變電站遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)無縫切換的實(shí)現(xiàn)和校核

陳建洪 陳月卿 林 捷 邱建斌 王家興

（1.福建省電力有限公司輸變電設(shè)備檢修分公司，福州 350003；2.福州超高壓輸變電局，福州 350003）

隨著電力調(diào)度 SCADA主站高級(jí)應(yīng)用的發(fā)展，越來越多的變電站要求“四遙”數(shù)據(jù)傳輸可靠、穩(wěn)定。尤其是超高壓樞紐變電站，其調(diào)度主站多達(dá)三四個(gè)，遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)所承載的“四遙”數(shù)據(jù)更顯重要。

目前，很多綜合自動(dòng)化變電站已運(yùn)行多年，進(jìn)入了升級(jí)改造階段。常規(guī)的做法就是新上的綜自系統(tǒng)和舊綜自系統(tǒng)并列運(yùn)行，每改造一個(gè)間隔就將舊綜自系統(tǒng)對(duì)應(yīng)“四遙”信息移到新上的綜自系統(tǒng)。這樣的做法存在一些不足，其一就是每改造一個(gè)間隔時(shí)，各個(gè)調(diào)度主站都要進(jìn)行SCADA數(shù)據(jù)庫修改和圖形修改，由于每次改造都需要整個(gè)SCADA主站進(jìn)行數(shù)據(jù)修改并同步，會(huì)影響運(yùn)行中的 SCADA主站的可靠性和穩(wěn)定性；其二就是由于各個(gè)調(diào)度主站都要進(jìn)行相關(guān)修改后才能同變電站進(jìn)行“四遙”數(shù)據(jù)校核，工作效率極低。所以，一種無需調(diào)度主站進(jìn)行任何改動(dòng)的方案是解決上述問題的關(guān)鍵技術(shù)之一，遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)無縫切換的成功嘗試為此提供一條途徑。

1 遠(yuǎn)動(dòng)切換實(shí)施方案

圖1為某變電站遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的示意圖，圖中左半部分為舊遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)，采用雙網(wǎng)絡(luò)雙主機(jī)結(jié)構(gòu)，遠(yuǎn)動(dòng)通訊規(guī)約有IEC101和IEC104兩種，圖中右半部分就是新上的遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)。

遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)無縫切換的總體方案就是：先把原遠(yuǎn)動(dòng)機(jī) CSM300E中的全站數(shù)據(jù)（指含所有調(diào)度端的數(shù)據(jù)）接入到新的遠(yuǎn)動(dòng)機(jī) CSC1321中，由 CSC1321把來自于 CSM300E的采集數(shù)據(jù)對(duì)各調(diào)度端按原有規(guī)約、原有遠(yuǎn)動(dòng)點(diǎn)表進(jìn)行信息轉(zhuǎn)發(fā)，CSM300E按IEC104規(guī)約將信息傳送給CSC1321，如圖2所示。

圖1 遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)改造前示意圖

圖2 遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)無縫切換示意圖

整個(gè)變電站綜自升級(jí)改造工程分三個(gè)階段進(jìn)行：

第一階段：新遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)搭建。把兩臺(tái)新遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)CSC1321連接到新站控層雙以太網(wǎng)，對(duì)CSC1321進(jìn)行單機(jī)調(diào)試，包括與調(diào)度主站的通訊配置和與CSM300E的數(shù)據(jù)采集配置，為CSC1321接入電力數(shù)據(jù)網(wǎng)、模擬通道和 CSM300E做前期準(zhǔn)備。這個(gè)階段CSC1321和CSM300E之間沒有任何聯(lián)系，電力數(shù)據(jù)網(wǎng)通道和模擬通道仍接在 CSM300E上，仍由CSM300E和各級(jí)調(diào)度主站進(jìn)行通信。

