四川電網(wǎng)二次設(shè)備在線監(jiān)視與分析系統(tǒng)實(shí)用化淺析

陳 愚

(四川省電力公司，四川 成都 610041)

0引言

四川電網(wǎng)智能調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)(D5000平臺(tái))的功能模塊之一——二次設(shè)備在線監(jiān)視與分析系統(tǒng)從2011年4月正式啟動(dòng)建設(shè)。系統(tǒng)主站(簡(jiǎn)稱(chēng)主站)在省調(diào)端設(shè)置，在地調(diào)端設(shè)置分站，在廠站端設(shè)置子站(簡(jiǎn)稱(chēng)子站)。目前，省調(diào)主站、15個(gè)子站已投入運(yùn)行。該系統(tǒng)實(shí)時(shí)收集變電站運(yùn)行和故障信息，通過(guò)對(duì)變電站故障信息的綜合分析，為電網(wǎng)調(diào)度部門(mén)快速了解電網(wǎng)故障情況，分析和處理事故提供科學(xué)依據(jù)，確保電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

1 技術(shù)路線

在D5000總體設(shè)計(jì)及應(yīng)用功能規(guī)范的基礎(chǔ)上，按照“一體化、及時(shí)性、實(shí)用性”的技術(shù)路線進(jìn)行二次設(shè)備在線監(jiān)視與分析系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和實(shí)施。

1.1 一體化

充分共享D5000平臺(tái)提供的一次設(shè)備公用模型、數(shù)據(jù)及維護(hù)工具，建立一次、二次設(shè)備的關(guān)聯(lián)關(guān)系，充分發(fā)揮平臺(tái)高效、穩(wěn)定、功能強(qiáng)大的特點(diǎn)。

1.2 及時(shí)性

主站直接與子站通信，及時(shí)獲得二次設(shè)備信息，當(dāng)二次判斷出現(xiàn)電網(wǎng)故障時(shí)，即把故障概要先在實(shí)時(shí)告警顯示并及時(shí)發(fā)送到I區(qū)綜合智能告警模塊，然后隨著時(shí)間推移，把子站上送或召喚獲得的更多故障細(xì)節(jié)信息如錄波文件等不斷充實(shí)到故障報(bào)告中。

1.3 實(shí)用性

構(gòu)建實(shí)用、高效的二次設(shè)備監(jiān)視管理和分析工具，二次設(shè)備配置數(shù)據(jù)直接從子站召喚獲得，自動(dòng)建立二次設(shè)備模型;二次模型遵循IEC 61850規(guī)范［1］，同時(shí)充分兼容大量實(shí)際運(yùn)行中的非IEC 61850建模的保護(hù)設(shè)備;對(duì)保護(hù)檢修時(shí)大量上送而又沒(méi)有帶檢修標(biāo)識(shí)的保護(hù)動(dòng)作信息加以識(shí)別和特殊處理;提供波形分析等豐富的故障分析手段。

2 主站系統(tǒng)功能及結(jié)構(gòu)分析

主站系統(tǒng)總體分為前置通信、數(shù)據(jù)處理和控制服務(wù)、綜合操作界面、在線故障處理、歷史存儲(chǔ)和查詢(xún)、二次告警服務(wù)和二次應(yīng)用告警客戶(hù)端、與綜合智能告警應(yīng)用通信、波形分析工具、配置工具等主要功能模塊［2］，如圖1 所示。

圖1 二次設(shè)備在線監(jiān)視與分析系統(tǒng)模塊圖

前置通信、數(shù)據(jù)處理和控制服務(wù)、在線故障處理、二次告警服務(wù)、歷史存儲(chǔ)均部署在基礎(chǔ)平臺(tái)D5000服務(wù)器端，長(zhǎng)期不間斷運(yùn)行，其他模塊可在服務(wù)器端運(yùn)行，也可在工作站運(yùn)行，由用戶(hù)按需要啟動(dòng)或關(guān)閉。主站所有模塊均部署在安全I(xiàn)I區(qū)。

3 子站系統(tǒng)技術(shù)分析

3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

子站系統(tǒng)將變電站內(nèi)各微機(jī)保護(hù)裝置組網(wǎng)，保護(hù)子站包含通訊服務(wù)器、數(shù)據(jù)服務(wù)器、就地顯示管理工作站。微機(jī)保護(hù)由保護(hù)子站統(tǒng)一管理，保護(hù)信息經(jīng)保護(hù)子站處理后，發(fā)往省調(diào)主站或地調(diào)分站;保護(hù)通訊接口單元用于給站內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)送保護(hù)信息。子站保護(hù)組網(wǎng)應(yīng)滿(mǎn)足雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)，通過(guò)IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)接入保護(hù)子站系統(tǒng)。保護(hù)子站要求使用服務(wù)器，滿(mǎn)足雙網(wǎng)配置。整個(gè)子站系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)清晰，并預(yù)留監(jiān)控系統(tǒng)獲得數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)接口［3］。

