110kV变电所保护及综合自动化系统升级改造

娄东祥

摘 要：针对丁集煤矿110kV变电所旧综合自动化系统存在的开关信号变位延迟，甚至遥控不能执行，新老版本保护器端子不兼容等问题进行了改造。通过改造，改变了原综合自动化监控系统的架构，改变了旧系统通讯方式，创新的增加了双网的冗余结构，极大的提高了通讯速度和监控稳定性，大大提高了供电的可靠性。

关键词：综合自动化；串口；以太网

中图分类号： TM764 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）22-169-2

1 丁集煤矿110kV 变电所供电系统概况

丁集煤矿110kV一次接线采用单母线全桥接线方式，110kV开关选用河南平高电气股份有限公司GIS全封闭SF6气体绝缘开关设备，断路器配弹簧操作机构。

110kV变电所所内设两台山东电力设备厂SZ10-40000/110 110±8×1.25%/10.5kV 40000kVA有载调压主变压器。

10kV系统母线采用单母线分段，开关柜选用中山明阳KYN28A-12型金属铠装抽出式高压开关柜，断路器全部选用ABB产VD4真空断路器，各10kV间隔保护装置选用南京中德保护器2.0版本。

丁集煤矿110kV变电所综合自动化电力监控系统选用南京中德保护控制系统有限公司的设备NSC200NT系统，实现变电所保护、控制、监视、监测自动化，其中110kV GIS设备保护单元和主变保护单元集中组屏，该系统不但系统能够实现所内110kV GIS设备所有的断路器、隔离刀闸、接地刀闸、10kV开关柜断路器的分合闸操作还可以对开关运行状况进行实时监测。

2 老综合自动化系统存在的问题

丁集煤矿随着采掘工作面的不断延伸，供电系统的不断拓展，110kV变电所10kV设备逐步的增加，后期又将两套功补偿及自动滤波补偿装置，两套KA2003-XH-8421型并联电抗器组合式消弧线圈自动调谐成套装置，直流屏等设备接入综合自动化系统。

综合自动化系统随着供电系统的不断拓展，遥控、遥信、遥测、遥脉等数据不断的增加。监控当系统运行8年后，该系统容易出现各种故障：①当操作开关柜断路器、接地刀、断路器小车的位置信号发生变位时，后台机却没有及时的更新断路器、接地刀、断路器小车的位置遥信变位信号，这种现象尤其出现在设备检修时保护装置断电后重新上电时，保护装置与后台的通讯不通，前置机的信号不能正确变位，后台不能正确反映现场设备实时的各种状态。此种情况给现场带来重大的安全隐患，由于通讯系统经常出现通讯延迟，甚至遥控不能执行，当供电系统出现故障，需要应急倒闸操作的时候，后台机操作失效，导致现场操作人员必须由集控室，进入110kV GIS或10kV设备室就地操作设备，则中间的过程极易操作十分钟，造成重大非死亡。②在用南京中德老版本保护装置2.0早已停产，其升级产品装置3.0保护装置。令现场使用极不方便的是老版本保护装置2.0与新版本3.0保护器端子定义完全不同，新旧保护装置不兼容，当老版本保护装置出现故障时，现场不能直接更换为将新保护装置，必须通过改线，这一点给现场的用户带来极大的困扰，没有兼容的备件更换，不能迅速的排除故障解决问题，在用的保护装置及综合自动化系统威胁着矿井安全供电。为此，须对自动化系统进行改造。

3 综合自动化系统的改造

3.1 丁集矿110kV变电所旧综合自动化通讯延迟的原因

110kV变电所旧综合自动化通讯架构：保护及测控装置通过串口连接，连接成各条总线后通过5630转变成以太网通讯。在以太网上完成工控机及后台的通讯最终实装置与后台的通讯，110kV变电所旧综合自动化通讯架构如图1所示

