配电室综合自动化系统网络设计

配电室综合自动化系统网络设计【摘要】本文简要阐述了本企业老继电保护配电室综合自动化及调度自动化改造中网络规划与设计原则。为了满足工业以太网对网络的可靠性要求，减少因网络故障造成的损失，网络冗余容错技术的提出增加了网络的可靠性和稳定性。文中对生成树协议、快速生成树协议、DT-Ring协议等网络冗余解决方案比较，选择了DT-Ring协议的工业网络交换机作为调度自动化网络，以提高调度自动化网络安全性。同时对本网络运行以来主要故障的经验分析，为其他自动化网络控制系统的设计、运行维护提供参考。【关键词】调度自动化网络冗余生成树协议DT-Ring协议1、前言随着变电站综合自动化技术的发展及成熟，电磁式继电保护即将退出历史舞台。计算机与网络通信技术的开发，使各变配电站综自系统组网，实现了远程监视及集中操作功能。大大节省了配电室的人员劳动强度，并为无人值守配电室提供了技术条件。近年来，中国国家电力公司对配电室调度自动化系统制定了许多标准，如电力101、电力102、电力103、电力104通信规约等，为配电室综自化系统标准化打下了基础。随着环网冗余交换技术的发展，工业环网冗余交换机产品的技术成熟，建立一个环网冗余的电力调度自动化网络成为现实。2、环网冗余技术2.1环网冗余技术发展现状及优缺点随着以太网在工业控制领域的广泛应用，国内外众多研究机构在网络冗余、容错方面做了大量的工作。各大自动化设备生产厂商也都纷纷提出了自己的网络冗余技术解决方案来提高工业以太网的可靠性。常见的环网冗余协议有：标准生成树协议（STP）、快速生成树协议（RSTP）和DT-Ring等。2.1.1生成树协议(SpanningTreeProtocol，STP)是由IEEE制定的IEEE802.1D标准，它通过在交换机上运行生成树算法(SpanningTreeAlgorithm，STA)来实现对链路的管理，当发现网络中有环路时，主动地在逻辑上阻塞一个或多个冗余端口，使得接入网络的计算机在与其他计算机通信时，只有一条链路生效。其优点是通用协议，大多数设备支持。缺点是环型结构的故障修复时间长，为1.5分钟至5分钟，不能保证自动控制系统的实时性。2.1.2快速生成树协议(RapidSpanningTreeProtocol，RSTP)对(STP)进行了改进。RSTP改变了端口状态转换方式，通过监测每个网络中的端口的状态，在连接状态发生改变时，将它的某些端口快速置为转发状态，迅速生成新的拓扑。其环型结构的故障修复时间为秒级。2.1.3快速冗余技术DT-Ring协议：DT-Ring协议通过对环端口状态检测并通过较少的协议报文，来决定环和端口的状态，从而保证冗余网络不成环。DT-Ring保护主要用于环内节点或链路的1:N保护，当网络中任意单一节点或链路故障时，DT-Ring协议能快速检测到故障信息并发生倒换，在300ms以内完成倒换操作，从而使网络恢复正常通讯。在同一台交换机上，可以配置多个域；这样可以满足相切环的组网方式；在同一个环中，各个交换机需要配置相同的域ID，为了维护方便，最好将域名也配置相同。在同一个环中，只能有一个主站，其余的都应该配置成从站。从以上三种冗余协议看，DT-Ring网络倒换延时最小，可以满足电力调度自动化网络的需求。3、我公司配电室改造前的现状及调度网改造方案的选择3.1我公司配电室改造前的现状我公司140万吨厂区管辖的一级配电室14个，二级配电室2个，共16个，分布在厂区及厂外约10平方公里的地域。其中氧化铝厂区里有10个配电室，生活区有3个配电室，水厂有3个配电室。这3部分相距较远，须要分别建立环网。另外，已有2个配电室在建设时就采用了综自保护；还有2个配电室是后来进行的综自改造。这四个配电室采用了4个厂家的综自保护单元，本次有12个配电室要进行综自改造，并建立调度自动化网络，实现全部16个配电室的集中操作和监视及自动化调度。3.2电室调度自动化网络改造方案在方案制定过程中，要充分考虑到地域问题、新老系统兼容性问题、网络可靠性问题，系统冗余问题。本次综自改造的网络总体设计为以5PD为中心，在5PD建立主控室，形成调度自动化系统及集中操作与监盘网络。系统要求数据传输实时性高，网络系统要稳定可靠，故障恢复时间短。因此决定网络设计时采用双环网，并选用环网自愈延时小的DT-Ring协议的环网冗余工业交换机作为调度主干网交换机。3.2.1网络架构由于16个配电室分布范围广，因此在组网时，要按地域化分成若干子网，再通过主干网相连。本系统中，由于11PD、6FPD、11FPD位于水厂，距5PD有6公里，因此将水厂的11PD、6FPD、11FPD组成一个子网；生活区太华配、霞光配距离厂南循环水配电室12PD较近，因此将12PD、太华配、霞光配组成一个子网；生产厂区内10个配电室按地域，分成两个子网，分别是1PD、2PD、5PD、10PD、13PD子网和3PD、4PD、6PD、8PD、9PD子网。每个子网采用了双环网，两个环网的光缆在施工时，选择不同的路径，确保系统安全。四个子网间，采用双光缆组成A、B双网连接，使整个网络成为可靠的双环网冗余结构。3.2.2配电室网络配置调度网络交换机选用Syncom3024系列千兆工业交换机，它具有强大的可网管功能，网络管理系统支持CLI、Telnet、WEB、基于SNMP的网管软件、OPC网络管理软件。8个冗余接口可以组成100Mbit单模、多模光纤接口或双绞线冗余环网，每对光纤接口最大的吞吐率为100Mbps，并强制为100M全双工工作模式。