变电站远动通信改造方法的应用

变电站远动通信改造方法的应用

王涛

山东魏桥铝电有限公司山东省滨州市 256200

摘要：变电站远动通道通信系统是智能变电站建设的重要部分，其运行的稳定性，直接影响着电网调度系统运行。在实际运行中，受到各类因素的影响，远动通道极易发生故障。现结合故障案例，总结变电站远动通信改造方法。

关键词：变电站；远动通信；改造

前言

按照电力系统自动化设备的运行规律，变电站远动终端（RemoteTerminalUnit,RTU）正逐步被综合自动系统和变电站智能化设备取代。在变电站远动终端被淘汰的过程中，部分变电站改造处于相对滞后的状态，在新系统投入使用之前，这些老旧设备还必须继续运行，实现变电站安全监视与数据采集的功能。现阶段，各地区积极建设智能变电站，提高电网调度自动化水平，进而提高电力服务质量。变电站远动通道通信系统是智能变电站建设的重要部分，其运行的稳定性，直接影响着电网调度系统运行。在实际运行中，受到各类因素的影响，远动通道极易发生中断故障。现结合故障案例，总结故障处理方法。

1变电站远动通道故障现象

从故障原因角度来说，包括以下原因：１）在软件方面，规约设置不正确。２）在硬件方面，通道板或者网络设置错误。３）通信通道设备存在异常或者错误配置。当通道异常时，具体体现如下：１）调度主站某变电站数据难以刷新，或者刷新速度较慢；２）调度主站或者远动装置无法收到报文；解码不正确；通信中断。对于远动通道异常情况，要从各环节入手，做好排查工作。

2实例分析

某供电公司目前还有7座变电站的远动终端仍需要继续运行，但是这些变电站的远动终端已有近20年的运行历史，设备部件老化需要更换；配件大多已经停产而无法采购；新的通信系统已投入使用，以前的通信接口和通信协议都不方便接入新的系统；原有设备制造商早已退出市场，不再提供技术支持。为此，需要对现有的远动终端进行技术改造，以满足变电站安全监控的要求，延长这些设备的寿命。通过对现场运行设备的实地考察，并对设备的实现技术和实施方案进行深入地研究分析，本项目的主要任务如下：

①改造原有设备的电源系统，采用新的电源供电；

②按照原有设备的尺寸规范重新设计主控CPU板，替代原有模块的运行；

③扩展双平面网络接口，以便接入新的调度数据网络；

④设计IEC60870-5-104通信规约，以方便接入调度自动化系统主站。

⑤使用智能电气设备（IntelligentElectricDevice,IED）进行遥测数据采集，停用转换精度已不符合要求的变送器。

3电源系统

需要改造的变电站远动终端是一种分布式控制设备，其电源系统包括三个部分：主控单元电源、I/O单元电源和I/O过程通道电源[1]。经过长期运行之后，该设备的电源系统已经老化，电源模块中的泵电容的介质都已挥发，电源输出不稳定，输出毛刺多，导致RTU设备运行经常出现故障。为此，采用台湾明伟公司出厂的S-60-Q、T-60-B、NES-75-24三种型号的电源重新设计了装置的电源系统。其中S-60-Q输出有±5V、±12V四路输出，用于主控单元供电；T-60-B输出有+5V、±12V三路输出，用于I/O单元供电。为了满足多个I/O单元的供电要求，这里采用了双T-60-B并列工作的模式，提供120W的输出功率；NES-75-24只有一路+24V输出，用于遥控输出通道的供电。

4主控CPU板

需要改造的RTU的主控单元使用台湾研华公司生产的MIC2340CPU板。该模板是一种6U高的AT总线板，属于研华公司的企业标准结构。由于所使用Intel486DXCPU芯片已停产，该模板也早已断货，必须采用其它模板替代。由于能采购到的CPU模板的尺寸结构不相符，无法插接到专用机箱之中。为此，本文采用盛博科技生产的PC104规范的VDX1070CPU模板重新设计主控单元的CPU板。CPU模板主要由VDX1070、接口插座、VDX1070所需电池供电和复位等辅助电路、AT总线、双路网络控制器等部分组成。其中，接口插座包括PS2键盘插座、2路RJ45网络接口、2路RS232DB9座、1路DB15VGA座，面板上还设计了1个LED电源指示灯；模板实现了PC104总线到AT总线的转换；也扩展了双网络接口控制器。有关双网络控制器的设计在下节做出说明。

