遠(yuǎn)動程序化操作若干問題的分析

湯震宇，梁 雯，代小翔，尤小明

(1.南京南瑞繼保電氣有限公司，江蘇南京，211102；2.江蘇海能電力設(shè)計咨詢有限責(zé)任公司，江蘇南京210028)

程序化操作（也叫順控、順序控制）已經(jīng)是智能變電站的基本需求，是智能電網(wǎng)大運行體系的重要技術(shù)支撐，可以實現(xiàn)變電站無人值班操作，起到提高操作正確性、簡化管理流程的作用[1]。程序化操作的關(guān)鍵技術(shù)包括設(shè)備態(tài)的定義和傳輸、操作票號的命名和上下貫通、操作票的定義和傳輸、操作票的執(zhí)行和過程信息交互、操作的防誤閉鎖、組合票和二次票、操作預(yù)演。文中以遠(yuǎn)動裝置作為程序化操作服務(wù)器就上述各技術(shù)點的設(shè)計實現(xiàn)展開論述。

1 程序化操作的過程設(shè)計

1.1 設(shè)備態(tài)的定義和傳輸

間隔設(shè)備態(tài)用雙字節(jié)整型數(shù)來表示，采用其bit0～15共16位來表示該間隔的16個基本設(shè)備態(tài)，間隔運行的真實態(tài)值就用這16個基本設(shè)備態(tài)來組合。該定義模式可以表達(dá)間隔同時處于2個設(shè)備態(tài)的情況，例如線路在兩段母線間進(jìn)行熱倒操作過程中同時處于正母運行態(tài)和副母運行態(tài)。設(shè)計中可以考慮采用0表示間隔的不確定態(tài)（通過運算無法得出符合規(guī)范的設(shè)備態(tài)值），并有單獨的品質(zhì)描述。

間隔設(shè)備態(tài)應(yīng)該在電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)范圍內(nèi)統(tǒng)一編排定義，統(tǒng)一命名，不需要工程現(xiàn)場去編排設(shè)計，主子站均只需要將規(guī)范中指定的設(shè)備態(tài)值拿過來用即可。

設(shè)備態(tài)值的遠(yuǎn)動通信采用遙測傳輸，傳輸過程完全遵循IEC101和IEC104標(biāo)準(zhǔn)規(guī)則，可以支持變化遙測主動上送、站召喚應(yīng)答上送、循環(huán)主動上送等方式，遙測類型可以支持整型、短浮點，遙測的品質(zhì)定義和普通遙測一致。設(shè)備態(tài)遙測的變化門檻值應(yīng)該小于等于1。

1.2 操作票的定義和傳輸

操作票存放在變電站遠(yuǎn)動機(jī)上，操作票號的命名應(yīng)該包括操作對象編號、源態(tài)、目標(biāo)態(tài)信息，操作對象編號包含廠站編號和間隔編號。操作票號格式為廠站編號_間隔編號_源態(tài)_目標(biāo)態(tài)。操作票號的命名規(guī)則應(yīng)該在電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)范圍內(nèi)統(tǒng)一。

操作票號是程序化操作整個過程的唯一依據(jù)。操作票號在程序化操作過程中上下貫通傳遞，不另外做映射關(guān)系或者配置文件來維護(hù)操作票號和操作本身的關(guān)系。

操作票號的上下貫通原則舉例如下，例如采用“廠站A_間隔1_源態(tài)_目標(biāo)態(tài)”作為廠站A間隔1的某張操作票的票號，則：（1）主站在HMI上操作的時候就形成“廠站A_間隔1_源態(tài)_目標(biāo)態(tài)”字段作為操作票號；（2）主子站通信報文采用該票號字符串作為報文的識別字段；（3）廠站端程序化操作服務(wù)器使用該票號作為操作識別依據(jù)；（4）操作票文件的編輯存儲使用該票號作為命名依據(jù)。操作票文件的命名在主站、子站是完全一樣的。操作票號上下貫通于程序化操作的整個過程，不需要另外人工配置和維護(hù)映射關(guān)系。

廠站內(nèi)的操作票格式和具體的站內(nèi)通信協(xié)議和操作對象有關(guān)，不同的廠站不同廠家的監(jiān)控系統(tǒng)可以有不同的實現(xiàn)辦法，從調(diào)度的角度也沒必要對站內(nèi)封閉的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的操作命令進(jìn)行強(qiáng)制性規(guī)定。

