李智華，陳洪博

(河北定洲發(fā)電有限責(zé)任公司，河北 定洲 073000)

河北國(guó)華定洲電廠NCS系統(tǒng)改造中的問(wèn)題及解決方案

李智華，陳洪博

(河北定洲發(fā)電有限責(zé)任公司，河北 定洲 073000)

文章對(duì)河北國(guó)華定洲電廠網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)(NCS系統(tǒng))改造工程實(shí)施過(guò)程以及改造后的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了介紹，重點(diǎn)說(shuō)明了工程實(shí)施過(guò)程中一些重要問(wèn)題的解決方法，最后對(duì)NCS系統(tǒng)的發(fā)展提出幾點(diǎn)建議。

NCS；測(cè)控單元；通訊；電氣二次安全防護(hù)剛接節(jié)點(diǎn)；鉸接節(jié)點(diǎn)

1 河北國(guó)華定洲電廠原NCS系統(tǒng)存在的問(wèn)題

河北國(guó)華定洲發(fā)電廠500 kV出線2回，主接線采用一個(gè)半斷路器接線方式，220 kV出線4回，主接線采用雙母線接線方式。根據(jù)電廠在電網(wǎng)中所處的地位以及有關(guān)的調(diào)度管理規(guī)程規(guī)定，由華北網(wǎng)調(diào)和河北省中調(diào)兩級(jí)調(diào)度管理，并接收河北省中調(diào)對(duì)該廠下達(dá)的自動(dòng)發(fā)電控制(AGC)指令。

電廠NCS系統(tǒng)和遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)統(tǒng)一考慮，采用分層分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、開(kāi)放式多任務(wù)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(UNIX系統(tǒng))，多窗口人機(jī)界面。整個(gè)系統(tǒng)分成站控層和間隔層。站控層和間隔層網(wǎng)絡(luò)均采用雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)，相互獨(dú)立，間隔層設(shè)備為深圳泰科公司的DSS系列分布式RTU，主要是數(shù)據(jù)的采集。站控層為BSJ-2200變電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，操作系統(tǒng)為UNIX操作系統(tǒng)。包括兩臺(tái)操作員站互為冗余(主機(jī))，主要完成數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)；一臺(tái)工程師站，主要是系統(tǒng)維護(hù)；一臺(tái)五防機(jī)與監(jiān)控系統(tǒng)配合實(shí)現(xiàn)斷路器及刀閘的五防操作；一臺(tái)網(wǎng)關(guān)機(jī)，實(shí)現(xiàn)與全廠信息管理系統(tǒng)(PI)等子系統(tǒng)的信息交換。RTU與調(diào)度通信采用主備方式，分別設(shè)在集控樓的兩塊RTU屏上，至網(wǎng)調(diào)、省中調(diào)的遠(yuǎn)動(dòng)信息傳輸采用模擬接口通信和遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)接口通信兩種方式。其中與河北串口方式采用CAE規(guī)約和IEC870-5-101規(guī)約，網(wǎng)絡(luò)通信采用DNP Over UDP/IP，配置相應(yīng)的路由器；與華北網(wǎng)調(diào)通信采用串口CDT方式通信。

隨著運(yùn)行年限的增長(zhǎng)，NCS系統(tǒng)逐漸出現(xiàn)了各種問(wèn)題：

(1)原間隔層RTU設(shè)備老化，插件故障率增加。

(2)定洲電廠二期工程的建設(shè)，使原RTU容量不能滿足增加一次設(shè)備的需求。

(3)隨著華北數(shù)據(jù)網(wǎng)和河北數(shù)據(jù)網(wǎng)的投入使用，遠(yuǎn)動(dòng)數(shù)據(jù)通道也需要由原模擬通道轉(zhuǎn)為數(shù)字通道，而原RTU設(shè)備不能滿足新遠(yuǎn)動(dòng)規(guī)約的要求。