3.2 子站系統(tǒng)硬件配置

子站主機(jī)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)處理能力應(yīng)滿(mǎn)足本變電所的遠(yuǎn)景要求，就地歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力≥7天。設(shè)備與子站通信，同小室內(nèi)采用以太網(wǎng)直接連接，跨小室設(shè)備的以太網(wǎng)口集中后經(jīng)光纜連接。嵌入式子站宜配置后臺(tái)計(jì)算機(jī)用于存儲(chǔ)歷史數(shù)據(jù)和就地顯示。子站應(yīng)具備與數(shù)據(jù)網(wǎng)設(shè)備的接口。子站具有接收GPS對(duì)時(shí)接口，能接收站內(nèi)GPS系統(tǒng)的IRIG－B或分、秒脈沖對(duì)時(shí)信號(hào)。子站應(yīng)根據(jù)保護(hù)的接口形式，配置相應(yīng)的通信接口，并預(yù)留遠(yuǎn)景設(shè)備接入接口。

3.3 子站功能分析

3.3.1 信息采集

子站對(duì)信息定義和描述必須滿(mǎn)足完整性和唯一性的要求，即每條信息所描述的事件必須能完全對(duì)應(yīng)于裝置在實(shí)際電網(wǎng)中與一次、二次設(shè)備的關(guān)聯(lián)性。信息子站應(yīng)能采集以下幾種信息:保護(hù)動(dòng)作信息、裝置自檢及告警信息、子站系統(tǒng)本身的異常、保護(hù)裝置與子站系統(tǒng)之間的通信異常信息、保護(hù)運(yùn)行信息，包括模擬量和開(kāi)關(guān)量狀態(tài)、保護(hù)的當(dāng)前定值區(qū)定值、保護(hù)的開(kāi)關(guān)量變位信息、保護(hù)裝置錄波信息。

3.3.2 信息存儲(chǔ)

子站本地管理工作站應(yīng)選用運(yùn)行穩(wěn)定的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，存儲(chǔ)能力至少應(yīng)滿(mǎn)足1年的運(yùn)行數(shù)據(jù)要求。所存儲(chǔ)的信息應(yīng)包含微機(jī)保護(hù)裝置的實(shí)時(shí)上送信息、設(shè)備當(dāng)前的設(shè)定值與狀態(tài)信息、子站系統(tǒng)自檢和子站系統(tǒng)管理信息。所存儲(chǔ)的信息應(yīng)分類(lèi)，能適應(yīng)主站根據(jù)事件、時(shí)間、設(shè)備名等進(jìn)行的調(diào)用。

3.3.3 信息分級(jí)上送及過(guò)濾

子站上送信息應(yīng)分為3級(jí)。第1級(jí):保護(hù)動(dòng)作事件信息和保護(hù)故障錄波簡(jiǎn)報(bào)實(shí)時(shí)上送主站;第2級(jí):對(duì)裝置自檢和告警信息，也要求實(shí)時(shí)上送，但上送優(yōu)先級(jí)低于第1級(jí);第3級(jí):對(duì)保護(hù)錄波文件、保護(hù)定值等根據(jù)主站需要隨時(shí)向子站召喚，子站隨之響應(yīng)并上送所需的信息。此外，子站系統(tǒng)應(yīng)具備對(duì)數(shù)據(jù)分析后再?zèng)Q定是否向主站傳送的能力，即將現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行中大量存在的啟動(dòng)信息過(guò)濾掉，能夠?qū)ΡＷo(hù)檢修狀態(tài)和運(yùn)行狀態(tài)下的信息進(jìn)行識(shí)別，分類(lèi)上送。

4 主站與子站通信技術(shù)分析

4.1 鏈路層

網(wǎng)絡(luò)方式下，鏈路層傳輸由底層網(wǎng)絡(luò)TCP/IP協(xié)議實(shí)現(xiàn)。主站與子站之間使用TCP協(xié)議交換信息，通信鏈路采用103/104標(biāo)準(zhǔn)。主站作為連接的客戶(hù)端，子站作為連接的服務(wù)器端，即端口監(jiān)聽(tīng)者;使用TCP連接的端口號(hào)應(yīng)是可配置的，一個(gè)子站僅使用一個(gè)端口號(hào)。

4.2 應(yīng)用層

應(yīng)用層是系統(tǒng)中主站與子站之間數(shù)據(jù)通信的核心，應(yīng)用層結(jié)構(gòu)采用APDU格式，如圖2所示。圖中APCI的定義與104標(biāo)準(zhǔn)相同，啟動(dòng)字符68 H定義了數(shù)據(jù)流的起始點(diǎn)，ASDU中各部分含義與103標(biāo)準(zhǔn)相應(yīng)章節(jié)對(duì)照一致，具體說(shuō)明請(qǐng)參見(jiàn)103標(biāo)準(zhǔn)。

