变电站综合自动化指将变电站的二次设备(包括控制、信号、测量、保护、自动装置、远动装置)利用微机及计算机通信技术经过功能组合和优化设计,对变电站执行自动控制、测量、运行操作及其协调的一种综合性自动化系统。变电站综合自动化可以收集到比较齐全的数据和信息,利用计算机高速计算能力和判断功能,可以方便地监视和控制变电站内各种设备的运行及操作。
　　随着高压电网、计算机科学技术和网络通讯技术的快速发展,变电站综合自动化改造工作正在加紧深入开展。综自系统的自动化程度日益提高,相对应的,它对网络通信技术的应用提出了更高的要求。
　　
　　1.现场故障情况统计
　　
　　目前改造过的220KV薛坡变电站综自系统,其10kV保护屏为许继生产的WXH-111N,更换才几年时间,没有进行更换,而是直接通过网络连线经南瑞继保的远动通信柜接入南自后台。小综自系统经过一段时间的运行,发现其运行可靠性很低,系统频频故障,综自系统后台相当于运行人员的“眼睛”和“双手”,必将严重影响运行值班和设备的安全稳定运行,降低供电可靠性,降低供电企业的信誉度。
　　通过查看班组运行日志、工作票、工作记录等方法,对薛坡变电站的10kV综合自动化系统在2008年3月至2008年5月三个月之间的故障情况进行了详细的统计分析。见表1:
　　统计中,薛坡变电站10kV综自系统故障主要集中在保护装置网卡故障上,占总故障次数的比例为:15/(15+5+2+2+1)= 60% 。网卡是保护装置与其他设备进行信息上传、下行交换的必由通道。网卡作为目前微机保护装置的一个组成部分,板子为成型产品,并且,此变电站的10KV保护装置均为国内四大知名厂家产品,生产管理到位,质量可靠。可是仅此三个月就更换网卡15块,公司造成了人力、物力、财力上的极大浪费。
　　
　　2.原因分析
　　
　　经过厂家人员的检测发现,网卡多次损坏是其通讯口被击穿。因为工程中经常使用的串口RS-485工作电压为±3V～±15V,而在变电站这个大的电磁场中,此工作电压很容易受到强干扰,甚至是损坏硬件。
　　在进行了仔细的检查询问后发现有三点主要原因:①网络连接线的屏蔽层没有可靠接地;②规程规定,计算机监控系统各间隔之间,间隔层与站控层之间的连接,以及设备通信口之间的连接应有隔离措施。没有按照规程规定进行施工;③没有按照RS-485的接线规范进行各个装置的网络线连接。
　　变电站的电缆沟是部分一次电缆、电源线、光纤和控制电缆的统一通道,如图1所示。在同沟敷设的一次电缆或电压会更高,如果措施不得当,会更容易击穿硬件。
　　
　　3.通讯布线接线标准化
　　
　　薛坡变电站10kV保护装置采用的是许继生产的WXH-111及WDR-111N两种保护,其RS485总线接线均是先从保护装置接至本单元的端子排,各单元之间再用屏蔽超五类线进行点与点的连接,最后通过一根网线与通讯接口装置相连接。这种网络连接方式在低电压变电站中可以经常看到。
　　RS485总线存在自适应、自保护功能脆弱等缺点,如不注意一些细节的处理,常出现通信失败甚至系统瘫痪等故障。就接线标准严格的说,RS485总线必须要单点可靠接地。单点就是整个RS485总线上只能是有一个点接地,不能多点接地。可靠接地时整个RS485线路的地线必须要有良好的接触,从而保证电压一致,因为在实际施工中,为了接线方便,将线剪成多段再连接,但是没有将屏蔽线作良好的连接,从而使得其地线分成了多段,电压不能保持一致,导致共模干扰。
　　另外,RS485布线规范是必须要手牵手的布线,一旦没有借助RS485集线器和RS485中继器直接布设成星型连接和树形连接,很容易造成信号反射,导致总线不稳定。很多施工在RS485布线过程中,使用了星型接线和树形接线,有的时候整个系统非常稳定,但是有的时候则总是出现问题,又很难查找原因,一般都是由于不规范布线所引起的。如果由于现场的限制,必须要进行星型连接或者树形连接,可以使用RS485集线器和RS485中继器解决相关问题,否则需用手牵手的布线方式。
