多干擾環(huán)境下400kA系列整流所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)備要求與設(shè)計(jì)

孫偉，馬青爽，王亞男，任志偉，劉康，鮑學(xué)超

（1.霍煤鴻駿鋁電公司動(dòng)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(xiàng)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(duì)交流電予以轉(zhuǎn)換，滿足電解槽400kA直流電需求，同時(shí)也許考慮到廠區(qū)各個(gè)設(shè)備10kV交流電需要。220kV供電系統(tǒng)包括2個(gè)GIS開關(guān)站，開關(guān)站又由整流機(jī)組、電源進(jìn)線、220kV諧波裝置以及動(dòng)力變組成；而10kV供電系統(tǒng)則包括7個(gè)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(qiáng)磁場、高溫環(huán)境，極大干擾供配電設(shè)備運(yùn)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(xiàng)目意在通過雙以太網(wǎng)連接通信的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)磁場、高溫環(huán)境下綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用，精準(zhǔn)采集設(shè)備各項(xiàng)數(shù)據(jù)，并能夠?qū)崟r(shí)將數(shù)據(jù)準(zhǔn)確上傳至主控室上位機(jī)，幫助相關(guān)工作者高效檢測設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。綜合自動(dòng)化系統(tǒng)包括多項(xiàng)組態(tài)軟件，對(duì)設(shè)備運(yùn)行中的數(shù)據(jù)予以自動(dòng)記錄和保存，同時(shí)對(duì)異常數(shù)據(jù)生成警報(bào)，可現(xiàn)實(shí)報(bào)表、曲線等數(shù)據(jù)，還可對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以此保證系統(tǒng)穩(wěn)定高效運(yùn)行。

2 項(xiàng)目范圍

本項(xiàng)目通過通信管理機(jī)以及交換機(jī)等可在強(qiáng)干擾環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行的通訊設(shè)備的運(yùn)用保證220kV、10kV供電系統(tǒng)設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行，安裝智能穩(wěn)定的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，意在實(shí)現(xiàn)400kA整流所綜合自動(dòng)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(dòng)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(jí)標(biāo)準(zhǔn)，不同產(chǎn)品能夠協(xié)同作用，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行；其次，在開發(fā)階段，設(shè)計(jì)人員就應(yīng)以軟件工程辦法為準(zhǔn)則對(duì)設(shè)備予以充分測試，選擇出安全性最高、適配性最強(qiáng)的穩(wěn)定運(yùn)行版本；再次，為避免單個(gè)故障影響整個(gè)系統(tǒng)正常運(yùn)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(diǎn)正常工作，恢復(fù)過程也應(yīng)穩(wěn)定且迅速。

3.1.2 可維護(hù)性要求

系統(tǒng)首先需支持圖模庫一體化，以此幫助維護(hù)人員可正常畫圖、建模以及建庫，一體化的實(shí)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(hù)診斷工具，工具應(yīng)簡單便捷，輔助維護(hù)人員快速定位故障發(fā)生位置并進(jìn)行維護(hù)和解決，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行；最后，軟件產(chǎn)品必須具備詳盡完整的維護(hù)手冊(cè)，為人員維護(hù)提供參考。

3.1.3 開放性要求

系統(tǒng)需在國際標(biāo)準(zhǔn)的要求下具備開放性特點(diǎn)，軟硬件也應(yīng)為標(biāo)準(zhǔn)化、通用產(chǎn)品，其中的商用數(shù)據(jù)庫、計(jì)算機(jī)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(biāo)準(zhǔn)；另外，系統(tǒng)需要有良好可擴(kuò)展性，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的逐步建設(shè)、擴(kuò)充和升級(jí)，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(xiàng)硬件平臺(tái)，應(yīng)用國際標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)平臺(tái)，統(tǒng)一功能模塊接口標(biāo)準(zhǔn)，用戶可通過開發(fā)應(yīng)用程序集成平臺(tái)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(dòng)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(wù)的核心數(shù)據(jù)還需進(jìn)行冗余備份，運(yùn)行數(shù)據(jù)采取雙機(jī)熱備份，最大程度降低數(shù)據(jù)丟失風(fēng)險(xiǎn)。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(yīng)用系統(tǒng)時(shí)需要受到限制和監(jiān)視，堅(jiān)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(shí)，需要對(duì)計(jì)算機(jī)病毒予以及時(shí)預(yù)防和查殺，避免病毒擴(kuò)散，一旦發(fā)現(xiàn)病毒入侵系統(tǒng)需要及時(shí)發(fā)現(xiàn)并上報(bào)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(fù)機(jī)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(dòng)化系統(tǒng)需要接入保護(hù)裝置、故障錄波裝置、電度表、測控裝置等多項(xiàng)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(yùn)不可對(duì)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(jī)、操作員站及各工作站，主要通過人機(jī)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(yùn)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(jī)。主機(jī)為數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，至少需達(dá)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(wù)器，至少需達(dá)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(jí)熱插拔SAS硬盤。

