摘要：PRP协议通过支持PRP的网络节点（DANP）实现星型网络冗余，在全球已逐步被推广。巴基斯坦发电厂升压站要求采用基于PRP通信协议的控制系统（SAS），同时采用控制屏硬手操控制系统（Mimic Panel）作为后备。如何简化双重化控制系统的接线、协调控制权限、优化控制逻辑等，是保证安全可靠运行需攻克的难题。
关键词：升压站控制系统；测控模拟屏；就地控制箱；并行冗余协议；双连接节点
0 引言
从我院设计的巴基斯坦古杜（Guddu）、赫维利（Haveli）和吉航（Jhang）项目设计经验可知，升压站的控制，与国内常规采用计算机网络控制系统NCS不同，古杜采用单纯的控制屏硬手操模式，而赫维利、吉航采用马赛克硬手操和计算机监控双重化控制模式。智能电子装置IED在巴基斯坦兴起，没有项目应用实例，巴方业主对IED可靠性持怀疑态度，要求保留早期的模拟屏，作为IED故障的后备[1]。
1.SAS系统
1.1总体设计
500kV屋外敞开式布置AIS，采用一个半断路器接线，3回主变进线、4回500kV出线、1回预留备用出线。采用马赛克硬手操和计算机监控双重化控制。
所有的智能电子装置（Intelligent Electronic Devices，以下简称IED）与SAS系统采用IEC61850通信协议，将传统变电站大量的电缆回路转换为网络虚回路[2]，基于Goose快速报文传输代替传统的硬接线实现开关位置、闭锁信号和跳闸命令等实时信息的可靠传输，有效简化二次接线及控制系统造价。
1.2PRP网络拓扑
PRP是国际标准的网络冗余协议，可以实现双网信息的无缝切换，提高设备冗余实现的标准化和互操作性，保证智能变电站信息的实时传输，提升系统的安全可靠性[2]。
基于PRP的变电站冗余网络，包括双连接节点（DANP）智能电子设备（IED）、单连接接点（SAN）IED和冗余盒（Redundancy Box，简称Red Box）。每个DANP同时连接到2个独立并行工作的局域网A和B网上，将报文复制为2份，通过 2个全双工通信端口分别发送，再经局域网A和局域网B分别转发到目的DANP上[3，4]。
变电站的站控层普遍采用服务器、工控机等设备，其网络接口卡一般是通用模块，目前还不支持PRP。运行于工控机、服务器操作系统的通信驱动一般都不支持PRP协议，IEC62439-3推荐使用冗余盒Red Box。冗余盒具有一个单连接点SAN和一个DANP，可以实现普通网口和PRP口的转换。不支持PRP的设DANP的2个接口接入到2个PRP网络。冗余盒可以解决不支持PRP设备的接入，但增加了变电站的设备种类和数量[5]。
1.3物理结构
SAS物理结构分4层：
1）NPCC层——SCADA系统；
2）站控层——操作员站和工程师站；
3）间隔层——测控装置或马赛克手操；
4）过程层——位于设备就地的LCC柜。
NPCC层设置两个网关机，每个网关机提供通信规约IEC60870-5-101串口和EC60870-5-104以太网口，采用双数据通道至NPCC电力调度部门的SCADA系统。
站控层，主要由人机界交互界面HMI，即工程师站和操作员站，站控单元、以太网交换机、网关、LED大屏等组成，以实现对整个升压站电气设备的监控。当通信网络故障时，应确保能在间隔层直接监控。为保证最高的可靠性，站控层的HMI和网关双重化设置，且两者从间隔层设备采集数据的通道应相互独立。
间隔层，主要由网控楼继电器室的保护屏和网控室内的测控模拟屏组成。每串设置一面跳闸辅助继电器屏、断路器失灵保护屏、同期屏，每串的线路保护屏双重化，500kV双母线的差动保护双重化。
