秦三厂远动装置（RTU）两点接入改造

秦三厂远动装置（RTU）两点接入改造

欧歆媛

（中核核电运行管理有限公司 维修五处 浙江省 嘉兴市）

摘要：本文介绍了国内某核电厂远动装置(RTU)设备无冗余，单电源不可靠，无法满足数据调度网双平面的现状。通过对RTU装置构成、采集原理、设备选型等方面进行分析，结合现场实际情况，提出新增主板模块、双电源模块化、数据传输网络化等方面的合理改进方案，确保各个模块改造实施的可行性，从而实现RTU两点接入功能。根据设计方案，已成功实施了远动装置两点接入改造项目，验证了设计方案的可行性和有效性，为进一步提升远动系统运行的稳定性和可靠性提供了保障。

关键字：RTU；双点接入；自动化

1.概述

远动装置（RTU）全称为远程终端系统，英文名Remote Terminal Unit，是一种远端测控单元装置,安装在厂站侧的通信设备, 负责采集所在厂站电力运行状态的模拟量和开关量，是电网监控厂站运行状态的一个重要窗口。它的主要功能：一、实现对实时数据的收集，将设备运行的实时信息反映到调度中心；二、从调度中心向运行设备发送命令信息，实现对运行设备的控制和调节。考虑核电厂的特殊性和安全性，实际应用中只采用遥测和遥信两种功能。

该电厂远动终端系统于2002年投运,，投运期间曾先后开展了主板升级、增加网卡及网络交换机、扩增远动信息表等技改。电厂RTU装置负责采集两台机组发电机、主变、线路、启备变主设备的有功、无功、电压等遥测数据及保护动作状态，刀闸位置信号等遥信数据。1#机组RTU具备采集、与电网通讯的功能，D200主机安放在1#机组RTU屏内，为双机双CPU双网口配置。2#机组RTU仅有采集模块，通过光缆与1#机组RTU主机连接通讯。

随着电网调度数据网双平面接入和应用的深入开展，根据《国家电网调度数据网接入网技术规范》要求：电厂远动RTU应采用热备用方式，同时满足自动化设备的冗余配置。现有配置只有一台主机可与电网实时通讯，且只接入了一路供电电源，不满足技术规范要求。

2.GR90 RTU装置结构和特性

该电厂RTU为上海惠安GR90网络型双机RTU，每个I/O模板具有8位微处理器，通过HDLC高速链路与RTU主体通信。有远动RTU双机采用冷备用方式，通过切换板对RTU双D200主机进行切换。

2.1GR90型RTU设备构成

(1)主处理器：GR90 M作为一个数据集中器和中央数据器，以性能优越的32位CPU模块为基础，负责采集处理数据、与主站的通信，以及维护RTU数据库中I/O点的数据等，每块GR90 M板可支持多达7个通讯口主CPU模块。

(2)I/O模块：每一个I/O模块均是由一块MC68HC11CPU的微处理器成。GR90S板用于64个开关量输入，8个一组，所有数字量输入都是光电隔离的，每组共用一个公共端或者一个外接输入电源。GR90A板用于32个模拟量输入。

(3)电源模块：D20电源分成两个部分即D20主电源和辅助电源。主电源电压等级5V DC和±12V DC,为CPU和其他外围模块供电。

(4)通信设备：GR90 RTU的内部通信为D20ME主CPU板和GR90外设I/O模块之间的高速数据通路,即HDLC链路，亦称之为D20LINK链路。它使用RS-485串行链路或玻璃/塑料的光缆。外部通信D200主机通过以太网口连接至调度数据网实现数据远传各级调度系统。[2]

2.2RTU功能及原理

2.2.1遥测量采集

(1)交流采样原理：

交流信号输入回路→低通滤波→采样保持→多路转换开关→A/D转换→数字信号。[4]

(2)直流采样原理：

直流变送器→多路转换开关→A/D转换→数字信号。[4]

2.2.2遥信量采集

通过定时扫描：通信采集电路→多路转换开关→接口电路。[4]

和火电厂、水电厂等其他电厂不同，核电厂的功率调节与反应堆控制密切相关，电网侧的遥控、遥调会影响核电厂的安全稳定运行。考虑到核电站本身的安全性和特殊性，厂站中目前只涉及RTU的遥信量、遥测量采集功能。