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

3.3 軟件應(yīng)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(shí)現(xiàn)實(shí)施響應(yīng)，體現(xiàn)系統(tǒng)可擴(kuò)充性，同時(shí)發(fā)揮自檢功能優(yōu)勢。系統(tǒng)內(nèi)部某一軟件出現(xiàn)運(yùn)行錯(cuò)誤時(shí)僅會(huì)彈出警示信息，不會(huì)對(duì)其他軟件造成干擾，以此維護(hù)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

3.3.2 軟件平臺(tái)

系統(tǒng)內(nèi)所有軟件都應(yīng)于同一軟件平臺(tái)顯示，人機(jī)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(duì)應(yīng)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(shí)需要軟件開發(fā)、系統(tǒng)管理等工具對(duì)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行維護(hù)及更新。

（2）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的最主要作用是對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)予以保存，對(duì)變電站進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題。

（3）數(shù)據(jù)庫建立及維護(hù)。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(gè)應(yīng)用中共享，同步多機(jī)數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)庫的維護(hù)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(shí)性和準(zhǔn)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(dòng)廣播至其他工作站實(shí)現(xiàn)共享。此外，系統(tǒng)需要具備用戶對(duì)話框、屬性顯示等可以便捷定義新對(duì)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?fù)渥R(shí)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(xiàng)參數(shù)，具備的電網(wǎng)拓?fù)渥R(shí)別功能可使用動(dòng)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(shí)，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(biāo)準(zhǔn)，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(shí)完成畫面的移動(dòng)、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(bào)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(shí)，需出現(xiàn)報(bào)警警示，報(bào)警裝置發(fā)出報(bào)警聲，其他工作站人員可通過畫面形式和報(bào)警數(shù)據(jù)了解事故發(fā)生原因并予以針對(duì)性處理。其中報(bào)警方式可以細(xì)分為事故報(bào)警、預(yù)告報(bào)警以及異常報(bào)警，人員可根據(jù)報(bào)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(shí)性和有效性。若為事故報(bào)警，則人員必須以手動(dòng)方式確定并進(jìn)行有效處理，若在設(shè)定時(shí)間內(nèi)未消除危機(jī)則系統(tǒng)會(huì)再次報(bào)警。

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

（3）人機(jī)界面。人機(jī)界面的最主要目的是幫助工作人員完成對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的控制和監(jiān)測。人機(jī)界面系統(tǒng)需要擁有開放性，可應(yīng)用于任意工作站，同時(shí)，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(dòng)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(shí)際需求在唯一性原則限制下選擇自用或者手動(dòng)控制。需注意的是，自動(dòng)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(bào)警信號(hào)，停止相關(guān)操作，但是，不可影響其他設(shè)備運(yùn)行。自動(dòng)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(duì)獨(dú)立，運(yùn)行人員的退出、投入等操作不會(huì)對(duì)其正常運(yùn)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(shí)的間隔畫面中實(shí)現(xiàn)控制操作。操作的最關(guān)鍵目的就是維持整個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，為其提供安全保障。

（5）防誤閉鎖。防誤閉鎖是變電站自動(dòng)化系統(tǒng)必須具備的功能，且需要對(duì)出現(xiàn)狀況予以出錯(cuò)報(bào)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(shí)對(duì)其進(jìn)行分階段分析，在計(jì)算過程中，需要按照不同運(yùn)行方法針對(duì)性選擇計(jì)算方法并于輸出報(bào)表中明細(xì)。除此之外，本項(xiàng)目的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)連接原有電能計(jì)費(fèi)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，在節(jié)約投資的同時(shí)保證數(shù)據(jù)一致。

（7）自診斷及恢復(fù)。系統(tǒng)在運(yùn)行過程中需對(duì)內(nèi)部軟硬件實(shí)施持續(xù)性診斷，一旦檢測出故障需要自動(dòng)閉鎖并發(fā)送報(bào)警信號(hào)。此外，還應(yīng)支持自恢復(fù)，以此穩(wěn)定設(shè)備運(yùn)行。

（8）統(tǒng)計(jì)及打印。設(shè)備應(yīng)對(duì)涉及的電壓、電流以及穩(wěn)定予以記錄，累計(jì)電能量，分析變壓器損耗和負(fù)荷率。除此之外，統(tǒng)計(jì)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(yùn)行天數(shù)、變電站用電量、斷路器跳閘次數(shù)等。對(duì)于統(tǒng)計(jì)的相關(guān)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)需支持報(bào)表打印，發(fā)揮數(shù)據(jù)庫價(jià)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(dòng)化系統(tǒng)的構(gòu)建能夠在保證電流轉(zhuǎn)化質(zhì)量的同時(shí)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(yùn)行，提升設(shè)備工作質(zhì)量和水平。