并为下一阶段管理决策信息化打下基础;
(4)规模适度:在满足业务需求和实用性的前提下,尽量采用主流的先进技术实现系统,保证系统具有较高的技术和管理起点,延长系统生命周期;
在上述原则基础上,系统建设分为以下几个阶段:
(1)第1阶段:重点实现面向电站的生产信息管理,以及覆盖整个公司的办公自动化系统。
在该阶段中,主要目标是:从公司管理角度出发,实现电站生产运营、设备管理维护等数据的管理,建立完备、准确和规范的数据基础,实现基础的业务流程(如工作票、 *** 作票流程等),实现日常电站工作信息的集中管理、查询和统计。在可能的情况下,实现面向设备生命周期的设备维修管理流程,如设备维修计划自动编排,基于历史设备故障和事故信息的设备故障诊断或预测等。
(2)第2阶段
重点在前期生产运营信息管理的基础上,对生产运营实现决策支持,使得公司领导决策能够得到系统支持。改善电站到公司本部的通讯条件;将实时监控数据作为基础数据,将其与日常运营管理数据相结合,实现实时和事件数据的集成化管理,在保证安全性前提下的纳入生产运营管理系统,提供设备运行维护管理的专家系统和决策支持;
结合电力市场发展,针对成熟运营的电站运营模式,实现与直供大用户、电网公司互联的营销管理系统,支持公司领导在综合内外部信息的基础上获得决策支持;
(3)第3阶段
在前期基础上,将财务信息、人事管理信息纳入整体系统,建立一个数据和流程完美结合的集成化系统,重点建设对公司经营管理决策起到直接支持作用的生产、营销、财务等经营管理综合决策支持系统,建设面向生产运营管理实际的用于技术支持的各类专家系统。最终,实现对各个层次的管理决策的综合信息化支持。
必须指出的是,信息化建设是一个长期复杂的过程,是与企业日常生产、管理中各个部门各个岗位密切相关的任务,需要得到公司领导的直接领导和全方位支持。只有得到公司领导对信息化建设的重视和有力支持,得到各个部门对信息化的统一高度认识,信息化才能取得预期的效果。
2、系统规划
21 系统功能结构
系统整体分为设备台帐、生产运行、安全管理、综合管理、系统管理等5个子系统,共计26个功能模块,如电站基本信息管理、设备铭牌及技术参数管理、设备数据管理、设备编码体系管理、发电机运行日志、水轮机运行日志、调度命令记录、巡检记录、事故记录等。
其中设备编码体系管理是在电厂统一标识标准KKS基础上设计和确定电站设备编码体系。在设备管理中,设备编码体系以设备树的形式进行呈现。每一设备具有唯一编码。设备编码包括设备类型、位置和工艺特征,大型设备可分解为若干设备组件,编码可多层次进行编制。
22 硬件部分配置方案
公司总部服务器:两台专用服务器,配置大容量存储器或磁盘阵列,作为数据库服务器和Intranet应用服务器。
各变电站:配置至少一台较高性能的台式机或(低档服务器)作为应用服务器;
各变电站到公司总部应建立虚拟专用网络,由于目前各变电站均采用拨号上网的通信方式,因此建议主要大电站应申请ADSL作为通信手段,其它电站采用拨号上网方式。公司总部应配置支持多线拨入的路由器作为接入手段。
3、系统应用结构设计
总体上,系统应用结构采用浏览器服务器(B/S)模式,即公司总部配置应用服务器和数据库服务器,负责公司层次管理和生产运营数据的存储,以及必要的信息发布和应用处理。各电站采取ADSL或拨号方式上网以虚拟专网模式接入。
在现有通信和系统配置条件下,数据采取分级存储方式,软件应用也采取分层结构。即,各水电站内的办公和生产运营管理流程,主要在本地实现,公司要求采集的信息和办公、业务流程采用定期或不定期的数据上传模式实现。部分业务数据存储在电站本地数据库。公司在电站提交数据的基础上进行综合分析和形成报表及决策支持数据。
该应用体系结构,是目前的主流应用体系结构,符合技术发展方向,系统生命周期长,能够保护系统投资;系统维护管理成本较低,适合公司信息化建设现状和工作实际,适合现有通信条件,同时能够完成现有业务管理决策要求;支持移动办公,公司人员可以在授权的情况下,实现异地上网办公和及时了解企业运营管理动态。

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摘　要：介绍了武汉电网110kV鲁巷变电站开展智能化改造工程至今所取得的成果，通过一次设备和二次设备的智能化、网络化改造，加装在线监测设备、完善遥视安防系统、改进传统的 *** 巡维管理模式等，真正实现了把鲁巷变电站升级改造为具有信息化、自动化特征的智能化示范变电站的目的。
关键词：智能变电站　在线监测　安防系统　管理模式
中图分类号：TM63文献标识码：A　文章编号：1007-3973（2012）007-065-02
1 引言
110kV鲁巷变电站于1993年投入运行，有两台50MVA主变压器，110kV配电装置采用内桥接线，10kV配电装置采用单母线分段接线方式。2011年7月开始，鲁巷变电站智能化改造工程正式启动，该项目是国家电网公司批准的第二批智能化改造试点项目，是湖北省第一座智能化改造变电站。
2 一次设备的智能化改造