3.远动系统存在的问题

3.1电源供电不可靠

电厂使用的电源模块为220VAC/220VDC输入220VDC输出的电源装置，只接入一路不间断电源，RTU主机和I/O模块均为单路电源供电。根据《防止电力生产事故的二十五项重点要求》，发电厂远动装置、计算机监控系统、调度数据网等调度自动化设备应采用冗余配置的不间断电源供电。电源模块不满足电网冗余电源配置要求。

3.2不满足两点接入要求

RTU由两台远动主机D200和一台网络交换机组成，数据封装后，通过DL/T634.5104-2002及DL/T634.5101-2002两种规约与华东网调、浙江省调自动化系统通讯。DL/T634.5104-2002为标准网络规约，RTU通过网络交换机输出至华东数据网屏交换机与路由器，浙江省调及华东网调调度系统进行数据共享调用。DL/T634.5101-2002为模拟通讯规约，采用专用通讯通道分别与浙江省调及华东网调通讯。在RTU侧，MODEM输出至华东网调模拟通讯通道，数据透传时隙复用设备输出至浙江省调模拟通讯通道。该电厂RTU实时数据未接入浙江省调数据网，不满足数据网的两点接入要求。

3.3不满足热备用要求

该核电厂远动主机采用双机冷备模式运行，备机未实时投入运行，所有数据处理、传输均由一台主机完成。I/O模块同时只能与D200A机或D200B机采用HDLC高速数据链路进行通讯。若主机出现故障，需手动切换至备机运行，双机切换过程中会造成遥测、遥信数据的采集、上送通讯中断，调度主站无法实时监测电厂运行状况，不符合远动设备需采用热备用的要求。

4.问题原因及可行性分析

综上所述，随着电网调度数据网双平面接入和应用的深入开展，对厂站远动装置RTU上送数据的实时性、准确性和可靠性要求越来越严格。根据远动装置的现场实际状况，对现场存在问题的原因和可行性分析阐述如下：

4.1电源模块分析

该电厂内RTU使用的是单电源装置，只能接入一路220VDC电源，无其他备用电源。且该装置为整体卡件式电源装置，无法在装置内部新增电源接口，电源硬件不能满足双路供电电源需求。1#机组的RTU屏内已接入两路UPS可靠供电电源，此次改造可使用双电源装置对原电源装置直接进行替代，具备可实施性。

4.2主机硬件分析

该电厂远动装置为单点接入，只接入华东数据网一个平面。现场配置有两台主机和一台网络交换机，每台主机上配有1块网卡（2个网口），一个网口用于主机与I/O数据模块间的通讯，一个网口用于数据网间的通讯。根据双点接入规范要求，两台远动主机应同时具备与调度主站通讯功能，其中D200A主机接入华东网调数据接入网，D200B主机接入浙江省调数据接入网。现场配置的主机没有冗余的网口可使用，硬件配置无法构成内部的双网模式。此次改造需要新增主机、网卡和网络交换机，来实现两点接入功能。

主机D200通过D200VME总线上插入网卡实现远程数据网络通讯，原有主机、采集模块通讯容量配置满足双点接入要求。此次改造可利用原有部分设备框架结构，在主机箱内增配网卡，解决网口需求问题。不仅大大缩减施工时间，也节省了改造成本。

4.3运行模式分析

RTU的两台主机是两条独立的通讯链路，以主备模式运行。通过主/备切换板，实现I/O模块与其中一台主机的通讯。主/备切换板可选择手动切换模式或自动切换模式。考虑到自动切换模式无法反映现场设备的真实故障状态，RTU现场设定为手动切换模式。该运行模式的缺点是切换过程必须由检修人员手动操作，若巡检人员没有及时切换，会导致RTU通讯长时间中断。此次改造可通过新增主机的方式，将原有冷备运行模式改为双机并行运行模式，杜绝切换操作对RTU实时性的影响。此类运行模式在其他电厂已有成功改造的先例，不存在技术难度问题。

5.RTU双平面改造

基于目前的系统架构，将现有远动装置主/备模式改造为双机并行工作模式，取消主/备切换板，机组信息改造为网络化传输，实现远动装置双机并行工作模式下信息同步采集。通过本次双平面改造，新增1台D200远动主机（以下称为D200C主机），将两台机组信息采集后，同时与D200A、D200B主机进行通讯，D200A、D200B主机实现双主通讯功能，交换机通过以太网与其他设备进行通讯，从而实现数据交换，满足双平面接入的要求。

