RTU系统在变电站改造项目中的应用_姚辉.pdf

2023 1期 系统在变电站改造项目中的应用姚辉（南京南瑞继保电气有限公司，江苏 南京 ）摘要：随着信息技术和经济的发展，变电站综合自动化系统（）的应用已越来越普及，远动装置成为与调度主站通信的主要媒介，然而 系统在变电站端的应用并未停止。通过介绍（远动）方案在埃及开罗区域变电站 系统改造项目中的应用，提出变电站 系统改造的一种新思路，论证其特点和实用性，并得出相应结论。关键词：电力系统；远动中图分类号：（，）：，（），（），：；收稿日期：作者简介：姚辉（），研究方向为电网保护和控制技术。引言变电站是电力系统的一个重要组成部分，它的安全可靠运行是电网安全经济运行的根本保证。随着现代控制理论、计算机技术、电子技术和通信技术的不断发展，变电站自动化水平得到显著提高，电力调度系统的应用也日趋完善。变电站端与调度主站的通信方式主要有 （）系统和远动通信装置（）两种模式。系统一般应用于对变电站端自动化无要求的站点，而远动通信装置一般与变电站监控系统（）一同配置。两者对于站内数据采集的方式有显著不同，系统通过二次电缆采集站内信号，而远动通信装置通过连接到变电站站控层网络，经 等规约与变电站内智能单元如保护、测控装置通信以采集站端数据。随着变电站自动化 系统的普及应用，在电力系统内的应用越来越少，然而在欠发达和发展中国家，如本项目所在国埃及境内的变电站里仍大量使用 系统收集站内信息并与调度主站通信实现远程监视和控制功能。随着时间推移，老旧 系统往往无法满足变电站长期稳定运行、改扩建新增信号的接入和变电站自动化监控系统应用等需求而需进行改造。埃及开罗区域变电站现状和问题分析埃及开罗是北非重要的政治和文化中心，其电力系统供应着超过 万人口的用电。开罗市内 及以上电压等级的变电站数量约为 个，其中绝大部分站点已运行超过 年。目前，开罗区域变电站的调度监控问题较突出，主要包括如下几个方面。（）系统大范围应用，变电站自动化改造需求迫切。埃及电力公司的变电站自动化程度不高，电网内的大部分变电站仍采用 系统接入调度主站通信实现远程监视和控制功能，调度系统远程遥控操作比例低，电力系统操作仍依赖站内运行人员手动进行。大量变电站内保护、控制系统运行时间超过设计使用年限，电力公司计划分批次升级改造并引入变电站自动化系统。（）调度系统监控信号不全，未及时接入改扩建间隔。原 系统仅接入了 及以上电压等级间隔的信号，未接入 中压开关柜信号。开罗区域变电站在往年的运行过程中，因经济发展和用电需求增加而多次进行改扩建，新增的高压、中压间隔信号未能及时接入原 系统并上送调度主站。（）通信系统建设落后且故障率高，调度监控出现盲区。开罗区域变电站通信系统建设滞后严重，变电站投运多年后无法接入调度主站的情况非常普遍，且变电站与调度主站的通信通道故障率高，常年有 以上变电站成为电气设备电工技术中国电工网调度监控盲区。（）调度系统无法满足应用需求。埃及开罗区调 系统运行已超过 年，系统运行稳定性差，难以维护并维持稳定运行，且无法满足新技术应用需求。埃及电力公司 对开罗区域调度系统的问题非常重视，对于改造开罗区调 系统、通信网络和变电站内 系统的需求迫切，经研究决定对开罗区调 系统进行更换，并对区域内的 个变电站进行通信系统和 系统改造，其中 系统改造工作需接入所有站内新增高压间隔及 中压柜信号，实现对全站高低压等级信号的监视和控制。系统改造方案的选择和比较传统变电站 系统主要包含 装置、变送器、隔离继电器和二次电缆。装置是变电站内信号采集单元，常采用主从模式，包含 主机和 子机（输入、输出信号扩展单元）。传统 系统结构如图所示。图 1 传统 RTU 系统传统 系统由单台 主机和多台 子机组成，主机和 子机均可配置多种类型信号输入输出板卡接入变电站内各间隔信号，包含开关量输入 板、开关量输出 板、直流量输入 板、直流量输出 板、通信板等。主机和 子机通过内部总线相连，子机数量根据变电站所需接入的信号数量进行调整，可方便地进行增减以适应站内的信号接入需求。