圖2 APDU結(jié)構(gòu)示意圖

4.3 主站與子站信息規(guī)范

為了正確地傳遞和解釋信息，主站、子站對(duì)于裝置信息量的含義、格式等必須理解一致。由于103標(biāo)準(zhǔn)提供通用服務(wù)，信息可以自描述，因此可以通過(guò)通用服務(wù)傳遞信息配置表，只要子站作好配置后，主站直接調(diào)配置，以確保信息定義的一致性。系統(tǒng)主－子站通信信息可以分為狀態(tài)量、模擬量、數(shù)據(jù)文件和其他信息4大類(lèi)［4］。由于采用103標(biāo)準(zhǔn)，通信雙方協(xié)商和適應(yīng)的東西較多，主站與子站信息的傳送方式和格式需要明確、唯一的規(guī)定。

4.3.1 狀態(tài)量信息

狀態(tài)量主要有裝置動(dòng)作信息、裝置開(kāi)入量信息以及裝置(包括子站)內(nèi)部產(chǎn)生的異常告警信息等。狀態(tài)量信息可能是突發(fā)的、暫態(tài)性的，如動(dòng)作信號(hào);也可能是持續(xù)性的，如開(kāi)入量所對(duì)應(yīng)的觸點(diǎn)位置。從主站端來(lái)說(shuō)，對(duì)暫態(tài)性的狀態(tài)量一般只要求其在從OFF→ON變化時(shí)上送，而對(duì)于持續(xù)性狀態(tài)量，不但要求信號(hào)的兩種變化(從OFF→ON和ON→OFF)都要送，而且定時(shí)通過(guò)召喚來(lái)獲得其當(dāng)前狀態(tài)，因此，103標(biāo)準(zhǔn)要求子站對(duì)狀態(tài)量要加以區(qū)分。

4.3.2 模擬量信息

模擬量主要是裝置量測(cè)的電壓、電流、功率、頻率、故障點(diǎn)距離等信息。由于各種裝置所量測(cè)的信息不統(tǒng)一，因此模擬量信息全部應(yīng)采用通用服務(wù)上送。所有模擬量上送均以IEEE標(biāo)準(zhǔn)754短實(shí)數(shù)R32.23編碼的工程值，模擬量的量程、格式轉(zhuǎn)換等工作應(yīng)由子站完成。

4.3.3 故障錄波數(shù)據(jù)及文件傳輸

故障錄波數(shù)據(jù)由子站從保護(hù)裝置收集，格式化為符合COMTRADE 99版標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)文件并保存到子站歷史數(shù)據(jù)庫(kù)。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，主站通過(guò)召喚命令直接獲取所需的錄波文件。此外，主站也可以先通過(guò)召喚獲得故障錄波文件列表，再選擇召喚所需要的錄波文件。

4.3.4 其他信息

其他信息主要有定值、帶參數(shù)的保護(hù)動(dòng)作報(bào)告、操作過(guò)程及結(jié)果記錄、行波測(cè)距結(jié)果以及其他帶有狀態(tài)量、測(cè)量值、字符串等的信息。由于這些信息內(nèi)容復(fù)雜、格式不一、很難規(guī)范，采用通用服務(wù)來(lái)傳輸。

5 結(jié)語(yǔ)

二次設(shè)備在線監(jiān)視與分析系統(tǒng)遵循智能電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)和功能規(guī)范，發(fā)揮技術(shù)支撐平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)采用前置服務(wù)與子站通信、召喚子站配置及自動(dòng)建模、故障分析工具等技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)了基于智能調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)的二次設(shè)備在線監(jiān)視和分析功能。該系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行情況表明，主站系統(tǒng)的操作簡(jiǎn)單方便，主－子站通信及服務(wù)器工作狀態(tài)穩(wěn)定，該系統(tǒng)實(shí)用化程度得到大幅提高。

［1］IEC 61850，Communication Networks and Systems in Substations［S］.

［2］章堅(jiān)民，朱炳銼，趙舫，等.基于IEC 61850的變電站子站系統(tǒng)建模與實(shí)現(xiàn)［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2004，28(21):43－47.

［3］黃樹(shù)幫，葉留金，衰宇波，等.電網(wǎng)繼電保護(hù)及故障信息處理主站系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)踐［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2004，12(16):12 －15.

［4］高翔，張沛超，章堅(jiān)民.電網(wǎng)故障信息系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)［M］.北京:中國(guó)電力出版社，2006.

陳 愚(1980)，工程師，從事電網(wǎng)繼電保護(hù)運(yùn)行管理工作。