主子站之間傳輸?shù)牟僮髌睉?yīng)該明確其格式，目前可以考慮的操作票格式有XML和TXT文本兩種，XML是國際通用的標(biāo)記語言，但是當(dāng)前的工程實例中均使用TXT格式，顯示直觀簡單。操作票的格式舉例如下。

XX線路從副母熱備用到副母冷備用的操作票實例：

上傳時間：2012年03月12日09時54分43秒

操作票任務(wù)名稱：從副母熱備用到冷備用

操作步驟數(shù)：2

步驟001：拉開虎陸25263線路刀閘

步驟002：拉開虎陸25262副母刀閘

操作票傳輸采用IEC104擴(kuò)展報文ASDU116的文件傳輸附加數(shù)據(jù)包實現(xiàn)[2]，IEC104擴(kuò)展ASDU116的結(jié)構(gòu)如圖1所示。擴(kuò)展報文不僅僅為操作票文件傳輸設(shè)計，而是作為程序化操作、文件傳輸、IEC103通用分類服務(wù)的統(tǒng)一入口。

圖1 IEC104擴(kuò)展ASDU116的結(jié)構(gòu)

操作票文件傳輸過程如圖2所示。

圖2 文件傳輸過程

1.3 操作票的執(zhí)行和過程交互

操作票的執(zhí)行和過程信息交互采用IEC104擴(kuò)展ASDU116中的程序化操作附加數(shù)據(jù)包來實現(xiàn)。該報文可以完整實現(xiàn)程序化操作的啟動、急停、繼續(xù)、撤銷、確認(rèn)等交互操作，可以傳輸操作肯定確認(rèn)、操作否定確認(rèn)、單步操作成功、單步操作失敗、信息提示、失敗原因、操作結(jié)束等過程信息。隨著高級應(yīng)用的發(fā)展和無人值班模式的推廣，過程信息的交互會變得越來越重要，調(diào)度端運行監(jiān)視和操作管理需要知道操作過程的完整信息，擴(kuò)展的ASDU116提供了過程交互的豐富空間，對將來可能需要的過程信息也可以靈活補(bǔ)充而不需要對IEC104標(biāo)準(zhǔn)做很多特殊定義。

操作終端如測控裝置等判斷出來的操作失敗的原因如聯(lián)閉鎖判斷未通過、操作回路失電等信息可以傳輸?shù)匠绦蚧僮鞣?wù)器，這些信息上送到調(diào)度端將對運行監(jiān)控有極大幫助。

控制方向的程序化操作命令如表2所示。其中，操作限定詞可以表達(dá)操作啟動、預(yù)演啟動、操作急停、操作繼續(xù)、操作撤銷、肯定確認(rèn)、否定確認(rèn)等信息。

表2 控制方向的程序化操作命令

監(jiān)視方向的過程信息報文如表3所示。其中，過程信息限定詞可以表達(dá)操作結(jié)束、肯定確認(rèn)、否定確認(rèn)、操作成功、操作失敗等信息。操作過程主子站交互如圖3所示。

圖3 程序化操作過程

表3 監(jiān)視方向的過程信息報文

1.4 操作的防誤閉鎖

建議采用的程序化操作防誤閉鎖策略為站控層五防結(jié)合間隔層的聯(lián)閉鎖。遠(yuǎn)動機(jī)的程序化操作服務(wù)器可以增加“五防校驗投退”的控制字，用于設(shè)置是否需要經(jīng)過站控層五防。站控層五防可以在遠(yuǎn)動中實現(xiàn)，也可以在站內(nèi)其他中心實現(xiàn)，通過站控層通信總線進(jìn)行五防校驗。操作防誤閉鎖如圖4所示。

圖4 程序化操作防誤閉鎖示意圖

1.5 組合票和二次票

組合票的組合工作建議由主站實現(xiàn)。主子站之間的交互過程是基于典型票，這樣交互過程形式簡單、意義明確，可以實現(xiàn)過程的標(biāo)準(zhǔn)化。組合票的操作在通信過程上表現(xiàn)為典型票的簡單組合。