第二階段：遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)無縫切換。這個(gè)階段先在2#CSC1321和2#CSM300E之間建立單獨(dú)的IEC104規(guī)約通信連接，2#CSM300E通過這個(gè)IEC104規(guī)約通訊連接把各級(jí)調(diào)度端所需的全部數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送到2#CSC1321。然后斷開2# CSM300E與電力數(shù)據(jù)網(wǎng)、模擬通道和原站控層A/B網(wǎng)的鏈接，由2#CSC1321同電力數(shù)據(jù)網(wǎng)、模擬通道進(jìn)行鏈接，調(diào)度主站的第2路遠(yuǎn)動(dòng)數(shù)據(jù)由新遠(yuǎn)動(dòng)主機(jī)2#CSC1321上送，如圖2所示。將帶有 CSC2000模擬規(guī)約軟件的調(diào)試筆記本電腦接入2#CSM300E，利用 CSC2000規(guī)約模擬軟件同調(diào)度SCADA主站前置機(jī)進(jìn)行“四遙”調(diào)試。待信息全部校核正確后，把電力數(shù)據(jù)網(wǎng)通道和模擬通道從1#CSM300E上切換到2#CSC1321，由2#CSC1321用全部來自2#CSM300E的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)接管和各級(jí)調(diào)度進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)動(dòng)的無縫切換。這個(gè)過程肯定會(huì)造成和各級(jí)調(diào)度端通信的暫時(shí)中斷，但其時(shí)間極為短暫，故而稱之為“無縫”。這個(gè)過程要做好數(shù)據(jù)備份以及異常后的及時(shí)恢復(fù)，同時(shí)要在一定的時(shí)間內(nèi)觀察切換到新遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)2#CSC1321運(yùn)行的穩(wěn)定性。整個(gè)過程完全穩(wěn)定可靠后，再采用同樣的方法進(jìn)行第1路遠(yuǎn)動(dòng)數(shù)據(jù)的接入與調(diào)試，至此，整個(gè)遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)無縫切換工作全部結(jié)束。

第三階段：“四遙”數(shù)據(jù)按間隔改造接入新遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)。即按照各間隔具體的改造進(jìn)度，由新遠(yuǎn)動(dòng)主機(jī)CSC1321用直接采集該間隔新測(cè)控裝置和保護(hù)裝置的數(shù)據(jù)去轉(zhuǎn)發(fā)給各級(jí)調(diào)度，即用直采直送的數(shù)據(jù)去替換來自原遠(yuǎn)動(dòng)機(jī) CSM300E的數(shù)據(jù)，未改造間隔的數(shù)據(jù)仍由原遠(yuǎn)動(dòng)機(jī) CSM300E轉(zhuǎn)發(fā)。整個(gè)改造工程結(jié)束后，可將原遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)退役。

2 CSC2000模擬規(guī)約軟件開發(fā)

2.1 軟件系統(tǒng)構(gòu)架

CSC2000規(guī)約是一組協(xié)議的總稱，其中包括網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議、裝置內(nèi)部通信協(xié)議和裝置與MMI通信協(xié)議三大類[1]，已成功應(yīng)用于變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中，目前福建省所有500kV變電站均采用北京四方繼保自動(dòng)化股份有限公司開發(fā)的CSC2000變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。

CSC2000規(guī)約模擬軟件協(xié)議內(nèi)容僅涉及網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，該通信結(jié)構(gòu)為簡(jiǎn)約型三層（物理層、鏈路層和應(yīng)用層）增強(qiáng)性結(jié)構(gòu)。軟件采用了模塊化的設(shè)計(jì)思想，設(shè)計(jì)了CSC2000通信模塊、數(shù)據(jù)庫管理模塊、信號(hào)觸發(fā)模塊、人機(jī)交互模塊，如圖3所示。

CSC2000通信模塊用于解析和生成與站控層設(shè)備通信的CSC2000規(guī)約報(bào)文；數(shù)據(jù)庫管理模塊用于實(shí)現(xiàn)軟件配置信息的導(dǎo)入，內(nèi)部實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)讀寫存儲(chǔ)管理服務(wù)，數(shù)據(jù)庫支持遠(yuǎn)動(dòng)配置文件、監(jiān)控后臺(tái)數(shù)據(jù)庫文件、保護(hù)裝置信息模板文件；信號(hào)觸發(fā)模塊實(shí)現(xiàn)手動(dòng)和自動(dòng)觸發(fā)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的模擬功能；人機(jī)交互模塊用于根據(jù)數(shù)據(jù)庫配置信息自動(dòng)生成相應(yīng)配置的測(cè)試界面，提供調(diào)試運(yùn)行模式及環(huán)境參數(shù)設(shè)置，提供信息顯示輸出及人工干預(yù)輸入界面。

圖3 軟件系統(tǒng)構(gòu)架示意圖

2.2 主要功能模塊設(shè)計(jì)

CSC2000規(guī)約模擬軟件設(shè)計(jì)了遙信校對(duì)模塊、遙測(cè)校對(duì)模塊、遙控接收和反校模塊、保護(hù)事件和告警校對(duì)模塊等。CSC2000規(guī)約模擬軟件除了需要實(shí)現(xiàn)上述幾個(gè)主要模塊功能，還需要具備SOE功能、GPS對(duì)時(shí)功能、測(cè)控裝置復(fù)歸等功能。

