多干扰环境下400kA系列整流所综合自动化系统设备要求与设计

孙伟，马青爽，王亚男，任志伟，刘康，鲍学超

（1.霍煤鸿骏铝电公司动力分厂，内蒙古 霍林郭勒 029200；2.深圳市中电电力技术股份有限公司，广东 深圳 518000）

1 项目概况

扎铝变整流所在电解铝生产过程中占据重要位置，主要是对交流电予以转换，满足电解槽400kA直流电需求，同时也许考虑到厂区各个设备10kV交流电需要。220kV供电系统包括2个GIS开关站，开关站又由整流机组、电源进线、220kV谐波装置以及动力变组成；而10kV供电系统则包括7个10kV高压室。而供电系统在转换电源的过程中涉及调压、滤波等一系列流程，必将造成强磁场、高温环境，极大干扰供配电设备运行的稳定性，也不利于监控等数据的正常传输。

本项目意在通过双以太网连接通信的设计实现强磁场、高温环境下综合自动化系统的应用，精准采集设备各项数据，并能够实时将数据准确上传至主控室上位机，帮助相关工作者高效检测设备运行状态。综合自动化系统包括多项组态软件，对设备运行中的数据予以自动记录和保存，同时对异常数据生成警报，可现实报表、曲线等数据，还可对数据信息进行统计分析，以此保证系统稳定高效运行。

2 项目范围

本项目通过通信管理机以及交换机等可在强干扰环境下稳定运行的通讯设备的运用保证220kV、10kV供电系统设备稳定运行，安装智能稳定的综合自动化系统，意在实现400kA整流所综合自动化系统的建立。

3 多干扰环境下400kA系列整流所综合自动化系统技术要求

3.1 总体要求

3.1.1 可靠性要求

系统首先需要满足相关国家级标准，不同产品能够协同作用，保证系统稳定运行；其次，在开发阶段，设计人员就应以软件工程办法为准则对设备予以充分测试，选择出安全性最高、适配性最强的稳定运行版本；再次，为避免单个故障影响整个系统正常运行，系统中的重要单元及重要部件必须为冗余配置；最后，系统需具备隔离故障的功能，在故障切除后要保证其他节点正常工作，恢复过程也应稳定且迅速。

3.1.2 可维护性要求

系统首先需支持图模库一体化，以此帮助维护人员可正常画图、建模以及建库，一体化的实现能够保证三者数据的一致性；此外，系统需要拥有可行的维护诊断工具，工具应简单便捷，辅助维护人员快速定位故障发生位置并进行维护和解决，保证系统稳定运行；最后，软件产品必须具备详尽完整的维护手册，为人员维护提供参考。

3.1.3 开放性要求

系统需在国际标准的要求下具备开放性特点，软硬件也应为标准化、通用产品，其中的商用数据库、计算机产品、操作系统以及其他网络设备也需要满足电力工业标准；另外，系统需要有良好可扩展性，实现系统的逐步建设、扩充和升级，促使电网监控管理持续性发展；系统的开放式结构能够提供开放式环境，适用于多项硬件平台，应用国际标准开发平台，统一功能模块接口标准，用户可通过开发应用程序集成平台及其他系统，形成联合作用。

3.1.4 安全性要求

保障自身安全性是变电站自动化系统必须满足的条件，唯有高度安全性才能够保障数据信息的安全，避免出现的信息泄露给企业、部门等造成的重大损失。系统还需拥有有效保密措施，其中执行关键任务的核心数据还需进行冗余备份，运行数据采取双机热备份，最大程度降低数据丢失风险。若系统与调度中心的连接需借助网络通道则需要提前设置防火墙，避免出现外部非法入侵造成的数据丢失和篡改。此外，人员在应用系统时需要受到限制和监视，坚决避免人员非法利用内部数据以及软硬件资源。同时，需要对计算机病毒予以及时预防和查杀，避免病毒扩散，一旦发现病毒入侵系统需要及时发现并上报至管理者，即使系统因病毒入侵出现崩溃也要具备良好恢复机制。

3.2 具体要求

3.2.1 设备接入层

400kA系列整流所综合自动化系统需要接入保护装置、故障录波装置、电度表、测控装置等多项现场终端设备。

3.2.2 网络通信层

3.2.2.1 系统组网方式

沿用原扎铝变整流所方式，重新敷设不满足组网结构要求部位，光缆利旧。

3.2.2.2 组网结构要求

组网结构组成本分主要有2部分：一为站控层，二为间隔层，二者通过网络系统连接，需要注意的是，站控层设备若出现故障造成停运不可对间隔层设备造成影响。站控层构成要素包括系统主机、操作员站及各工作站，主要通过人机联系界面的提供控制间隔层设备，提升管理有效性。间隔层构成要素包括测控单元、通信接口设备以及间隔层网络等，主要用于监测控制单元设备。系统内任一设备装置出现故障都不能够对系统稳定运行造成干扰。

3.2.2.3 系统通讯主要设备及配置要求

（1）主机。主机为数据库服务器，至少需达到以下要求：2.3GHZ5218处理器、8×32G以上内存、具备光路诊断功能、Windows 2016以上操作系统、SQL 2016以上数据库，另外，需配置原厂备份还原软件光盘。