支持光线路冗余技术，冗余倒换时间小于300ms。2－4个冗余接口可以组成1000Mbit单模、多模光纤接口或双绞线冗余环网，每对光纤接口最大的吞吐率为100Mbps，并强制为100M全双工工作模式。支持光线路冗余技术，冗余倒换时间小于300ms。调度网数据直接由各站通信管理机提供，不受本站监控计算机的影响。在冗余环网配置时，将5PD、6PD、12PD、11PD作为环网的主结点，其余配电室作为环网中的从结点。全网采用100Base-FX的单模光纤网络。为了方便管理，给每台交换机配置唯一的IP地址。交换机配置：Configterminal进入配置hostnameSYNCOM_6PD配置主机名dt-ringnew1domain6PDmaster配置DT-Ring域为1，名字为6PD的环网，本交换机为主站，该环网上其他交换机要设置为SLAVE。ringportadd23配置参与冗余的第一端口为23口ringportadd25配置参与冗余的第一端口为25口protocolenable配置环网冗余生效exitinterfaceloopback0配置交换机管理地址ipaddress192.168.0.106255.255.255.03.3后台系统3.3.1后台设备一般的调度自动化系统后台设备有：数据采集服务器（SCADA服务器），又叫前置服务器；数据服务器，又叫历史服务器；操作员工作站；调度员工作站；工程师站。前置服务器主要任务是通过网络，与各配电室通信管理机进行通信，采集现场数据，下发控制中心的操作指令，向上级电力调度自动化系统上传数据。历史服务器主要用于保存系统配置数据、历史数据；完成调度报表、历史曲线的自动生成。它是后台系统的中心，当历史服务器发生故障时，整个后台系统将瘫痪。操作员工作站是后台系统的监视中心，用来完成各配电回路状态监视，运行数据监视，运行状况监视，告警与事故信号显示，后台操作指令的输入与确认，操作人员身份识别等功能。调度员工作站除不能进行操作控制外，其余功能与操作员工作站相同。工程师站主要用来对系统进行维护，配置数据修改，保护定值修改等。为了使整个调度系统安全稳定运行，后台设备中的历史服务器、前置服务器均采用了双机、双网互备。为了数据存贮的可靠性，历史服务器的存贮系统选用了RIAD5冗余磁盘阵列，每台主机配备SCSI硬盘三块。当其中任意一块硬盘损坏时，系统数据可自动恢复。3.3.2后台系统软件后台服务器操作系统软件选用微软的Windows2003，它具有可靠、稳定、功能强大、易管理等优点，完全能胜任后台服务器的工作。工作站操作系统选微软的WindowsXP，它的操作便捷性和易用性是众所周知的。数据库系统选用Oracle9H数据库系统软件，对处理大量数据具有良好的适用性。调度自动化系统软件，选用南京自动化股份有限公司的DSA3000系统，该系统除具有强大的调度自动化管理功能外，还具有双服务器自动切换功能。正常情况下，两台历史服务器和两台前置服务器分别被定义为主服务器和备用服务器，所有运行数据被同时写入主备服务器中，当运行中的一台主历史服务器或主前置服务器出现故障时，会自动将备用历史服务器或备用前置服务器切换成主服务器，不影响系统运行。3.4系统电源配置为了保证后台系统安全稳定运行，对后台电源系统进行了优化设计，选用双机互备的逆变电源。直流系统，由就近变电站（5PD）的直流系统提供。在5PD直流系统设计时，就将其容量扩大一倍，以满足调度自动化后台系统供电要求。各子站配备逆变电源，用于给本站通讯管理机、调度网交换机、子站监控电脑提供不间断电源。3.5对其余4个已完成综自改造的配电室的网络接入由于其余4个配电室的综自系统互不相同，有河北自动化的，有珠海优特的，有进口SEL的等，还有一套综自系统厂家已不存在。为了今后综自单元损坏后，能更换为统一厂家产品，改造时，将本站操作后台统一更换为南自系统，增加通信服务器及网络设备，以完成规约转换及信息采集。4、存在的问题及解决方法本调度系统投运以来，运行中也暴露出一些问题：4.1部分通信管理机硬件质量欠佳，导致网络通信中断两次。原因是，通信管理机故障导致网络环路，产生广播风暴，使网络端口阻塞，从而造成网络中断。出现此类问题后，采取了隔离法，先隔离一个子网，如故障照常，恢复本子网，再隔离下一个子网。找到子网后，再逐步隔离本网上的子站，直到查检问题部位，然后更换硬件修复。4.2当时设计时没考虑到两个厂区外子网中建立集中操作站，调度系统形成后，通过主干网向两个子网中的12PD、11PD安装了操作员工作站。4.3非南自系统的4个配电室中，有时出现操作指令下达不执行的问题，经检查多数问题出在远程/就地开关上，由于原有的保护单元陈旧，远程/就地开关使用年限长，开关跳合闸振动大，导致远程/就地开关时常接触不良，造成遥控拒动。对于常出现遥控拒动的回路，更换远程/就地开关。4.4经常出现刀闸位置信号错误，经查检为刀闸辅助开关接触不良所致，检修后，恢，。复正常。对于经检修后，仍不可靠的回路，建议更换刀闸辅助开关。总之，对于多个配电室，且多为重要负荷的厂区配电室的调度自动化系统改造方案设计时，要考虑到诸多因素的影响。在硬件上、软件方案设计中，尽可能采取冗余配置，保证系统的安全稳定。另外，还需配置具有一定知识水平的运行、维护管理人员。只有这样，才能保证变电站安全稳定可靠，保证调度自动化系统长久有效、稳定运行。