遙信模塊校對(duì)和遙測(cè)校對(duì)模塊根據(jù)數(shù)據(jù)庫信息，采用廣播方式進(jìn)行上送遙信和遙測(cè)報(bào)文，實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用系統(tǒng)（如 SCADA主站）的校對(duì)功能，遙信模塊可以帶SOE時(shí)標(biāo)同時(shí)上送，遙測(cè)模塊發(fā)送的是測(cè)控裝置二次值，一次值需要乘以變比進(jìn)行核對(duì)；遙控接收和反校模塊用于模擬測(cè)控裝置進(jìn)行接收監(jiān)控后臺(tái)或調(diào)度端SCADA主站下發(fā)的遙控命令,通過遙控反校確認(rèn)和遙控執(zhí)行確認(rèn)兩個(gè)步驟進(jìn)行校核；保護(hù)事件和告警校對(duì)模塊根據(jù)保護(hù)裝置信息模板文件和間隔地址，模擬上送保護(hù)事件和告警的報(bào)文信息，實(shí)現(xiàn)校對(duì)功能；CSC2000規(guī)約模擬軟件具備與站內(nèi)GPS 對(duì)時(shí)系統(tǒng)進(jìn)行通信的功能，可接受主站的廣播時(shí)鐘報(bào)文，與電網(wǎng)系統(tǒng)時(shí)鐘保持同步，作為SOE的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)標(biāo)。

3 “四遙”數(shù)據(jù)校核

調(diào)度端需要添增大量的變電站遙測(cè)、遙信、遙控等信息，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方監(jiān)控功能。為此，變電站遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)需要進(jìn)行配置的修改，為不影響設(shè)備的正常運(yùn)行，先修改一臺(tái)遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)，利用CSC2000規(guī)約模擬軟件同調(diào)度端SCADA主站前置機(jī)進(jìn)行“四遙”調(diào)試，如圖4所示。待全站數(shù)據(jù)完全核對(duì)正確后，再修改另外一臺(tái)遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)。

圖4 “四遙”調(diào)試示意圖

CSC2000規(guī)約模擬軟件數(shù)據(jù)源取變電站運(yùn)行中的監(jiān)控后臺(tái)、保護(hù)管理機(jī)或原遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)，分別獲取全站遙信、遙測(cè)、遙控標(biāo)簽和保護(hù)裝置信息模板，作為正確的數(shù)據(jù)源依據(jù)。如圖2，CSC2000變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)是基于A/B網(wǎng)為組網(wǎng)的數(shù)據(jù)交換，A/B網(wǎng)采用CSC2000規(guī)約進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。CSC2000規(guī)約模擬軟件的實(shí)質(zhì)功能就是模擬變電站的測(cè)控裝置和保護(hù)管理機(jī)進(jìn)行遙測(cè)、遙信、保護(hù)事件和告警的數(shù)據(jù)上送，以及模擬測(cè)控裝置接收監(jiān)控后臺(tái)或調(diào)度端SCADA主站下發(fā)的遙控命令。所以，除了圖1的調(diào)試模式外，帶有CSC2000規(guī)約模擬軟件的調(diào)試筆記本電腦也可以直接接入A網(wǎng)或B網(wǎng)，同監(jiān)控后臺(tái)或者調(diào)度端 SCADA主站進(jìn)行“四遙”調(diào)試。但是由于現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)控裝置也接入A/B網(wǎng)運(yùn)行，CSC2000規(guī)約模擬軟件所發(fā)出的模擬數(shù)據(jù)會(huì)瞬間被現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)控裝置刷新，需要將測(cè)控裝置網(wǎng)線臨時(shí)拔掉，對(duì)于單網(wǎng)絡(luò)單遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)的變電站，建議采用該方法進(jìn)行調(diào)控一體化“四遙”調(diào)試。

3.1 遙信、遙測(cè)、保護(hù)事件和告警調(diào)試

對(duì)于遙信、遙測(cè)調(diào)試，可分別調(diào)用CSC2000規(guī)約模擬軟件的“遙信校對(duì)”和“遙測(cè)校對(duì)”模塊，導(dǎo)入遙信或遙測(cè)的文本文件，點(diǎn)擊所要校對(duì)的條目，軟件就可以上送CSC2000報(bào)文，與調(diào)度端SCADA主站直接校對(duì)，方法直觀簡(jiǎn)單，就不深入介紹。

