大庆油田录波系统波形提取新方法的研究

摘要:大庆油田电力系统现有110kV变电所(站)31座。全部配备分散式和集中式录波器,以实现动态实时监测电网运行状态。当电网发生故障的时候,录波器能自动记录故障发生的时间和断路器动作情况及电流、电压变化的波形。通过记录的波形,技术人员分析和确定故障类型,为排除故障恢复正常供电提供重要的依据。

关键词:故障录播;专用通道;光纤通信;GPRS

中图分类号:TM743文献标识码:A文章编号:1009-2374(2010)03-0066-03

一、目的及意义

为提高油田电网安全运行的信息化、智能化水平,在电网运行及发生故障时提供实时故障信息,有效地快速恢复系统。替代现有的派人员车辆取波形,时间长、效率低、排除故障不及时等状况,我们提出了建立新型传输模式的油田电网故障监测分析系统。传输模式更新的油田电网故障监测分析系统,将实现在电力系统发生故障后将完整的保护装置动作报告和录波报告迅速传送到技术监督部门及继电保护修试部门,使所有关心故障状况的人员能通过远程调取波形这个方式及时、准确地掌握电网的故障情况,提高事故的分析处理水平。

二、油田录播系统现状分析

(一)录波器配置现状

大庆油田电力集团供电公司现负责检修维护110kV变电站30座、燃机电厂升压站1座,故障录波器配置情况如下:

分散录波:杏南、杏北、龙河、南五、星火、登峰、友谊、东湖、铁人、喇一次变、建新、卧龙、庆新共13座变电所为微机保护变电所,采用分散录波形式。其中铁人变为南京南瑞继保综自站,其余均为北京四方公司继保综自站。

集中录波器:张铁匠、朝阳沟、榆树一次变、向阳、方晓、赵家泡、奔腾、周泡、马鞍山、宋方屯、头台、南二、风云、高家、兴胜、龙虎泡、丰收、燃机电厂升压站共18座变电所为常规变电所,故障录波器为山东山大电力技术有限公司生产WDGL-V型录波器。

(二)针对现状存在的问题分析

油田电网中使用的各种类型继电保护装置、故障录波器及其他安全自动装置数量与品种日益增多,但信息的传输技术参差不齐,当电网发生故障时给信息采集和管理带来很多不便。例如由于数据传输慢或设备不稳定导致的不能在最佳时间得到需要分析的波形排除故障等,因此如何快速、准确得到波形数据,为故障以分析、判断提供可靠前提,快速恢复系统供电是非常重要的。

而且油田31座110kV变电所分布地域广阔,整个电网分布面积约2.1万平方公里。现有的传输方式很不稳定,10座山大录波器站是采用电话线传输,在雷雨天气,传输经常出现通讯中断,取一个完整的波形要很多次或不成功。其实录波器进行波形采集、数据存储的时间很短,所以技术人员得到波形快慢主要看数据传输的质量。当通信状态受到干扰时,派遣车辆人员到各个变电所提取波形都将耗费大量的时间。

三、预期目标设定

1.目标:提高故障波形采集时间,降低传输中断率。

2.目标值:波形数据提取平均时间≤6分钟。波形传输中断概率达到≤5%。目标实现柱状图如图1所示:

3.目标设定的依据。专用通道主要由光纤与串口通信介质两部分组成,其中光纤部分传输速率计算如下:我们下载的实际带宽是按byte(字节)计算,1byte=8bit,电力调度中心到中心试验所的光纤分配带宽为100M,平均比特流传输速率为100/8=12.5M/s,即12800K/s,按每个波形文件是300K,再把文件打包和校验字节以及规约应答所增加的容量都算在内也不超过1000K。通道占用率是10-1,实际占用通道时间远远小于1秒,对于服务器召唤这个文件,在时间方面可以忽略不计在传输消耗时间内。