对于变电站内智能装置，主机也可通过网络或串行通信的方式接入。主机通过调度通信规约 、等 与 调 度 主 站 通信，传输站内的信号至主站并接收主站下发的控制命令，实现调度主站远程监视和控制功能。变电站内的 设备一般由 直流电源供电。变送器用于采集变电站内模拟量信号并转化为（常用）直流量接入 装置，可根据采集数据种类和功能需求分为单相电流电压变送器、三相电流电压变送器、有功无功功率变送器、电度量变送器、阻抗变送器和多功能变送器等。常用变送器的测量精度为 级和 级。隔离继电器用于 系统变电站二次回路的电气隔离。变电站内二次回路通常采用的 直流电压等级远高于 装置电源电压等级（），隔离继电器将信号进行重动，从而使 装置与变电站二次回路里的输入、输出开关量信号进行电气隔离以保护 设备免受入侵高压冲击而损坏，同时面对部分间隔无法提供足够信号接点的情况，部分隔离继电器还可通过信号重动实现接点扩展的功能。埃及开罗区域 个变电站 改造项目中，要求新增 系统具备以下功能。变电站内信号接入需求（）模拟量信号：安装变送器接入电流、电压，经变送输出的 直流量由电缆接入新 设备。（）开关量输入信号：安装隔离继电器接入开关量输入信号，重动后输出干接点（）经电缆接入新 设备。（）开关量输出信号：安装隔离继电器，新 设备跳闸信号经电缆接入隔离继电器，隔离继电器输出的接点接入分合闸回路（本项目仅引出单付跳闸接点作测试用）。与站内智能设备通信功能（）智能单元 ：站内部分间隔采用多功能仪表采集模拟量信号，需通过串口通信线连接并经 规约接入新 系统。（）老 设备：通过串口通信线连接并经 规约接入新 系统。兼容变电站自动化改造在将来变电站进行二次保护和监控系统改造过程中，新增 系 统 需 能 顺 利 接 入 新 的 变 电 站 自 动 化 系 统 。针 对 上 述 系 统 改 造 的 技 术 需 求，提 出 了（远动）系统的解决方案。该方案有别于传统变电站 系 统 的“主 从”配 置 方 案，结 构 如 图 所 示。（远动）系统在间隔层的配置与传统 系统类图 2 埃及开罗区调项目 RTU 系统结构图电工技术电气设备2023 1期似，但在信号采集装置和调度通信系统的配置上有较大调整，信号采集装置选用支持 通信功能的 主机，引入双交换机和双远动设备组成站控层网络，解决方案在设备层面增加部分投资，但具有比较明显的技术优势。（）传统 系统冗余度低，单台设备故障影响范围大，主 机 故 障 将 导 致 全 站 通 信 中 断；新 方 案 中，所 有 装置均采用主机，任意一台 单装置故障或维护退出运行时均不会影响其他 装置稳定运行，系统可靠性高。（）传统 系统的主从机级联数量有限，输入、输出信号数量超过单组最大容量时将无法扩展；而新 系统无信号数量限制，在理论上可通过扩展 主机和网络交换机的数量，无限扩展输入、输出信号的数量。（）作为信号采集单元的 装置接入多个站内智能单元 时，可将其分配在不同 装置上，提高智能单元通信接入的稳定性和可靠性。（）远动装置和交换机均采用双机冗余配置，并组成站控层双网络结构，装置与站控层网络也采用双网连接，系统冗余度高，任一节点网络故障不会影响系统运行。（）设备与站控层网络采用 通信规约，该规约可高效传输信号数据，同时也可实现 之间跨间隔软件联锁等功能。（）远动装置包含内置 模块，能实现装置的自主对时，同时可作为时钟源向 设备和其他站内智能单元 提供对时。（）该系统组网结构与变电站自动化系统高度相似，远期可方便地改造升级为变电站自动化系统，并可节约综自改造投资成本。改造后的系统结构如图所示。图 3 RTU 系统与变电站监控系统融合图然而，上述方案也存在一些不足：双远动通信装置和双交换机带来成本上升，同时增加现场调试和运行维护难度；远期变电站自动化系统改造过程需考虑不同厂家设备接入相关工作。对比上述两种 系统改造方案后，经综合考虑，埃及电网公司选择了（远动）系统解决方案并实施。