孫偉，馬青爽，王亞男，任志偉，劉康，鮑學超

（1.霍煤鴻駿鋁電公司動力分廠，內(nèi)蒙古 霍林郭勒 029200；2.深圳市中電電力技術(shù)股份有限公司，廣東 深圳 518000）

1 項目概況

扎鋁變整流所在電解鋁生產(chǎn)過程中占據(jù)重要位置，主要是對交流電予以轉(zhuǎn)換，滿足電解槽400kA直流電需求，同時也許考慮到廠區(qū)各個設(shè)備10kV交流電需要。220kV供電系統(tǒng)包括2個GIS開關(guān)站，開關(guān)站又由整流機組、電源進線、220kV諧波裝置以及動力變組成；而10kV供電系統(tǒng)則包括7個10kV高壓室。而供電系統(tǒng)在轉(zhuǎn)換電源的過程中涉及調(diào)壓、濾波等一系列流程，必將造成強磁場、高溫環(huán)境，極大干擾供配電設(shè)備運行的穩(wěn)定性，也不利于監(jiān)控等數(shù)據(jù)的正常傳輸。

本項目意在通過雙以太網(wǎng)連接通信的設(shè)計實現(xiàn)強磁場、高溫環(huán)境下綜合自動化系統(tǒng)的應用，精準采集設(shè)備各項數(shù)據(jù)，并能夠?qū)崟r將數(shù)據(jù)準確上傳至主控室上位機，幫助相關(guān)工作者高效檢測設(shè)備運行狀態(tài)。綜合自動化系統(tǒng)包括多項組態(tài)軟件，對設(shè)備運行中的數(shù)據(jù)予以自動記錄和保存，同時對異常數(shù)據(jù)生成警報，可現(xiàn)實報表、曲線等數(shù)據(jù)，還可對數(shù)據(jù)信息進行統(tǒng)計分析，以此保證系統(tǒng)穩(wěn)定高效運行。

2 項目范圍

本項目通過通信管理機以及交換機等可在強干擾環(huán)境下穩(wěn)定運行的通訊設(shè)備的運用保證220kV、10kV供電系統(tǒng)設(shè)備穩(wěn)定運行，安裝智能穩(wěn)定的綜合自動化系統(tǒng)，意在實現(xiàn)400kA整流所綜合自動化系統(tǒng)的建立。

3 多干擾環(huán)境下400kA系列整流所綜合自動化系統(tǒng)技術(shù)要求

3.1 總體要求

3.1.1 可靠性要求

系統(tǒng)首先需要滿足相關(guān)國家級標準，不同產(chǎn)品能夠協(xié)同作用，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行；其次，在開發(fā)階段，設(shè)計人員就應以軟件工程辦法為準則對設(shè)備予以充分測試，選擇出安全性最高、適配性最強的穩(wěn)定運行版本；再次，為避免單個故障影響整個系統(tǒng)正常運行，系統(tǒng)中的重要單元及重要部件必須為冗余配置；最后，系統(tǒng)需具備隔離故障的功能，在故障切除后要保證其他節(jié)點正常工作，恢復過程也應穩(wěn)定且迅速。

3.1.2 可維護性要求

系統(tǒng)首先需支持圖模庫一體化，以此幫助維護人員可正常畫圖、建模以及建庫，一體化的實現(xiàn)能夠保證三者數(shù)據(jù)的一致性；此外，系統(tǒng)需要擁有可行的維護診斷工具，工具應簡單便捷，輔助維護人員快速定位故障發(fā)生位置并進行維護和解決，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行；最后，軟件產(chǎn)品必須具備詳盡完整的維護手冊，為人員維護提供參考。

3.1.3 開放性要求

系統(tǒng)需在國際標準的要求下具備開放性特點，軟硬件也應為標準化、通用產(chǎn)品，其中的商用數(shù)據(jù)庫、計算機產(chǎn)品、操作系統(tǒng)以及其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備也需要滿足電力工業(yè)標準；另外，系統(tǒng)需要有良好可擴展性，實現(xiàn)系統(tǒng)的逐步建設(shè)、擴充和升級，促使電網(wǎng)監(jiān)控管理持續(xù)性發(fā)展；系統(tǒng)的開放式結(jié)構(gòu)能夠提供開放式環(huán)境，適用于多項硬件平臺，應用國際標準開發(fā)平臺，統(tǒng)一功能模塊接口標準，用戶可通過開發(fā)應用程序集成平臺及其他系統(tǒng)，形成聯(lián)合作用。