（2）操作员站。操作员站为塔式服务器，至少需达到以下要求：处理器版本为Intel Xeon E3-1225及以上、8GB DDR4 ECC Register内存、双百兆网口、3.0GHz及以上主频、Win10操作系统、1G显存，另外需配置2.5寸10000转1T企业级热插拔SAS硬盘。

除此之外，还包括移动工程师站、光电转换器、交换机以及通信管理机等主要设备。

3.3 软件应用层

3.3.1 软件结构

系统软件选择模块化结构，以此实现实施响应，体现系统可扩充性，同时发挥自检功能优势。系统内部某一软件出现运行错误时仅会弹出警示信息，不会对其他软件造成干扰，以此维护系统稳定运行。

3.3.2 软件平台

系统内所有软件都应于同一软件平台显示，人机界面及数据库统一，以此保证数据库空想，构建相互协作的公共电力系统。

3.3.3 数据库功能要求

（1）历史数据库。历史数据库的最主要作用是对应用软件等历史数据予以保存，系统选择成熟商用数据库，支持基础数据、声音、图像以及自定义等存在的所有数据类型，同时需要软件开发、系统管理等工具对数据库进行维护及更新。

（2）实时数据库。实时数据库的最主要作用是对实时数据予以保存，对变电站进行实时监控，及时发现问题。

（3）数据库建立及维护。数据库生成便捷，所有参数无需多次输入便可在多个应用中共享，同步多机数据；数据库的维护工作包括数据信息的删除、增加以及修改，为确保信息的真实性和准确性，在数据输入前需经有效性检查，待通过检查后方可写入数据库并自动广播至其他工作站实现共享。此外，系统需要具备用户对话框、属性显示等可以便捷定义新对象的图形界面和工具。

3.3.4 监控软件功能

（1）监控组态。监控组态包括显示器、电网拓扑识别功能、窗口管理系统、图形管理系统等，其中显示器用于监视电气设备各项参数，具备的电网拓扑识别功能可使用动态数据库完成数据参数和画面的编辑、定义、修改、删除等操作，同时，与其他工作站完成数据共享。另外，显示画面的窗口管理系统需满足Window标准，管理者可以按照需要自行修改和设置窗口大小、颜色等，同时完成画面的移动、缩放。图形管理系统支持汉字的生成和输入，拥有矢量汉字字库。其中的制表打印、画面名称、告警提示、屏幕显示等需使用中文显示。

（2）报警功能。系统采集的数据参数若出现数字量变位、模拟量越限或者其他诊断故障时，需出现报警警示，报警装置发出报警声，其他工作站人员可通过画面形式和报警数据了解事故发生原因并予以针对性处理。其中报警方式可以细分为事故报警、预告报警以及异常报警，人员可根据报警形式的不同采用灵活处理方法，分层、分类方法的采取有利于提升事件处理的及时性和有效性。若为事故报警，则人员必须以手动方式确定并进行有效处理，若在设定时间内未消除危机则系统会再次报警。

另外，需要提供一览表，用户可按照时间、关键字等浏览和打印需要的历史数据。

（3）人机界面。人机界面的最主要目的是帮助工作人员完成对整个系统的控制和监测。人机界面系统需要拥有开放性，可应用于任意工作站，同时，交互通过键盘、显示器等完成。界面选择面向对象技术，建立符合要求的网络模型。

（4）控制及操作。系统的控制范围包括站内断路器、主变压器调压抽头、电动隔离及接地开关等在内的所有设备，而控制方式则可按照实际需求在唯一性原则限制下选择自用或者手动控制。需注意的是，自动控制阶段，任何部件出现检测故障后都必须立刻发出报警信号，停止相关操作，但是，不可影响其他设备运行。自动控制也包括两种方式，分别为调节控制和顺序控制，二者的管理相对独立，运行人员的退出、投入等操作不会对其正常运行造成影响。

操作方面，操作员站需支持间隔操作画面显示，人员在现实的间隔画面中实现控制操作。操作的最关键目的就是维持整个自动化系统安全稳定运行，为其提供安全保障。

（5）防误闭锁。防误闭锁是变电站自动化系统必须具备的功能，且需要对出现状况予以出错报警显示，帮助人员快速了解发生原因并予以解决，人员在权限范围内或者特殊情况下可解除闭锁功能。

（6）电能量处理。人员需要正确处理采集得的电能量，同时对其进行分阶段分析，在计算过程中，需要按照不同运行方法针对性选择计算方法并于输出报表中明细。除此之外，本项目的综合自动化系统应连接原有电能计费系统，实现数据共享，在节约投资的同时保证数据一致。

（7）自诊断及恢复。系统在运行过程中需对内部软硬件实施持续性诊断，一旦检测出故障需要自动闭锁并发送报警信号。此外，还应支持自恢复，以此稳定设备运行。

（8）统计及打印。设备应对涉及的电压、电流以及稳定予以记录，累计电能量，分析变压器损耗和负荷率。除此之外，统计内容还包括母线电压电量平衡率、合格率、变压器停用频次、安全运行天数、变电站用电量、断路器跳闸次数等。对于统计的相关数据，系统需支持报表打印，发挥数据库价值，为系统的优化、设备的维修、数据库更新等提供数据支撑和参考。

4 结语

综合自动化系统的构建能够在保证电流转化质量的同时使得监控系统在多干扰环境下正常工作，为各工作站人员正常工作提供数据支撑，稳定系统运行，提升设备工作质量和水平。