(4)如果更換RTU為測(cè)控單元，測(cè)控單元與老站控層BSJ2200系統(tǒng)通訊配合不穩(wěn)定。

基于以上原因，應(yīng)對(duì)原NCS系統(tǒng)進(jìn)行全面改造，更換老化的站控層和間隔層設(shè)備。

2 項(xiàng)目執(zhí)行方案

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的需要，淘汰原站控層和間隔層設(shè)備，站控層采用南瑞科技的NS2000變電站監(jiān)控系統(tǒng)，操作系統(tǒng)為UNIX；間隔層為南瑞科技的NSD500測(cè)控單元。具體的改造方案如下：

2.1 站控層設(shè)備

在電廠原網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)站控層增加雙遠(yuǎn)動(dòng)工作站，組屏布置于升壓站220 kV繼電器樓。遠(yuǎn)動(dòng)工作站采用NSC300遠(yuǎn)動(dòng)通信控制器，采集數(shù)據(jù)并向華北網(wǎng)調(diào)和河北省中調(diào)輸送數(shù)據(jù)。

原采用BSJ2200的服務(wù)器更換為Ultra 45服務(wù)器，安裝NS2000操作系統(tǒng)，共配置2臺(tái)，互為備用。

2.2 間隔層設(shè)備

原電廠升壓站信息采集與控制均通過(guò)RTU裝置，RTU裝置淘汰后，統(tǒng)一更換為NSD500型網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)測(cè)控單元，遠(yuǎn)動(dòng)和網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)共享采集，通過(guò)雙以太網(wǎng)接口直接上網(wǎng)與站級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相連，構(gòu)成面向?qū)ο蟮姆植际阶冸娬居?jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)由網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)升壓站監(jiān)視與控制，220 kV配電裝置每臺(tái)斷路器配置1臺(tái)測(cè)控單元，實(shí)現(xiàn)本間隔的信息采集和控制，500 kV每回線路及斷路器配置1臺(tái)測(cè)控單元，實(shí)現(xiàn)各間隔的信息采集和控制。升壓站每臺(tái)斷路器均可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)后臺(tái)控制，或測(cè)控屏就地控制，或斷路器本體就地控制，同時(shí)只能在一處實(shí)現(xiàn)斷路器控制。

每?jī)膳_(tái)機(jī)組的電子設(shè)備間配置1臺(tái)測(cè)控單元柜，實(shí)現(xiàn)機(jī)組的AGC功能。

改造前后的系統(tǒng)圖見(jiàn)圖1、圖2。

圖1 河北國(guó)華定洲發(fā)電廠微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖(原)

圖2 河北國(guó)華定洲發(fā)電廠微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖(新)

新NCS系統(tǒng)投入使用后，具備接入華北數(shù)據(jù)網(wǎng)和河北數(shù)據(jù)網(wǎng)的功能，提高了數(shù)據(jù)網(wǎng)的可控性和自動(dòng)化程度，并且通過(guò)擴(kuò)容可以對(duì)二期相關(guān)設(shè)備進(jìn)行控制。

3 工程實(shí)施過(guò)程及遇到的問(wèn)題

3.1 工程概述

原NCS系統(tǒng)設(shè)計(jì)為廠內(nèi)監(jiān)控和遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)統(tǒng)一考慮，各元件的監(jiān)控集中設(shè)計(jì)，沒(méi)有分開(kāi)。因此將改造分為升壓站測(cè)控部分、機(jī)組測(cè)控部分和站控層改造三部分進(jìn)行。由于涉及到電流及控制回路，所有間隔層設(shè)備改造均在對(duì)應(yīng)一次設(shè)備停電情況下施工。