3.1.4 安全性要求

保障自身安全性是變電站自動化系統(tǒng)必須滿足的條件，唯有高度安全性才能夠保障數(shù)據(jù)信息的安全，避免出現(xiàn)的信息泄露給企業(yè)、部門等造成的重大損失。系統(tǒng)還需擁有有效保密措施，其中執(zhí)行關(guān)鍵任務的核心數(shù)據(jù)還需進行冗余備份，運行數(shù)據(jù)采取雙機熱備份，最大程度降低數(shù)據(jù)丟失風險。若系統(tǒng)與調(diào)度中心的連接需借助網(wǎng)絡(luò)通道則需要提前設(shè)置防火墻，避免出現(xiàn)外部非法入侵造成的數(shù)據(jù)丟失和篡改。此外，人員在應用系統(tǒng)時需要受到限制和監(jiān)視，堅決避免人員非法利用內(nèi)部數(shù)據(jù)以及軟硬件資源。同時，需要對計算機病毒予以及時預防和查殺，避免病毒擴散，一旦發(fā)現(xiàn)病毒入侵系統(tǒng)需要及時發(fā)現(xiàn)并上報至管理者，即使系統(tǒng)因病毒入侵出現(xiàn)崩潰也要具備良好恢復機制。

3.2 具體要求

3.2.1 設(shè)備接入層

400kA系列整流所綜合自動化系統(tǒng)需要接入保護裝置、故障錄波裝置、電度表、測控裝置等多項現(xiàn)場終端設(shè)備。

3.2.2 網(wǎng)絡(luò)通信層

3.2.2.1 系統(tǒng)組網(wǎng)方式

沿用原扎鋁變整流所方式，重新敷設(shè)不滿足組網(wǎng)結(jié)構(gòu)要求部位，光纜利舊。

3.2.2.2 組網(wǎng)結(jié)構(gòu)要求

組網(wǎng)結(jié)構(gòu)組成本分主要有2部分：一為站控層，二為間隔層，二者通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)連接，需要注意的是，站控層設(shè)備若出現(xiàn)故障造成停運不可對間隔層設(shè)備造成影響。站控層構(gòu)成要素包括系統(tǒng)主機、操作員站及各工作站，主要通過人機聯(lián)系界面的提供控制間隔層設(shè)備，提升管理有效性。間隔層構(gòu)成要素包括測控單元、通信接口設(shè)備以及間隔層網(wǎng)絡(luò)等，主要用于監(jiān)測控制單元設(shè)備。系統(tǒng)內(nèi)任一設(shè)備裝置出現(xiàn)故障都不能夠?qū)ο到y(tǒng)穩(wěn)定運行造成干擾。

3.2.2.3 系統(tǒng)通訊主要設(shè)備及配置要求

（1）主機。主機為數(shù)據(jù)庫服務器，至少需達到以下要求：2.3GHZ5218處理器、8×32G以上內(nèi)存、具備光路診斷功能、Windows 2016以上操作系統(tǒng)、SQL 2016以上數(shù)據(jù)庫，另外，需配置原廠備份還原軟件光盤。

（2）操作員站。操作員站為塔式服務器，至少需達到以下要求：處理器版本為Intel Xeon E3-1225及以上、8GB DDR4 ECC Register內(nèi)存、雙百兆網(wǎng)口、3.0GHz及以上主頻、Win10操作系統(tǒng)、1G顯存，另外需配置2.5寸10000轉(zhuǎn)1T企業(yè)級熱插拔SAS硬盤。

除此之外，還包括移動工程師站、光電轉(zhuǎn)換器、交換機以及通信管理機等主要設(shè)備。

3.3 軟件應用層

3.3.1 軟件結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)軟件選擇模塊化結(jié)構(gòu)，以此實現(xiàn)實施響應，體現(xiàn)系統(tǒng)可擴充性，同時發(fā)揮自檢功能優(yōu)勢。系統(tǒng)內(nèi)部某一軟件出現(xiàn)運行錯誤時僅會彈出警示信息，不會對其他軟件造成干擾，以此維護系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

3.3.2 軟件平臺

系統(tǒng)內(nèi)所有軟件都應于同一軟件平臺顯示，人機界面及數(shù)據(jù)庫統(tǒng)一，以此保證數(shù)據(jù)庫空想，構(gòu)建相互協(xié)作的公共電力系統(tǒng)。

3.3.3 數(shù)據(jù)庫功能要求

（1）歷史數(shù)據(jù)庫。歷史數(shù)據(jù)庫的最主要作用是對應用軟件等歷史數(shù)據(jù)予以保存，系統(tǒng)選擇成熟商用數(shù)據(jù)庫，支持基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、聲音、圖像以及自定義等存在的所有數(shù)據(jù)類型，同時需要軟件開發(fā)、系統(tǒng)管理等工具對數(shù)據(jù)庫進行維護及更新。

（2）實時數(shù)據(jù)庫。實時數(shù)據(jù)庫的最主要作用是對實時數(shù)據(jù)予以保存，對變電站進行實時監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)問題。

（3）數(shù)據(jù)庫建立及維護。數(shù)據(jù)庫生成便捷，所有參數(shù)無需多次輸入便可在多個應用中共享，同步多機數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)庫的維護工作包括數(shù)據(jù)信息的刪除、增加以及修改，為確保信息的真實性和準確性，在數(shù)據(jù)輸入前需經(jīng)有效性檢查，待通過檢查后方可寫入數(shù)據(jù)庫并自動廣播至其他工作站實現(xiàn)共享。此外，系統(tǒng)需要具備用戶對話框、屬性顯示等可以便捷定義新對象的圖形界面和工具。