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过程层，即位于开关站内的就地控制箱（LCC），一面LCC实现一个断路器及其相应的隔刀、地刀的所有硬接线连接。
2.测控模拟屏控制
2.1测控模拟屏屏柜布置
在间隔层，每个间隔的智能电子装置IED应具有控制、监视和保护功能，可以根据采集到一次设备的状态，发出指令。每个间隔之间的IED应相互独立，不同间隔间的IED故障不会相互干扰。500kV每串三个断路器和相应的隔刀、地刀、电流互感器CT和电压互感器PT在同一个BCU内控制。每个BCU屏分成上下两部分，上半部分安装智能电子装置IED，下半部分安装模拟元器件，包括供手动操作用的开关、按钮、指示灯、蜂鸣器、同步表等。
2.2马赛克手操
马赛克屏设带灯的不对位开关显示，转化开关有“预分闸”—“分闸”—“合闸”—“预合闸”四位置。当不对位开关和开关状态不匹配时，指示灯闪烁报警。
为了防止误操作对人身和设备造成危害，马赛克屏上应设置五防闭锁逻辑：
1）防止断路器合闸时，操作相应的隔离开关；
2）防止断路器检修时（无论处于分位或合位状态），操作相应的隔离开关；
3）隔离开关合闸时，禁止合闸其对应的接地开关；
4）接地开关合闸时，禁止合闸其对应的隔离开关。
2.3BCU屏控制选择
正常情况下选择就地位，即通过间隔层的就地IED面板操作。当IED故障，切换到马赛克位，通过BCU屏马赛克部分手动操作。当切换按钮打到远方位，意味着控制模式切换到站控层。通过站控层的工程师、操作员站画面操作。此时，以上五防闭锁在SAS系统内用逻辑软闭锁实现。
3.同期合闸操作
对于不同的操作，同期合闸操作在不同系统内完成。手动同期通过公用BCU屏的同步表，监视压差、频差。线路保护屏的自动重合闸继电器，具有同期检测功能，用于自动重合闸时的同期。通过BCU的IED、SAS系统的操作员/工程师站和SCADA系统同期合闸操作，按照500kV每串设置一面同期屏，并满足以下条件：
1）满足设定允许范围内的电压差、相角差和频差；
2）当线路无压—母线有压、线路有压—母线无压或线路无压—母线无压时，不需要进行同期检测；
3）当线路有压—母线有压，需要进行同期检测。
4.结论
基于PRP交换机环网的SAS系统，其完全冗余的网络结构具有高度的可靠性、经济性、安全性和实时性。同时，马赛克硬手操设备与IED装置在BCU屏上一体化组屏，作为SAS系统故障的完全后备。可见，双重化控制模式可靠性极高，但是控制接线复杂，本文通过对500kV配电装置控制方案的优化设计，使控制屏硬接线+SAS计算机监控的双重控制模式能协调运行，保证安全可靠的前提下满足各工况的运行。
参考文献：
[1]余新成.巴基斯坦电力市场现状及发展简析[J].应用能源技术，2017，7：8-11.
[2]杨志宏，周斌，张海滨等.智能变电站自动化系统新方案的探讨[J].电力系统自动化，2016，40（14）：1-7.
[3]李俊刚，宋小会，狄军锋等.基于IEC 62439-3的智能变电站网络冗余研究[J].电力系统自动化，2011，35（10）：70-73.
[4]何钟杰，黄险峰，崔春，罗劲松.几种智能变电站冗余通信协议分析比较[J].广东电力，2011，24（4）：5-8.
[5]周斌，沈健，彭奇.智能变电站双星形以太网冗余机制探讨[J].电力信息与通信技术，2014（10）：80-84.
论文作者:林丽君1,白阳振2,谢碧霞3
论文发表刊物:《电力设备》2018年第33期
论文发表时间:2019/5/16
标签：冗余论文; 变电站论文; 马赛克论文; 同期论文; 硬手论文; 间隔论文; 接线论文; 《电力设备》2018年第33期论文;