由上图可以看出，由于综合自动化采用RS-485串口通讯，各间隔系统作为从设备， RS-485总线的主机对从设备进行一次轮询，逐个地址码去询问设备是否正常并且对相关情况做记录。主机对于从设备的控制是利用广播方式发送下去的，而从设备只对含有自己地址码的指令做相关的回应，在从设备做回应的情况下，其他的从设备和主机保持沉默，当从设备执行完相关指令之后，发送完毕信号给主机，主机继续执行下一条指令。这样，对于110kV变电所有10kV间隔保护装置55台，110kV间隔保护装置16台装置而言，每台装置又含有众多的遥测、遥信、遥控等开关柜的各种信息，这种通讯方式对于控制并采集变电所每台装置的数量众多的遥信、遥测等信息而言，通讯速度势必会低，随系统的老化，矛盾也日益突出。这就是系统设备出现变位而后台出现延迟时间较长的原因。

3.2 综合自动化系统的改造

针对综合自动化系统存在的缺点，丁集矿对综合自动化系统进行改造。通过对系统主控单元，后台监控系统，110kV变电所110kV及10kV系统各通讯系统，10kV分散保护装置的改造，改变了原监控系统的架构，改变了原系统通讯方式，极大的提高了通讯速度，创新的增加了双网的冗余结构，发现并处理了10kV系统原系统存在信号不对应问题，遥控不能执行，以及高压柜自身存在的安全隐患等问题。110kV变电所综合自动化改造后系统新架构如图2所示：

由图2可以看出，新综合自动化系统中的各综合保护装置通过以太网直接和交换机连接，交换机通过以太网直接与前置机通讯，前置机也直接通过以太网后台机通讯，每台保护装置均可以直接通过以太网、交换机和前置机通讯，省去了许多信号的变换等各种环节。另一方系统设置A/B网，配置了两套前置机和两套后台机，这样，每台保护装置均可通过（A/B网）通信，大大的提高了系统的可靠性。

由于新版本3.0的综合保护装置与旧2.0的综合保护装置不兼容，需要将2.0的综合保护装置每一根线缆重新对应接至3.0的综保装置上。3.0的综保装置测量及保护互感器的精度更高，信号回路更多监控更全面，通过对10kV间隔逐台改造，丁集矿110kV 变电所10kV 系统同时处理了原系统存一些信号不对应，甚至不报故障的问题，每一间隔综合保护改线完毕，即对该间隔的遥测、遥信、遥控量逐一测试，确保各种信号稳定可靠。

4 新旧综合自动化系统的改造对比

4.1 通讯速度的对比

旧监控模式中采用串口通讯，各综保串联（九台或八台一组）的方式，然后通过信号的转换实现与前置机的通讯，由于串口一对多的特性及串口通讯的速度限制，使得监控效果不理想。新模式中综保装置通过交换机直接与前置机通讯，除去了很多中间环节，信号的采集及远程操作的速度及反应时间远远快于旧的模式，而且新模式中网络通讯的模式比原来串口通讯的模式要快很多。因此，改造后的保护装置的通讯速度可达原来的10倍。

4.2 可靠性的对比

总结旧综合自动化系统的运行故障教训，为避免通讯故障时，影响系统的运行，在新模式中创新的增加了双网的冗余结构，在出现某一点故障时能及时切换至另一段网络进行通讯。新模式采用双网（A/B网）通信，当A/B网发生故障时，系统会自动切换至B/A网，不影响系统的运行和操作，提高供电安全。主控单元两台前置机亦为采用一用一备，当一台出现故障时系统会自动切换至另一台。因此，新系统的可靠性较旧系统大大的提高。

4.3 前置机的对比

老系统配置是工控机，新模式采用的NS2200，采用全封闭无风扇散热技术，较工控机更为稳定可靠，且NS2200除了拥有4块网卡外同时还拥有18个串口，向下通讯和下上通讯时都比较灵活，满足了和现场消弧补偿和小电流接地选线等设备的通讯要求。

5 总结

通过系统在现场的运行实践，证明采用改造后的新系统维护量及故障率较老系统有很大的优势，对现在智能变电站发展还不完善的今天，传统站采用此种方式构建综合自动化电力监控系统，可以大大提高系统实时性，并确保系统可靠运行。