3.3.4 監(jiān)控軟件功能

（1）監(jiān)控組態(tài)。監(jiān)控組態(tài)包括顯示器、電網(wǎng)拓撲識別功能、窗口管理系統(tǒng)、圖形管理系統(tǒng)等，其中顯示器用于監(jiān)視電氣設(shè)備各項參數(shù)，具備的電網(wǎng)拓撲識別功能可使用動態(tài)數(shù)據(jù)庫完成數(shù)據(jù)參數(shù)和畫面的編輯、定義、修改、刪除等操作，同時，與其他工作站完成數(shù)據(jù)共享。另外，顯示畫面的窗口管理系統(tǒng)需滿足Window標準，管理者可以按照需要自行修改和設(shè)置窗口大小、顏色等，同時完成畫面的移動、縮放。圖形管理系統(tǒng)支持漢字的生成和輸入，擁有矢量漢字字庫。其中的制表打印、畫面名稱、告警提示、屏幕顯示等需使用中文顯示。

（2）報警功能。系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)參數(shù)若出現(xiàn)數(shù)字量變位、模擬量越限或者其他診斷故障時，需出現(xiàn)報警警示，報警裝置發(fā)出報警聲，其他工作站人員可通過畫面形式和報警數(shù)據(jù)了解事故發(fā)生原因并予以針對性處理。其中報警方式可以細分為事故報警、預告報警以及異常報警，人員可根據(jù)報警形式的不同采用靈活處理方法，分層、分類方法的采取有利于提升事件處理的及時性和有效性。若為事故報警，則人員必須以手動方式確定并進行有效處理，若在設(shè)定時間內(nèi)未消除危機則系統(tǒng)會再次報警。

另外，需要提供一覽表，用戶可按照時間、關(guān)鍵字等瀏覽和打印需要的歷史數(shù)據(jù)。

（3）人機界面。人機界面的最主要目的是幫助工作人員完成對整個系統(tǒng)的控制和監(jiān)測。人機界面系統(tǒng)需要擁有開放性，可應用于任意工作站，同時，交互通過鍵盤、顯示器等完成。界面選擇面向?qū)ο蠹夹g(shù)，建立符合要求的網(wǎng)絡(luò)模型。

（4）控制及操作。系統(tǒng)的控制范圍包括站內(nèi)斷路器、主變壓器調(diào)壓抽頭、電動隔離及接地開關(guān)等在內(nèi)的所有設(shè)備，而控制方式則可按照實際需求在唯一性原則限制下選擇自用或者手動控制。需注意的是，自動控制階段，任何部件出現(xiàn)檢測故障后都必須立刻發(fā)出報警信號，停止相關(guān)操作，但是，不可影響其他設(shè)備運行。自動控制也包括兩種方式，分別為調(diào)節(jié)控制和順序控制，二者的管理相對獨立，運行人員的退出、投入等操作不會對其正常運行造成影響。

操作方面，操作員站需支持間隔操作畫面顯示，人員在現(xiàn)實的間隔畫面中實現(xiàn)控制操作。操作的最關(guān)鍵目的就是維持整個自動化系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，為其提供安全保障。

（5）防誤閉鎖。防誤閉鎖是變電站自動化系統(tǒng)必須具備的功能，且需要對出現(xiàn)狀況予以出錯報警顯示，幫助人員快速了解發(fā)生原因并予以解決，人員在權(quán)限范圍內(nèi)或者特殊情況下可解除閉鎖功能。

（6）電能量處理。人員需要正確處理采集得的電能量，同時對其進行分階段分析，在計算過程中，需要按照不同運行方法針對性選擇計算方法并于輸出報表中明細。除此之外，本項目的綜合自動化系統(tǒng)應連接原有電能計費系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，在節(jié)約投資的同時保證數(shù)據(jù)一致。

（7）自診斷及恢復。系統(tǒng)在運行過程中需對內(nèi)部軟硬件實施持續(xù)性診斷，一旦檢測出故障需要自動閉鎖并發(fā)送報警信號。此外，還應支持自恢復，以此穩(wěn)定設(shè)備運行。

（8）統(tǒng)計及打印。設(shè)備應對涉及的電壓、電流以及穩(wěn)定予以記錄，累計電能量，分析變壓器損耗和負荷率。除此之外，統(tǒng)計內(nèi)容還包括母線電壓電量平衡率、合格率、變壓器停用頻次、安全運行天數(shù)、變電站用電量、斷路器跳閘次數(shù)等。對于統(tǒng)計的相關(guān)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)需支持報表打印，發(fā)揮數(shù)據(jù)庫價值，為系統(tǒng)的優(yōu)化、設(shè)備的維修、數(shù)據(jù)庫更新等提供數(shù)據(jù)支撐和參考。

4 結(jié)語

綜合自動化系統(tǒng)的構(gòu)建能夠在保證電流轉(zhuǎn)化質(zhì)量的同時使得監(jiān)控系統(tǒng)在多干擾環(huán)境下正常工作，為各工作站人員正常工作提供數(shù)據(jù)支撐，穩(wěn)定系統(tǒng)運行，提升設(shè)備工作質(zhì)量和水平。