二次票是單獨的一種特殊操作票，僅包含保護(hù)等的二次操作內(nèi)容，如定值區(qū)切換、定值修改、軟壓板投退等。二次票主要是在運行方式改變時可能用到。一次票中也有可能包含有二次操作內(nèi)容，但是一次票是和設(shè)備態(tài)的變化關(guān)聯(lián)的，而二次票的操作前后不會導(dǎo)致設(shè)備態(tài)的變化。因此二次票的票號無法用正常的源態(tài)目標(biāo)態(tài)來表示，必須在系統(tǒng)內(nèi)指定另外的編號來識別，并且在源態(tài)目標(biāo)態(tài)中有相應(yīng)的標(biāo)志可以識別出是一次票還是二次票。

二次票的操作內(nèi)容目前主要涉及定值和定值區(qū)號的修改，該操作應(yīng)該在主站采用人工核對人工確認(rèn)的辦法實現(xiàn)。在目前的階段，不管是從通信的角度還是從管理的角度，完全自動實現(xiàn)定值和定值區(qū)號的校驗是不現(xiàn)實的。定值、定值區(qū)等保護(hù)數(shù)據(jù)的傳輸和修改可以通過擴(kuò)展定義的ASDU116的IEC103通用分類附加數(shù)據(jù)包實現(xiàn)[3，4]。

1.6 操作票的預(yù)演

操作票的預(yù)演主要實現(xiàn)2個目標(biāo)：驗證操作票的正確性和驗證操作票執(zhí)行的條件是否具備。典型票的正確性已經(jīng)在調(diào)試驗收時得到驗證，在運行時典型票的預(yù)演意義不大。組合票的預(yù)演也只能在站控層程序化操作服務(wù)器上模擬實現(xiàn)，不能預(yù)演到間隔層測控裝置，在一定程度上預(yù)演意義不是很大，所以一般調(diào)度程序化操作不做預(yù)演要求。

操作票的預(yù)演是通過模擬數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)的，就是在程序化操作服務(wù)器建立模擬庫，根據(jù)操作票的逐步操作模擬產(chǎn)生的數(shù)據(jù)效果，并同時計算相應(yīng)的設(shè)備態(tài)，將設(shè)備態(tài)值上送主站，模擬操作的整個過程。

2 工程應(yīng)用

程序化操作已經(jīng)在國網(wǎng)和南網(wǎng)的若干個站開展了試點，但一般是作為技改試點，目前還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。在試點工程中有以下幾個主要的問題值得注意：（1）操作票號的命名和使用往往需要借助于多重映射，如采用純粹數(shù)字編號的組合來表示操作對象和源態(tài)目標(biāo)態(tài)，主子站均需要創(chuàng)建和維護(hù)該編號和實際對象之間的映射，這造成一定的工作量和運行風(fēng)險。（2）操作過程信息不能完整上送，或者主站不能正確接受和顯示。操作過程信息交互其實是非常重要的。（3）防誤閉鎖考慮得不夠。對調(diào)度程序化操作沒有從系統(tǒng)的角度去對調(diào)度的操作進(jìn)行防誤閉鎖的整體設(shè)計。（4）程序化操作的技改項目多但是實際運行中使用的較少，往往僅僅止于項目的驗收。

3 結(jié)束語

程序化操作將是智能電網(wǎng)運行體系的重要特征，文中闡述的方案能夠有助于解決目前存在的問題，如果能在電網(wǎng)運行單位形成規(guī)范，并在工程中切實關(guān)注并投入實用，不斷積累經(jīng)驗和改進(jìn)過程，對提高運行水平，建設(shè)高效的監(jiān)控系統(tǒng)有著舉足輕重的作用。

[1]王文龍，胡邵謙，湯震宇，等.程序化操作在變電站中實現(xiàn)的幾個關(guān)鍵問題[J].電力系統(tǒng)自動化，2008，32（22）：66-68.

[2]DL/T634.5104－2002，遠(yuǎn)動設(shè)備及系統(tǒng)第5-104部分傳輸約采用標(biāo)準(zhǔn)傳輸協(xié)議子集的IEC60870-5-101網(wǎng)絡(luò)訪問[S].

[3]丁 泉，朱來強(qiáng)，胡道徐，等.變電站程序化操作及遠(yuǎn)動裝置執(zhí)行[J].電力自動化設(shè)備，2007，27(8)：119-121.

[4]DL/T667－1999，遠(yuǎn)動設(shè)備及系統(tǒng)第5部分傳輸規(guī)約第103篇繼電保護(hù)設(shè)備信息接口配套標(biāo)準(zhǔn)[S].