　　针对以上布线接线细节,薛坡变电站的通讯接线必须进行整改,整改严格按照图2接法实施,中间禁止转接,严格控制并尽量减少整个回路中的接点个数。
　　
　　4.针对电磁干扰利用多线防雷器的改进措施
　　
　　由于RS485信号是利用差模传输的,即由RS485+与RS485-的电压差来作为信号传输。虽然RS-485接口采用的是差分传输方式,具有一定的抗共模干扰的能力,但当共模电压超过RS-485接收器的极限接收电压,即大于+12V或小于-7V时,接收器就再也无法正常工作了,严重时甚至会烧毁芯片和仪器设备。
　　在发现并测量到现场的实际感应电压确实足以将通讯串口损坏的电压后,从这一环节下手。经过查阅相关资料后,发现电力系统综合自动化规程对此有明确规定:计算机监控系统各间隔之间,间隔层与站控层之间的连接,以及设备通讯口之间的连接应有隔离措施;不同接地点的设备连接一定要采用电气隔离措施。
　　规程的规定是为了防止外部感应高电平将通讯硬件损坏。经过查找确定采用多线信号防雷器,型号为:LDY-XC24。在新敷设了通讯线后,我们在保护屏和通讯管理柜两端均加装了多线信号防雷器,并在通讯接口柜处将接地线可靠接地,接于屏体的接地铜排上,并将通讯线的屏蔽层与接地端子可靠连接。
　　在现场进行了多线信号防雷器安装并跟踪测量,薛坡站后台10KV通讯状况大为改观,故障频次大大减少,发挥了良好的保护作用,改进方案能够有效屏蔽掉同沟其他电缆所产生的绝大多数感应高电平,有效避免了通信串口的硬件击穿问题。
　　
　　5.针对电磁干扰基于OPT-103的改进措施
　　
　　经过四个月的现场实际运行表明,利用多线防雷器的改进措施虽然比改进前效果明显,但没能达到预期的目标,离供电可靠性指标有相当的距离。四个月期间共发生了7次通讯故障问题,经厂家鉴定为通讯插件的损坏。问题发生的根源在于通讯线敷设在电缆沟中,与一次电缆、控制电缆、交直流电源等电缆均平行分布在同一层面上,对通讯线有较强的电磁干扰,而通讯线的工作电压较低,干扰电压所占的比例较大。
　　归根结底问题出在电磁干扰上,而利用电信号的工作模式都不可避免的会受到不同程度的干扰。而近几年,一种利用光信号进行通讯的工作模式及光纤在变电及通讯工程中得到了广泛应用。鉴于光纤通讯的优点,继电保护小室的通讯接口装置RCS9794与就地安装的许继10kV测控保护装置之间采用光纤通讯,光电隔离,解决高压电缆等干扰源对通讯的影响。
　　
　　6.结语
　　
　　此次薛坡变电站综合自动化后10KV出现的通讯故障,在将其网络布线标准化及采用光纤通讯模式的OPT-103后,
　　综自通讯情况大为改观,除了一条10KV线路保护装置通讯网卡确实有问题外,其他装置的通讯良好。
　　公司所辖还有几个变电站,如葛南变电站、无人值班的莲花湾开闭所等也时常出现通讯中断的现象,有时是所有接点,有时是部分接点不能通讯,这让集控站的运行人员无法正常监视一次设备,建议采用本文所述方法进行改进。
　　随着变电站的逐步老化,新的全站综自改造工程正在不断深入开展。规范标准的网线布线接线及通讯新技术的不断使用,为今后的综自改造工程通讯施工打下了良好的基础,也为葛南变电站、莲花湾开闭所的网络通讯故障的整改工作提出了很好的借鉴方案。
　　
　　参考文献:
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　　[4]朱声石.继电保护原理与技术.电力工业出版社.
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