图5-1改造系统结构图

5.1设备选型

5.1.1主板选择

RTU配置的主板型号为D20ME，该主板是美国GE公司D20家族的第四代产品，采用高速、低功耗、低噪音、高可靠性的CMOS逻辑器件，具有高灵活性。该主板完全支持原有GR90产品的所有功能，包括原有的链路接口、专用维护口以及软件等。在电厂运行期间，运行稳定可靠，数据处理能力强，满足现场内存容量，可良好实现与调度主站的网络通讯，故此次改造仍选用主板D20ME。

5.1.2网络交换机选择

原使用的网络交换机型号为ZVANCOM CARAT2016。该交换机以太网端口数量少，不支持光纤接口，抗电磁干扰能力较差，不满足远动系统的现场环境和硬件需求。

此次交换机选用型号为罗杰康RSG2100。该交换机支持多种端口，支持光纤接口，可应用在环境严苛的电力变电站和工业环境下，具有高抗电磁干扰性能，符合和超过多项标准。罗杰康RSG2100所配置的端口种类和数量更多，可以满足现场的不同外接设备端口需求。其次它工作的温度范围更广、材质更抗腐蚀、抗电磁干扰能力更强，具有良好的可靠性，其性能更加符合电网和现场使用要求。

5.2改造实施

5.2.1电源模块双电源

将原有单电源模块，替换为直流220V双路输入输出的电源模块，经电源装置输出一路220VDC电源供RTU主机使用，一路48VDC电源供I/O模块使用。UPS系统作为电厂重要的安全设备电源系统，为电厂中一些不允许突然断电的重要安全系统负荷或重要控制设备和系统提供电源，具有较高的电源可靠性和安全性。此次通过改造，使用两路独立的UPS直流220V电源，保证了RTU的电源冗余需求，提高了电源可靠性。

5.2.2网络硬件升级

此次改造通过新增两台交换机，并在每台主机D200中增加一块网卡，实现每台主机的双主板四网口功能。增加后现有GR90 RTU D200主机具备4个网络（RJ45）硬件接口：其中一个网络硬件接口作为备用，两个网络硬件接口用于站内采集设备构成内部双网通讯模式，一个网络硬件接口用于与省，网级调度通讯，与调度数据网构成外部的双平面结构，数据传输更加可靠、稳定。

5.2.3主机硬件升级

此次改造取消原主/备切换板，改为双机并行工作模式。在1#机组RTU屏内增加一台双CPU双网口D200，利用原有HDLC链路采集1#机组RTU屏和2#机组RTU屏内的D20I/O模块信息。新增的D200将接收到的模块数据进行收集处理后，通过双网连接到两台新增交换机，并分别送到改造后的D200双主机，D200A机、D200B机通过对应的数据接入网，经I区交换机、纵向加密、路由器等装置后，与华东网调、浙江省调通讯，实现双平面需求。D200A机、D200B机由冷备模式更改为双主模式，构成外部双网通讯，从而实现了双机冗余配置需求。

5.2.4实施过程的重点

对厂站和电网而言，RTU的通讯中断意味着调度主站对厂站失去实时监控和控制。为保证RTU改造顺利完成，减少通讯中断时间，我厂在此次实施过程中采取了如下措施：①提前规划新增设备的所需空间和安装位置，确定要拆除的无用设备，为现场实施节约时间。②对原RTU主机采取临时供电措施，采用厂站内照明盘接插排进行临时供电措施，在新设备的安装期间仍能保证RTU的通讯。③提前将D200C机进行配置完成，同时新增的双电源切换装置模块及交换机提前完成测试，确保能正常工作。④确保一个平面网络通讯正常后，再配置另一平面。

6.结论

改造后的远动系统双机运行稳定，两路电源切换正常，满足具有冗余配置的UPS专用电源的要求，满足具有两个可独立通信通道的要求,正式投运以来RTU运行稳定可靠，积极效果如下：

(1)经济性:这次改造方案是充分采用原有设备, 设计了最简的链路输出方案，大大降低了改造成本，具有明显经济性。

(2)快捷性:由于RTU再供电准备充分,提前完成现场安装、调试并投入运行,缩短了RTU中断时间。

(3)优化系统性能：提高了我厂远动系统运行的可靠性和数据传输准确性，为整个电网的安全运行提供了有利保障。

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参考文献

[1]龙梅，《远动双主机切换在电厂的运用》，科技展望，2016,（29）:155-155

[2]李汉杰，《GR90 RTU在青海电网中的应用及维护》，青海电力，2001,（03）:46-48

[3]龙洪基，《110kV伦教变电站的RTU改造措施》，华中电力，1999，12，（6）：49-50

[4]王中，《浅谈大型发电厂远动终端RTU维护策略》，科技情报开发与经济，2011,（34）：226-228

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