通过对站内一次设备加装智能组件，将控制命令转化为数字化信息接收与发送，实现信号的数字化转换与监测的目的。将传统的互感器更换为GIS式电子式互感器直接接入变电站的直流电源，不需要额外供电。此外，还将传统的一次设备与二次设备之间的电缆连接，改为合并单元(MU)、光纤连接，电子式互感器的采集单元安装在与大地紧密连接的接地外壳上，具备了抗干扰能力强、维护更换方便的优点。
3 二次设备的网络化改造
传统变电站的信息传输是以电缆为媒介，而智能化变电站的二次信号传输基于光纤和以太网，运行工况和信息数据以IEC61850标准接入信息一体化平台，通过网络，真正实现数据共享与资源共享。同时，将MMS接口、GOOSE接口、SV接口采用相互独立的数据接口控制器接入网络，测控装置、继电保护、故障录波、防误闭锁、在线状态检测等装置都是都采用高速网络通信连接，再通过GOOSE协议标准，实现间隔层与过程层、间隔层与设备之间的信息共享和传递。
4 设备在线监测全覆盖
41 过程层在线监测
对变压器、断路器、电容器、MOA避雷器、GIS组合电器等设备配备电子设备、数字通讯接口、传感器等，对变压器监测其局部放电、微水含量、油中气体含量；对电容器监测电容电流、介质损耗、三相不平衡电压；对避雷器监测全电流、阻性电流、功耗、动作次数；对GIS组合电器监测局部放电、气体压力、气体水分含量、避雷器泄漏电流、导体温度、断路器动作次数；对智能开关监测控制回路断线、d簧储能时间、开关工作时间、开关动作次数、切断电流累积、开关柜内温度、触头接触部位的温度、分合闸线圈的电流、电压。通过对以上设备的在线监测，来实时监测其绝缘性能和运行状态，并在出现异常时及时报警。
42 环境在线监测
421 温湿度监测系统
在主要设备区均匀分布安装温湿度探测器，探测信息将以5-20mA电流信息方式传输至环境信息处理器，再由该处理器将信息通过通信智能接口设备传输至站端的智能辅助系统服务器进行监测。
端子箱、机构箱柜内安装有温感自动投切装置，加热器和风冷系统根据环境温度自行投切，维持柜内温度恒定。
422 消防系统
将设备区消防系统的详细信息显示在监控工作站内，包括：火灾报警部位、设备安装位置、设备运行状态、故障报警信号、消防设施的动作状态返回信号等，并能够实时打印输出各种有关数据报告。火灾时，图形计算机应自动d出相应报警区域的平面图，并发出声光报警，报警信息存储于数据库中，成为历史记录，便于查看。
423 远程遥视系统
针对每个设备区的实际情况，布置相应功能的摄像机实现设备的实时监控。对于空间较大的区域配置可旋转云台以及长距离移动轨道的可变焦高清摄像机，并且具备预置位功能，可设置报警联动功能。对于小空间区域可设置定焦摄像机。视频软件可设置报警d出画面功能。监视数据通过光纤传到监控中心，对设备的运行状况、表计参数、压板空开投退情况等可进行直观的远程目视化管理。
5 安防系统
51 双鉴探测器
在变电站内各主要门口上方安装双鉴探测器，以微波和红外方式同时探测该门区域内的移动和发热物体，并将报警信号传输至环境信息处理器，再由该处理器将信息通过通信智能接口设备传输至站端智能辅助系统服务器进行监测。同时发出指令，使环境信息处理器开关量输出端使能，驱动声光报警器报警工作。同时联动该区域摄像机进行视频监视。
52 电子围栏和门禁系统
电子围栏系统使用一台双防区高压脉冲发生器，两个防区的探测端使用两回路交叉，四线制围栏，间距以人，猫等不能通过或通过触碰围栏线为准。各个防区围栏线断路、接地、相邻短路脉冲主机都会发出开关量报警信号，信号及报警处理同双鉴探测器。
门禁系统由站内提供不间断电源保证其正常工作，任何开门动作都将联动摄像机进行视频监视，同时，具有多种开门方式：卡、密码、指纹识别等模式。
6 管理模式科学化
现阶段变电站是采取的调度——监控中心（负责对综自站进行实时监控、电容器远程投切、主变调压等工作）—— *** 巡班（ *** 作、巡视、维护）的三级管理模式，其职责划分有交集，而 *** 巡班在兼顾 *** 作的同时还要负担大量巡视、维护等繁琐工作，并且一个班组管理其所辖区域的十几个站，路程遥远，信息反馈难免有延时，不便于及时发现、解决问题。而通过将信息化系统的采集、处理和反馈高度集中后，使得管理模式能相应得以科学的改进，比如 *** 巡班只负责设备停送电、电容器投切和主变调压等工作；将无人变电站设备区、环境的巡视和监视全部交由监控中心负责；成立专门的维护班进行变电站设备及环境的定期维护，做到 *** 、巡、维分职明确，专职专责，从而达到降低人力资源损耗，提高效率。
7 总结
此次鲁巷变电站智能化改造，通过一次主设备加装在线监测装置、常规互感器更换为电子式互感器、采用智能继电保护装置、搭建一体化信息与监控平台、增设智能辅助控制系统、完善安防系统、改进管理模式等改造措施，有效整合相关的信息资源，全面提高了全站的资源优化配置和抵御各种事故风险的能力。
参考文献：
[1]　国家电网公司Q/GDW 383-2009智能变电站技术导则[S]
[2]　高明华,王冬,王学峰,等智能变电站设备在线监测系统[J]山东电力技术,2011(1)
[3]　高翔,张沛超数字化变电站的主要特征和关键技术[J]电网技术,2006,30(23):67-71

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