5双网络接口扩展

结合项目组先前的所开展的电力系统自动化设备网络接入研究和产品设计开发的经验储备，为了降低软件开发的难度，达到项目设计短平快的效果，这里也选择了RTL8019AS用于双平面网络接口设计。考虑到网卡的特定应用要求，在实现主控CPU模块双平面网络接口时,对网络控制器和TCP/IP协议栈都进行了专门的定制和剪裁，既满足应用的需求，又减少网卡对资源的占用：

（1）RJ45接口。根据连接需要，这里只选择了UTP双绞线接口实现网络接入，并使用HR601860网络变压器与RJ45连接器实现信号连接。

（2）工作方式。主控CPU模板VDX1070主板采用跳线方式对RTL8019A进行访问控制。

（3）数据总线。主控CPU模板采用PC104总线与与RT-L8019AS进行数据交互，这里采用16位数据总线实现网卡芯片的访问控制。

（4）地址总线。使用12条I/O地址线与RTL8019AS实现连接，固定网卡芯片的访问地址。

根据以上的设计的方案，以其中1路网络控制器为例，扩展网络接口的电路。在完成电路板生产安装和TCP/IP协议栈驱动程序设计实现之后，并对其网络通信功能和性能指标进行了测试，达到了电力系统自动化设备网络实时数据传输的要求。

6IEC104通信规约

在完成主控单元硬件平台搭建和网络驱动程序设计之后，将项目组之前设计的1EC60870-5-104软件模块移植到RTU的主控单元软件中，使得RTU具备了目前广泛使用的IEC104实时数据传输功能。

7遥测数据采集

遥测数据是RTU装置采集的重要测量参数，经过长期运行之后，电力变送器或损坏或精度不够，需要更换变送器，但是该型号的变送器早已断货，老旧变电站的PT和CT回路的图纸缺失，更换新的变送器十分困难。为了解决这一问题，采用RTU接入IED的方案实现遥测数据的采集。所需改造的变电站都已实现了变电站电量自动抄表功能。全电子式多功能电能表都采集了计量点瞬时量的实时数据，而电能表中的瞬时量就是RTU的遥测量，也就是说变电站电能量远方终端中已采集了变电站的遥测数据，这里需要完成的是电能量远方终端到RTU的通信连接，将其采集的瞬时量数据转储到RTU中，再由RTU上传至调度自动化系统主站。变电站电能量远方终端支持与其它计算机采用RS485方式通过Modbus协议进行实时数据通信的功能。为此，在RTU和电能量远方终端之间敷设RS485电缆，实现了二者之间的通信连接。在完成2个设备信息表配置之后，电能量远方终端采集的瞬时量数据能够正确地传送到RTU装置中，从而实现了RTU遥测数据采集的功能。

结束语

根据RTU设备现场运行的实际情况，在完成电源系统重新设计中，设计了具有双网功能的主控CPU板，移植实现IEC104规约和电能量远方终端中瞬时量数据的引入之后，对装置自身进行了调试和检测，完成了RTU装置与调度自动化主站系统的通信联调，RTU完成了遥信、遥测和遥控“三遥”功能，而且能够稳定可靠地实现变电站的安全监控功能，达到了RTU设备延寿的目的。

参考文献：

［1］朱林，王鹏远，石东源．智能变电站通信网络状态监测信息模型及配置描述［J］．电力系统自动化，2013，37（11）：87-92．

［2］李江林，张道杰，赵毅，等．智能变电站分布式数据平台应用研究［J］．电力系统保护与控制，2014，42（24）：126-131．