再分析串口部分传输速率:串口通信的传输速率根据实际条件可在300～115200之间。因为采用中速相对稳定,而且传输距离远,只追求采用高速,距离短而且不稳定,所以我们将串口通信速率设置在9600bps即(bit位 per second每秒)。传输速率就是9600/8=1200B/s,300K的波形文件根据换算:300K=300×1024=307200Byte,因此得出传输时间=307200/1200=256s=4.2分钟。两部分的传输时间再加上人员调用软件的时间,设定提取波形目标时间在6分钟之内最佳。传输设备稳定性可靠,所以将传输中断率目标设定在≤5%。

四、设计不同传输通道并确定最佳传输模式

(一)利用企业网络传输故障波形

其网络拓补结构图如图2所示:

该方法提取波形时间短,准确率高,节省人力物力。但是宋芳屯、朝阳等距离较远的变电所没有接入企业网的硬件设施,如铺设光纤和架设光端机,硬件投资大,缺乏经济性、可行性。

(二)利用GPRS技术和硬件系统传输故障波形

网络拓补结构设计图如图3所示:

本解决方案的通信系统主要采用信道科技EC8169 GPRS DTU为主的无线数据通信终端,优点是为用户提供高速的虚拟专用数据通信网络,可以承担大容量的数据传输业务,按数据流量计算运行费用。缺点是移动公司提供给工业用户的通信服务每传输7分钟中断一次,容易造成丢帧等现象。

(三)构建远程数据专用通道传输故障波形

网络拓补结构图如图4所示:

此方案利用各变通讯机房的收发机上的V.24串行卡RS-232为依托,与调度中心9809集中V.24连接,实现各站串口信息上传,再通过调度中心9800机将各站V.24串口复合为一路光纤传输到中心试验所,实现专用通道的构建。而调度中心到中心试验所的光缆是已经铺设好的,有效利用了现有的通信网络设施,节约了成本。该方法可满足快速提取波形要求,中断率低,从而提高故障波形的采集效率。

通过分析方案三的试验模型、拓扑结构确定合理具有可行性,采用构建远程数据专用通道来提高故障波形采集效率。

五、针对构建专用通道传输模式进行系统建设

(一)终端服务器的设计建设

1.选择建设地点。经过联系与考察,服务器系统应建立在供电公司中心试验所保护实验室。因为实验室在通讯机房附近,方便架设与调度中心的调度网络。

2.服务器功能、配置结构设计。根据功能配置,确认服务器由6个机组组成,1台控制机、1台备用机、1台通信管理机、2台数据服务器,其中服务器采用LINUX系统。工作过程为服务器的信息通过2台互为热备用的通信服务器接收,保存在数据主服务器内并且自动备份到数据备份服务器内。工作人员通过监控机访问服务器,进行保护数据在线检测及故障分析。而且架设了WEB服务器用来进行系统的网络信息。考虑到系统全天运行,又增加了UPS不间断电源,确保录波系统的可靠运行。根据功能要求设计,完成服务器网络结构设计如图5所示:

3.根据设计选购服务器硬件并组装。经安装调试,与厂家人技术人员配合,完成服务器机组构建和调试,服务器机组构建完成如图6所示:

完成终端服务器的设计建设,实现了系统各项功能。经调试、模拟运行,系统稳定可靠,达到了目标。

(二)建立变电所数据上传系统

各站上传系统指设在各变电站内的计算机系统,完成对变电站内智能装置的统一接入、并将数据转换成统一有序的数据格式,然后通过电力数据网传送到主站端。上传系统设立在辖区内的110kV变电站内,主要功能为变电站内保护信息,模拟量、开关量信息,故障录波信息的实时采集与传输。各变电站录波器通过以太网独立组网。四方综自站通过加装信息采集及传输装置,以LON网口加网关的形式实现与主站的连接,主控室内现有录波器予以保留,硬件不需要更新,但要对原有软件进行升级,与信息主站保持一致,并可以在现场查阅本站录波文件。杏南、杏北、龙河、南五、星火、登峰、友谊、东湖、铁人、喇一次变、建新、卧龙、庆新等微机保护变电站通过升级原有录波器即可接入录波传输专用通道。