張海岸

（廣東電網(wǎng)湛江雷州供電局，廣東 湛江524200）

0 引言

110kV變電站是聯(lián)系輸電網(wǎng)絡(luò)和配電網(wǎng)絡(luò)的樞紐工程，其自動化功能的實現(xiàn)，是雙向電網(wǎng)實現(xiàn)互聯(lián)的技術(shù)保障。在目前的110kV變電站中，已經(jīng)部署了負(fù)荷監(jiān)測系統(tǒng)、溫度監(jiān)測系統(tǒng)、高頻噪聲監(jiān)測系統(tǒng)、局部紅外監(jiān)測系統(tǒng)、變壓器油中氣體監(jiān)測系統(tǒng)、關(guān)鍵設(shè)備振動監(jiān)測系統(tǒng)等，這些監(jiān)控系統(tǒng)獲得的運行數(shù)據(jù)與遠(yuǎn)控系統(tǒng)相結(jié)合，就可以形成110kV變電站綜合自動化系統(tǒng)。

1 需求分析

本文研究目的是某110kV變電站有針對性地部署自動化系統(tǒng)需要配置的通用數(shù)據(jù)處理設(shè)備及網(wǎng)橋設(shè)備。網(wǎng)橋設(shè)備可以將工業(yè)化數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)化，形成通用數(shù)據(jù)設(shè)備可以處理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)倉庫的處理和策略系統(tǒng)的數(shù)據(jù)挖掘分析。數(shù)據(jù)具有一定的穩(wěn)定性，可以直接通過工業(yè)網(wǎng)橋反饋給遠(yuǎn)控系統(tǒng)，也可以通過IIS服務(wù)器實現(xiàn)遠(yuǎn)端的連接。因為篇幅限制，本文僅討論該系統(tǒng)的硬件需求分析和總體設(shè)計部分。

本文研究對象為某110kV變電站，其主要結(jié)構(gòu)如下：

（1）110kV電源母線1組，管理3路電源進(jìn)線，使用9臺110kV斷路器，采用1運行，1熱備用，1維修或冷備用的方式部署。隔離開關(guān)1臺，接地刀閘2臺。

（2）35kV離場母線1組，管理7條35kV離場線路，其中4條是連往其他110kV變電站的拉手線路，2條是企業(yè)供電專線，1條是本地發(fā)電廠接入回路。拉手線路采用3臺35kV斷路器并列管理，其中1臺運行，1臺熱備用，1臺維修或冷備用。2條供電專線采用2臺35kV斷路器，1臺運行，1臺維修或者冷備用。發(fā)電廠接入回路采用3臺35kV斷路器并列管理，其中1臺運行，1臺熱備用，1臺維修或冷備用。以上線路共有斷路器19臺，隔離開關(guān)3臺，接地刀閘8臺。

（3）10kV離場母線1組，管理22條10kV離場線路，安裝10kV斷路器65臺。隔離開關(guān)4臺，接地刀閘12臺。

（4）10kV場內(nèi)母線1組，安裝10kV斷路器4臺。

（5）場內(nèi)并列10MVA 110／35／10kV變壓器6臺，其中運行3臺，熱備用2臺，維修或者冷備用1臺。

綜上，本文研究對象目前擁有各級別斷路器97臺，母線隔離開關(guān)8臺，母線接地刀閘22臺，變壓器及變壓器控制開關(guān)6組，各級別母線4組。在隔離開關(guān)和變壓器中部署了負(fù)荷監(jiān)測系統(tǒng)和溫度監(jiān)測系統(tǒng)，變壓器中部署了振動及變壓器油中氣體監(jiān)測系統(tǒng)。較為關(guān)鍵的設(shè)備選擇性地部署了局部紅外和高頻噪聲監(jiān)測系統(tǒng)，以獲取其運行狀態(tài)。

110kV變電站數(shù)據(jù)產(chǎn)生量驗算表如表1所示。

表1 數(shù)據(jù)產(chǎn)生量驗算表

通過表1驗算，本文設(shè)計的系統(tǒng)需要處理的有效數(shù)據(jù)量約為142.5Mb／s，而在6.5倍5年發(fā)展冗余和60%運行冗余的前提下，本文系統(tǒng)設(shè)計背板應(yīng)至少達(dá)到1 543.75Mb／s。

功能需求方面，本文設(shè)計的自動化系統(tǒng)需要包含視頻信息轉(zhuǎn)化中心、工業(yè)數(shù)據(jù)網(wǎng)橋、數(shù)據(jù)倉庫、自動化策略主機、IIS服務(wù)器、數(shù)據(jù)總背板等6個模塊。