3.2 升壓站測(cè)控部分

河北國(guó)華定洲電廠負(fù)責(zé)一個(gè)220 kV升壓站和一個(gè)500 kV升壓站的控制和監(jiān)視。220 kV升壓站采用雙母線接線，4回出線，改造后測(cè)控單元采用按間隔配置方式，4條線路分別配置4臺(tái)測(cè)控單元，母聯(lián)、啟備變、發(fā)變組每臺(tái)開(kāi)關(guān)配置1臺(tái)測(cè)控單元，220 kV系統(tǒng)配置一臺(tái)公用測(cè)控單元。總計(jì)配置共9臺(tái)測(cè)控單元，組四面屏，分別按間隔接入母線電壓、各線路電流、主變高壓側(cè)電流、兩臺(tái)啟備變的高壓側(cè)電流、各開(kāi)關(guān)和刀閘的開(kāi)關(guān)量以及各保護(hù)裝置的保護(hù)動(dòng)作信號(hào)。500 kV升壓站采用一個(gè)半斷路器接線，形成2個(gè)完整串和一個(gè)不完整串，共8臺(tái)斷路器。每臺(tái)斷路器配置1臺(tái)測(cè)控單元，每回線路及主變配置1臺(tái)測(cè)控單元，500 kV母線設(shè)備配置1臺(tái)公用測(cè)控單元，共配置14臺(tái)測(cè)控單元，組六面屏。分別接入母線電壓、各線路電流、主變高壓側(cè)電流、兩臺(tái)啟備變的高壓側(cè)電流、各開(kāi)關(guān)和刀閘的開(kāi)關(guān)量以及各保護(hù)裝置的保護(hù)動(dòng)作信號(hào)。

3.3 機(jī)組測(cè)控部分

機(jī)組測(cè)控部分改造前，升壓站的NCS改造完畢后，原升壓站RTU設(shè)備接入的采集量已完全接入至NSD500測(cè)控單元，并通過(guò)測(cè)控單元向站控層BSJ2200設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。同時(shí)，準(zhǔn)備替換原BSJ2200操作系統(tǒng)的新監(jiān)控系統(tǒng)NS2000已調(diào)試完畢，并經(jīng)過(guò)聯(lián)入網(wǎng)絡(luò)的測(cè)試，具備投入使用的條件。遠(yuǎn)動(dòng)部分仍由RTU采集數(shù)據(jù)并通過(guò)通訊管理機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。新遠(yuǎn)動(dòng)傳輸裝置NSC300已調(diào)試完畢并與華北網(wǎng)和河北網(wǎng)傳動(dòng)完畢。

1號(hào)機(jī)組和2號(hào)機(jī)組的RTU共計(jì)4面屏，包括NCS、DPU柜(為廠內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)的前置機(jī))、NCS網(wǎng)絡(luò)柜(監(jiān)控系統(tǒng)電源及交換機(jī))、NCS監(jiān)控柜1(2臺(tái)機(jī)組的遙測(cè)量)、NCS監(jiān)控柜2(2臺(tái)機(jī)組的遙控量)。從每臺(tái)屏柜的配置看，在新監(jiān)控系統(tǒng)建立后，由于電源仍然需要使用，因此需保留NCS網(wǎng)絡(luò)柜，而NCS DPU柜、NCS監(jiān)控柜1、NCS監(jiān)控柜2均可拆除。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)考察，如果拆除NCS、DPU柜，1號(hào)機(jī)組電流和電壓電纜將不夠長(zhǎng)度接至新屏，由于這些電纜均由就地端子箱敷設(shè)至電子間，如重新敷設(shè)將大幅度增加工作時(shí)間；如果拆除NCS監(jiān)控柜1，則從一開(kāi)始工作就必須停止機(jī)組數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)動(dòng)傳輸。根據(jù)以上分析，確定拆除最西面的NCS監(jiān)控柜2，這樣大部分電纜將不需要重新敷設(shè)即可繼續(xù)使用，同時(shí)可以減少機(jī)組遠(yuǎn)動(dòng)數(shù)據(jù)停止的時(shí)間。

由于遠(yuǎn)動(dòng)通道數(shù)據(jù)中斷時(shí)間不能過(guò)長(zhǎng)，經(jīng)過(guò)技術(shù)人員討論，決定首先短時(shí)申請(qǐng)退出遠(yuǎn)動(dòng)通道，將監(jiān)控柜2的設(shè)備從屏中取出后加臨時(shí)電源而恢復(fù)遠(yuǎn)動(dòng)數(shù)據(jù)的傳輸，之后拆除監(jiān)控柜2并在監(jiān)控柜2的基礎(chǔ)上安裝新機(jī)組測(cè)控屏。新屏柜安裝固定后，分別申請(qǐng)暫時(shí)中斷1號(hào)機(jī)組和2號(hào)機(jī)組的測(cè)控?cái)?shù)據(jù)，將相關(guān)回路從監(jiān)控柜1移至監(jiān)控柜2。通過(guò)以上方法，避免了遠(yuǎn)動(dòng)數(shù)據(jù)的長(zhǎng)時(shí)間中斷，同時(shí)由于采用2臺(tái)機(jī)組分別接入新遠(yuǎn)動(dòng)工作站的方法，避免了2臺(tái)機(jī)組遠(yuǎn)動(dòng)數(shù)據(jù)同時(shí)中斷的風(fēng)險(xiǎn)。

