110kV变电站综合自动化系统设计

张海岸

（广东电网湛江雷州供电局，广东 湛江524200）

0 引言

110kV变电站是联系输电网络和配电网络的枢纽工程，其自动化功能的实现，是双向电网实现互联的技术保障。在目前的110kV变电站中，已经部署了负荷监测系统、温度监测系统、高频噪声监测系统、局部红外监测系统、变压器油中气体监测系统、关键设备振动监测系统等，这些监控系统获得的运行数据与远控系统相结合，就可以形成110kV变电站综合自动化系统。

1 需求分析

本文研究目的是某110kV变电站有针对性地部署自动化系统需要配置的通用数据处理设备及网桥设备。网桥设备可以将工业化数据进行转化，形成通用数据设备可以处理的数据结构，进而对这些数据进行数据仓库的处理和策略系统的数据挖掘分析。数据具有一定的稳定性，可以直接通过工业网桥反馈给远控系统，也可以通过IIS服务器实现远端的连接。因为篇幅限制，本文仅讨论该系统的硬件需求分析和总体设计部分。

本文研究对象为某110kV变电站，其主要结构如下：

（1）110kV电源母线1组，管理3路电源进线，使用9台110kV断路器，采用1运行，1热备用，1维修或冷备用的方式部署。隔离开关1台，接地刀闸2台。

（2）35kV离场母线1组，管理7条35kV离场线路，其中4条是连往其他110kV变电站的拉手线路，2条是企业供电专线，1条是本地发电厂接入回路。拉手线路采用3台35kV断路器并列管理，其中1台运行，1台热备用，1台维修或冷备用。2条供电专线采用2台35kV断路器，1台运行，1台维修或者冷备用。发电厂接入回路采用3台35kV断路器并列管理，其中1台运行，1台热备用，1台维修或冷备用。以上线路共有断路器19台，隔离开关3台，接地刀闸8台。

（3）10kV离场母线1组，管理22条10kV离场线路，安装10kV断路器65台。隔离开关4台，接地刀闸12台。

（4）10kV场内母线1组，安装10kV断路器4台。

（5）场内并列10MVA 110／35／10kV变压器6台，其中运行3台，热备用2台，维修或者冷备用1台。

综上，本文研究对象目前拥有各级别断路器97台，母线隔离开关8台，母线接地刀闸22台，变压器及变压器控制开关6组，各级别母线4组。在隔离开关和变压器中部署了负荷监测系统和温度监测系统，变压器中部署了振动及变压器油中气体监测系统。较为关键的设备选择性地部署了局部红外和高频噪声监测系统，以获取其运行状态。

110kV变电站数据产生量验算表如表1所示。

表1 数据产生量验算表

通过表1验算，本文设计的系统需要处理的有效数据量约为142.5Mb／s，而在6.5倍5年发展冗余和60%运行冗余的前提下，本文系统设计背板应至少达到1 543.75Mb／s。

功能需求方面，本文设计的自动化系统需要包含视频信息转化中心、工业数据网桥、数据仓库、自动化策略主机、IIS服务器、数据总背板等6个模块。

2 系统设计与实现

（1）视频信息转化中心。视频信息转化中心用于转化红外数据，实现温度点的读取。数据处理机采用IBM架构的4U工控主机，配合6路视频采集板和16画面合成阵列，可以直接处理65路视频信息。算法采用多点比较法，可以得到输入16画面数据的温度分布。16画面是1U设备，处理机是4U设备，所以视频信息转化中心共占用机架空间10U。系统冗余度32.3%。

（2）工业数据网桥。工业网桥设备负责将各探头及对应集中器传来的数据转化为以太网通用数据，这些设备建议采用基于ARM7技术的全志A20双核模块，采用1U布置，共需要438路数据信号，其中集中化率达到33%，工业网桥的数量可以达到144台，共占用机架空间144U。工业网桥需要根据不同系统的数据结构进行定制，负责将工业网络中的非标准化数据进行基于TCP／IP协议的封装处理，映射到ISO以太网模式中。工业数据网桥使用15台1 024千兆交换机管理，背板带宽1 000Mb／s，占用机架空间15U，系统冗余度60%。

（3）数据仓库。本文系统当前数据产生量为142.5Mb／s，每天产生数据总量约为1.5T，如果使得系统保持30天以上的运行数据，其近端数据仓库的存储量应该达到45T以上。按照60%冗余度设计，本文系统数据仓库的存储能力应该达到75T。采用ST4000DM000 4T硬盘实现本文系统，应该部署至少19块硬盘。采用拓普龙数据仓库系统进行部署，本文采用1个8U设备，单台即可实现该系统。而因为电力数据较为重要，建议采用2台服务器并列运行的方式实现系统部署。数据仓库占用机架空间16U，冗余度66.1%。

（4）自动化策略主机。自动化策略主机在目前的电力系统中已经得到了试验性应用，但因为其稳定性仍有待试验考量，所以，该系统尚未与远控系统并网。自动化系统为了提升稳定性，需要采用多机阵列的方式实现，本文系统建议采用8组IBM服务器及C3750交换机联合实现。服务器为2U系统，交换机为2U系统，自动化策略主机共占用机架空间10U。

（5）IIS服务器。IIS服务器主要用于调度和倒闸人员介入管理该自动化系统，对其本身运行稳定性和运行速度没有过高要求，建议使用2台IBM服务器采用1运行1备用的方式实现。占用机架空间4U。

（6）数据总背板。综上，本文设计的自动化系统占用机架空间199U，采用60%空间冗余布置，共需机架空间332U，应布置42U机架8个。各模块输出数据线路9根，运行在1 000Mb／s背板上，而系统总背板采用CISCO7050交换机实现，系统运行在10 000Mb／s背板上。

3 结语

本文采用了8个42U标准机架对110kV变电站的自动化数据进行管理，采用CISCO7050交换机对于以上数据进行核心背板管理，通过数据整合，可以实现110kV变电站所有数据的一站式管理，为变电站的自动化改造提供硬件支持。当然，硬件支持是自动化的基础，自动化工作还需要更加强大的软件支撑，特别是对于策略主机的可靠性提升，是最终实现变电站自动化的关键一步。而本文设计的系统为策略主机提供的数据支持，是提升策略主机可靠性的基础。

［1］陈艳艳.基于IEC61850标准的变电站自动化系统数据通信研究［D］.山西大学，2013

［2］潘嘉琪.变电站间通信的多项目工程配置技术研究［D］.湘潭大学，2013