2 系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

（1）視頻信息轉(zhuǎn)化中心。視頻信息轉(zhuǎn)化中心用于轉(zhuǎn)化紅外數(shù)據(jù)，實現(xiàn)溫度點的讀取。數(shù)據(jù)處理機采用IBM架構(gòu)的4U工控主機，配合6路視頻采集板和16畫面合成陣列，可以直接處理65路視頻信息。算法采用多點比較法，可以得到輸入16畫面數(shù)據(jù)的溫度分布。16畫面是1U設(shè)備，處理機是4U設(shè)備，所以視頻信息轉(zhuǎn)化中心共占用機架空間10U。系統(tǒng)冗余度32.3%。

（2）工業(yè)數(shù)據(jù)網(wǎng)橋。工業(yè)網(wǎng)橋設(shè)備負(fù)責(zé)將各探頭及對應(yīng)集中器傳來的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為以太網(wǎng)通用數(shù)據(jù)，這些設(shè)備建議采用基于ARM7技術(shù)的全志A20雙核模塊，采用1U布置，共需要438路數(shù)據(jù)信號，其中集中化率達(dá)到33%，工業(yè)網(wǎng)橋的數(shù)量可以達(dá)到144臺，共占用機架空間144U。工業(yè)網(wǎng)橋需要根據(jù)不同系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行定制，負(fù)責(zé)將工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中的非標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)進(jìn)行基于TCP／IP協(xié)議的封裝處理，映射到ISO以太網(wǎng)模式中。工業(yè)數(shù)據(jù)網(wǎng)橋使用15臺1 024千兆交換機管理，背板帶寬1 000Mb／s，占用機架空間15U，系統(tǒng)冗余度60%。

（3）數(shù)據(jù)倉庫。本文系統(tǒng)當(dāng)前數(shù)據(jù)產(chǎn)生量為142.5Mb／s，每天產(chǎn)生數(shù)據(jù)總量約為1.5T，如果使得系統(tǒng)保持30天以上的運行數(shù)據(jù)，其近端數(shù)據(jù)倉庫的存儲量應(yīng)該達(dá)到45T以上。按照60%冗余度設(shè)計，本文系統(tǒng)數(shù)據(jù)倉庫的存儲能力應(yīng)該達(dá)到75T。采用ST4000DM000 4T硬盤實現(xiàn)本文系統(tǒng)，應(yīng)該部署至少19塊硬盤。采用拓普龍數(shù)據(jù)倉庫系統(tǒng)進(jìn)行部署，本文采用1個8U設(shè)備，單臺即可實現(xiàn)該系統(tǒng)。而因為電力數(shù)據(jù)較為重要，建議采用2臺服務(wù)器并列運行的方式實現(xiàn)系統(tǒng)部署。數(shù)據(jù)倉庫占用機架空間16U，冗余度66.1%。

（4）自動化策略主機。自動化策略主機在目前的電力系統(tǒng)中已經(jīng)得到了試驗性應(yīng)用，但因為其穩(wěn)定性仍有待試驗考量，所以，該系統(tǒng)尚未與遠(yuǎn)控系統(tǒng)并網(wǎng)。自動化系統(tǒng)為了提升穩(wěn)定性，需要采用多機陣列的方式實現(xiàn)，本文系統(tǒng)建議采用8組IBM服務(wù)器及C3750交換機聯(lián)合實現(xiàn)。服務(wù)器為2U系統(tǒng)，交換機為2U系統(tǒng)，自動化策略主機共占用機架空間10U。

（5）IIS服務(wù)器。IIS服務(wù)器主要用于調(diào)度和倒閘人員介入管理該自動化系統(tǒng)，對其本身運行穩(wěn)定性和運行速度沒有過高要求，建議使用2臺IBM服務(wù)器采用1運行1備用的方式實現(xiàn)。占用機架空間4U。

（6）數(shù)據(jù)總背板。綜上，本文設(shè)計的自動化系統(tǒng)占用機架空間199U，采用60%空間冗余布置，共需機架空間332U，應(yīng)布置42U機架8個。各模塊輸出數(shù)據(jù)線路9根，運行在1 000Mb／s背板上，而系統(tǒng)總背板采用CISCO7050交換機實現(xiàn)，系統(tǒng)運行在10 000Mb／s背板上。

3 結(jié)語

本文采用了8個42U標(biāo)準(zhǔn)機架對110kV變電站的自動化數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，采用CISCO7050交換機對于以上數(shù)據(jù)進(jìn)行核心背板管理，通過數(shù)據(jù)整合，可以實現(xiàn)110kV變電站所有數(shù)據(jù)的一站式管理，為變電站的自動化改造提供硬件支持。當(dāng)然，硬件支持是自動化的基礎(chǔ)，自動化工作還需要更加強大的軟件支撐，特別是對于策略主機的可靠性提升，是最終實現(xiàn)變電站自動化的關(guān)鍵一步。而本文設(shè)計的系統(tǒng)為策略主機提供的數(shù)據(jù)支持，是提升策略主機可靠性的基礎(chǔ)。

［1］陳艷艷.基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的變電站自動化系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信研究［D］.山西大學(xué)，2013

［2］潘嘉琪.變電站間通信的多項目工程配置技術(shù)研究［D］.湘潭大學(xué)，2013