3.4 站控層改造

遠(yuǎn)動(dòng)工作站采用南瑞的NSC300型設(shè)備，雙機(jī)備用設(shè)計(jì)，采用104規(guī)約分別接入河北數(shù)據(jù)網(wǎng)向河北省電力公司和華北數(shù)據(jù)網(wǎng)向華北網(wǎng)電力公司輸送數(shù)據(jù)。接入方式設(shè)計(jì)為網(wǎng)線，但由于遠(yuǎn)動(dòng)工作站距離數(shù)據(jù)網(wǎng)交換機(jī)超過(guò)120m，經(jīng)實(shí)際測(cè)量，丟包率達(dá)到10%以上，因此接線方式變更為光纖接線。采用光纖后，數(shù)據(jù)傳輸非常穩(wěn)定。為了增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，又設(shè)計(jì)了兩路64K數(shù)字通道向華北網(wǎng)調(diào)和河北中調(diào)輸送數(shù)據(jù)，為數(shù)據(jù)網(wǎng)因異常中斷后提供了有效保障。

3.5 NCS系統(tǒng)與五防、PI、AVC的通訊

我廠NCS系統(tǒng)除負(fù)責(zé)遠(yuǎn)動(dòng)傳輸及廠內(nèi)監(jiān)控外，仍擔(dān)負(fù)著向五防操作員站、無(wú)功自動(dòng)裝置(AVC)以及PI系統(tǒng)(實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù))進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的功能。

按原設(shè)計(jì)方案，升壓站的操作采用其本身的NS2000操作系統(tǒng)即可實(shí)現(xiàn)五防功能，考慮到系統(tǒng)本身出現(xiàn)問(wèn)題的情況下，不能有效防止誤操作，因此采用獨(dú)立的五防機(jī)。在五防機(jī)上操作后將命令傳輸給NCS操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)雙重閉鎖，防止誤操作或誤出口的發(fā)生。

AVC設(shè)備和原通訊管理機(jī)采用串口線連接，CDT規(guī)約，更換遠(yuǎn)動(dòng)工作站后，如果沿用232/485接口，則存在兩方面的問(wèn)題，一方面是距離較遠(yuǎn)，各設(shè)備的通信地共地，現(xiàn)場(chǎng)各種異常情況都有可能出現(xiàn)，二者之間即使有零點(diǎn)幾伏的電壓差，都會(huì)導(dǎo)致誤碼或不能通訊；另一方面是采用232/485經(jīng)轉(zhuǎn)接設(shè)備后，由于不經(jīng)光電隔離，對(duì)設(shè)備安全存在隱患。因此，NCS系統(tǒng)與AVC的通訊改為網(wǎng)絡(luò)，采用104規(guī)約，這就要求AVC裝置與NCS系統(tǒng)在同一個(gè)網(wǎng)段上，而AVC地址由省公司下發(fā)不能更改，經(jīng)聯(lián)系A(chǔ)VC廠家后，為AVC裝置增加一塊網(wǎng)卡與NCS系統(tǒng)通訊，隔離了網(wǎng)段。

PI(PI=Plant Information)系統(tǒng)是一套基于服務(wù)器和客戶端結(jié)構(gòu)(即CS結(jié)構(gòu))，采集NCS系統(tǒng)數(shù)據(jù)，負(fù)責(zé)供向我廠辦公網(wǎng)絡(luò)發(fā)布瀏覽生產(chǎn)數(shù)據(jù)的軟件系統(tǒng)，是實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。由于PI系統(tǒng)運(yùn)行于辦公網(wǎng)絡(luò)中，要和NCS系統(tǒng)這種工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)相連接，不能滿足電氣二次安全防護(hù)的要求，因此，我們?cè)诮涌诓糠职惭b了硬件防火墻和縱向加密裝置，隔離了生產(chǎn)大區(qū)和管理大區(qū)。