由于保護(hù)裝置事件和告警信息占全站自動(dòng)化信息一半以上，對(duì)保護(hù)事件和告警進(jìn)行組包發(fā)送會(huì)大大減少全站遙信的信息量。這種組包方法就是對(duì)通過遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)IEC101/IEC104規(guī)約進(jìn)行ASDU部分?jǐn)U展[2]，擴(kuò)展出符合 IEC103規(guī)約格式進(jìn)行上送保護(hù)事件和告警的專用 ASDU，即 ASDU的具體內(nèi)容按 IEC101/IEC104規(guī)約的規(guī)定組包，發(fā)送時(shí)套上IEC101/IEC104規(guī)約的信息頭。

調(diào)試前需要從保護(hù)管理機(jī)獲取保護(hù)裝置信息模板，編制成CSC2000規(guī)約模擬軟件所能識(shí)別的文件，如RCS923A.siyao。如圖5，調(diào)試時(shí)先打開導(dǎo)入該文件，配上內(nèi)網(wǎng)地址，就可以模擬該地址所對(duì)應(yīng)的間隔保護(hù)裝置上送保護(hù)事件和告警信息，該信息也可以帶上SOE同時(shí)進(jìn)行核對(duì)調(diào)試。

圖5 保護(hù)事件和告警調(diào)試

3.2 遙控調(diào)試

用CSC2000規(guī)約模擬軟件模擬測(cè)控裝置接收遙控令，通過校驗(yàn)遙控信息是否正確來達(dá)到遙控調(diào)試的目的。由于遙控信息是采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式，需要將筆記本電腦 IP改成測(cè)控裝置的 IP，CSC2000規(guī)約模擬軟件通過導(dǎo)入遙控文本文件，點(diǎn)擊所要核對(duì)的條目，筆記本電腦IP自動(dòng)被改為所要核對(duì)的測(cè)控裝置IP，同時(shí)遙控校驗(yàn)信息也轉(zhuǎn)到該條目。遙控分遙控反校確認(rèn)和遙控執(zhí)行確認(rèn)兩個(gè)步驟進(jìn)行校核，當(dāng)調(diào)度端 SCADA主站下發(fā)遙控選擇命令時(shí)，CSC2000規(guī)約模擬軟件就會(huì)接收到命令，彈出如圖6的對(duì)話框，核對(duì)信息正確后可以點(diǎn)擊“遙控反校正確上送”的確認(rèn)鍵，調(diào)度端 SCADA主站接收到反校正確信息后，進(jìn)一步下發(fā)遙控執(zhí)行命令，CSC2000規(guī)約模擬軟件同樣會(huì)彈出遙控執(zhí)行對(duì)話框，點(diǎn)擊正確確認(rèn)后，SCADA主站就會(huì)收到該信息后等待控制對(duì)象的變位，如果這時(shí)采用CSC2000規(guī)約模擬軟件的遙信校對(duì)模塊來模擬該控制對(duì)象的變位，SCADA主站就會(huì)完成遙控成功的全部過程。如果遙控對(duì)象不對(duì)應(yīng)或者返校出錯(cuò)等等都會(huì)導(dǎo)致遙控的失敗，利用該校對(duì)方法來完成遙控調(diào)試。

圖6 遙控調(diào)試

CSC2000規(guī)約模擬軟件除了具備上述幾個(gè)功能，還具備SOE功能、GPS對(duì)時(shí)功能、測(cè)控裝置復(fù)歸等功能。

4 結(jié)論

遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)無縫切換后，調(diào)度端不需要進(jìn)行任何改動(dòng)，只需要“四遙”數(shù)據(jù)校核就可以，避免了之前每核對(duì)一個(gè)間隔就要修改、同步數(shù)據(jù)并校核的現(xiàn)象。根據(jù)某500kV變電站現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，基本上一個(gè)間隔改造的“四遙”數(shù)據(jù)校核時(shí)間基本上在半小時(shí)就可完成，而之前經(jīng)常是半天都無法完成，效果極為明顯。遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)無縫切換的成功試驗(yàn)，不僅大大提高工作效率，而且避免調(diào)度端修改并同步數(shù)據(jù)時(shí)對(duì)SCADA主站造成影響，具有一定的推廣意義。同時(shí)CSC2000規(guī)約模擬軟件具有高效、便捷的特點(diǎn)，可應(yīng)用于遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)無縫切換調(diào)試中。

[1]CSC2000變電站自動(dòng)化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信規(guī)約.北京四方繼保自動(dòng)化股份有限公司,2003:1-8.

[2]李明生,唐建中. IEC60870_5_101_104保護(hù)擴(kuò)展及應(yīng)用[J].四川電力技術(shù),2010(8):19-20.