“远动”方案的应用和实践埃及开罗区调 改造项目采用的（远动）系统主要设备及材料包含：屏柜（装置交换机远动）辅助材料（变送器、隔离继电器、多功能仪表、二次电缆等）。（）装置全部采用支持站控层 规约接入的主机，作为站内信号采集装置，配置 信号接入和通信板卡，通过信号电缆和通信线采集各间隔信号，同时通过 规约与老 设备通信以获取高压间隔信号；每台 都经双网接入站控层网络，并采用 规约与远动通信装置建立通信连接以交换数据。（）站控层网络由两台网络交换机组成，满足上、下级设备双网接入需求，提高系统的冗余度和可靠性。（）远动通信装置为双机配置，每台远动通信装置对下通过双网接入站控层网络，并经 规约接入多台 装置，对上经 和 规约接入新开罗区调。其中每台远动通信装置均配置 天线，可接收卫星对时信号并向站控层网络广播 报文、向 设备对时。现场实施过程分为 屏柜安装、信号电缆铺设、站内停电测试和 点对点调试。其中，屏柜安装和信号电缆铺设在变电站内带电运行下进行；站内停电测试进行信号电缆的接线、辅助材料安装调试和站内信号核对的工作；主站 和通信通道具备条件后，进行 点对点远程信号核对工作。（远动）系统方案已在开罗区调改造项目中高效实施并顺利接入新调度主站。该系统在埃及电网稳定运行，得到了业主的高度评价。结语埃及开罗区调改造项目中应用的（远动）系统方案一经提出便得到了埃及电力公司的高度重视。虽然该方案相比传统 系统带来一定成本的增加，但伴随埃及电网公司坚定推进变电站自动化改造的决心，其在解决变电站信号接入调度主站问题的同时也提供了面向未来变电站二次系统改造的兼容性和灵活性。该系统的成功实施和稳定运行得到埃及电网公司的一致好评，也为其他国家和地区的 改造项目提出了一种新的思路，为提高当地电网运行自动化水平提供了新方向。参考文献 桂洲，何甜变电站自动化及智能化发展方式展望湖北电力，（）：卢奭瑄，夏加宽变电站远程控制终端装置（）的数据采样方式与算法电气开关，（）：杨泽斌，罗毅变电站综合自动化系统与常规远方终端单元运行分析 广东电力，（）：高学敏 变电站远动信息采集的分析和改进 黑龙江科技信息，（）：（下转第 页）电气设备电工技术2023 1期 、最大允许门限值 、门限值调整次数、目标压缩误差 的 算法与门限值 的经典 算法进行压缩，压缩后计算压缩比，解压后计算压缩误差。压缩效果如图所示，压缩效果如图所示。050100150200250300350400采样点数幅值150100500-50-100图 5 经典 SDT 算法压缩050100150200250300350400采样点数幅值140120100806040200-20-40-60图 6 ISDT 算法压缩为进一步分析 算法性能，对不同的数据样本进行测试，结果见表。表算法压缩性能对比数据数据点数算法压缩比压缩误差 综上可知，的压缩率为 算法的 倍，而压缩误差仅为 算法的 倍，且 算法损失的数据精度大部分为原始数据中的噪声，真正的有用信息基本无损。结语数据压缩的本质是以最少的内存去尽可能地存储更多的数据，并避免数据较大的失真，使得数据解压后仍能保留可供分析的特征。本文提出的 算法在 二次谐波数据压缩过程中取得良好的实际效果，缓解了系统存储压力，并为远距离传输的实现打下基础。另外，通过调整 滤波参数和重要信息的存储策略，使得 算法亦可适用于其他领域。参考文献 孙文翰 气体检测系统中 控制与信号处理技术研究成都：电子科技大学，刘润根，李辉，白亮，等水泵机组在线监测系统数据压缩算法的研究与应用水利水电技术，（）：曲奕霖，王文海用于过程数据压缩的自控精度 算法计算机工程，（）：刘劲松，于东，胡毅，等改进的旋转门算法及其在数控机床监控领域的应用组合机床与自动化加工技术，（）：宁海楠一种基于 算法的新的过程数据压缩算法计算机技术与发展，（）：吕文静，李红莲，李文铎，等 技术调制参量的优化及实验研究激光技术，（）：刘紫怀，阳春华，罗旗舞，等基于多次谐波联合分析的气