4 總結(jié)及建議

NCS系統(tǒng)改造按上述步驟實(shí)施完畢后，遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)和廠內(nèi)監(jiān)控以及AVC、PI系統(tǒng)都運(yùn)行正常，滿足了華北網(wǎng)調(diào)和河北中調(diào)的要求。從定州電廠NCS系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試和實(shí)際運(yùn)行情況分析，對(duì)變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)提出以下幾點(diǎn)建議和設(shè)想。

4.1 通訊規(guī)約的標(biāo)準(zhǔn)化

由于監(jiān)控系統(tǒng)通訊設(shè)備的類型較多，它們與監(jiān)控系統(tǒng)的通訊協(xié)議五花八門(mén)，給系統(tǒng)聯(lián)調(diào)帶來(lái)較大難度，也給以后的維護(hù)工作帶來(lái)不便。在工程實(shí)施過(guò)程中，盡量統(tǒng)一為IEC60870-5-104規(guī)約，但仍有部分設(shè)備不能實(shí)現(xiàn)相同規(guī)約，解決這類問(wèn)題的關(guān)鍵在于標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)始終貫穿工程設(shè)計(jì)、設(shè)備招標(biāo)和工程實(shí)施的全過(guò)程。

4.2 就地采集設(shè)備應(yīng)分間隔設(shè)計(jì)

由于原NCS系統(tǒng)的RTU采集數(shù)據(jù)為集中式設(shè)計(jì)，各間隔的回路集中到幾個(gè)屏內(nèi)，在工程實(shí)施過(guò)程中產(chǎn)生了很大困難，同時(shí)，這種設(shè)計(jì)方式也不利于安全運(yùn)行及停電檢修。改造后的NCS系統(tǒng)分間隔設(shè)計(jì)，提供了更為安全穩(wěn)定的運(yùn)行方式，建議今后的NCS系統(tǒng)設(shè)計(jì)也應(yīng)該遵循這樣的原則。

4.3 交流采樣校驗(yàn)儀接口的標(biāo)準(zhǔn)化

隨著網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展，模擬量的采集普遍采用交流采樣測(cè)量單元，取消了電壓、電流、功率和功率因數(shù)變送器。由于監(jiān)控系統(tǒng)中模擬量通道的數(shù)量和順序的不確定性，使得監(jiān)控系統(tǒng)的交流采樣校驗(yàn)儀接口沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)化或根本沒(méi)有此接口，無(wú)法實(shí)現(xiàn)用交流采樣校驗(yàn)儀對(duì)模擬量通道進(jìn)行檢驗(yàn)。

5 結(jié)束語(yǔ)

定洲電廠網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)改造后操作簡(jiǎn)單，維護(hù)量小，運(yùn)行可靠性高，不僅使運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度大大減少，而且為調(diào)度、運(yùn)行人員提供準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、圖形，幫助他們準(zhǔn)確掌握設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。它滿足了對(duì)變電站運(yùn)行管理水平日益提高的需要，也是電力系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。隨著變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)可靠性的不斷提高和功能的不斷擴(kuò)充和完善，性能價(jià)格比更具優(yōu)勢(shì)，將在各類電壓等級(jí)變電站及電廠中廣泛采用。

Discussed the Northern Area Purp le Lobe Low Cherry Grafts the Reproduction

Li Zhihua，Chen Hongbo

In this paper,it is introduced that the implementation process and the network structure of the transformation projectof the NetControl System(NCS)in HeBeiGuohua Dinzhou power plant,and focused on the instructions solution ofsome importantquestions in the implementation process.Finalwebring forward severalsuggestion to the developmentof the NCSsystem.

NCS；themeasureand controlunit；Communication；Secondary electricalsafety

TQ 423

A

1000-8136(2011)29-0029-03