調(diào)控一體化遠(yuǎn)動(dòng)信息交互及應(yīng)用方案的探討

唐云輝，胡敦平，黃銀漢，龐小平，顧 寅

（國電南瑞科技股份有限公司，江蘇南京 210061）

1 引言

目前國內(nèi)變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳基本都采用直接轉(zhuǎn)發(fā)的形式，傳輸速度和傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量都受到了很大的限制，無法滿足調(diào)控一體化對(duì)遠(yuǎn)動(dòng)信息的需求。為滿足遠(yuǎn)動(dòng)信息對(duì)大運(yùn)行體系的全面支撐，勢必對(duì)遠(yuǎn)動(dòng)數(shù)據(jù)格式和遠(yuǎn)傳方式進(jìn)行優(yōu)化，即滿足優(yōu)化調(diào)控?cái)?shù)據(jù)、直傳告警信息和遠(yuǎn)程瀏覽全景的要求。但目前遠(yuǎn)動(dòng)信息存在告警信息內(nèi)容不規(guī)范、圖形文件格式不統(tǒng)一問題。

告警信息內(nèi)容不規(guī)范：目前變電站是由不同的電力設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)，加之各設(shè)備廠家自身產(chǎn)品性質(zhì)不同，導(dǎo)致各個(gè)變電站的站內(nèi)遙信信號(hào)命名差異很大。因此，在變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)調(diào)試期間與主站端核對(duì)信號(hào)時(shí)，相同原理的信號(hào)會(huì)出現(xiàn)不同的遙信定義。隨著變電站數(shù)量增多，各主站自動(dòng)化維護(hù)及調(diào)度人員承受的壓力越來越大，信息管理也越加困難。如果能有一個(gè)統(tǒng)一的告警規(guī)范，那么對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)的告警信息管理是非常有利的。

圖形文件格式不統(tǒng)一：當(dāng)前，各級(jí)調(diào)度系統(tǒng)中的圖形（如各廠站接線圖）是由開入、刀閘、變壓器等特定的電力設(shè)備圖元組成，這些設(shè)備圖元都是由監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備制造商制定的樣式，不同廠家的監(jiān)控系統(tǒng)采用各自不同的圖形格式，致使不同結(jié)構(gòu)系統(tǒng)間不能直接進(jìn)行圖形數(shù)據(jù)交互。如果主站要獲得其中一方產(chǎn)家的圖形信息，就要根據(jù)該產(chǎn)家發(fā)送的數(shù)據(jù)重新生成表示雙方數(shù)據(jù)的圖形信息。這樣不僅給主站造成重復(fù)性工作，而且可能因?yàn)椴粩嘀匦律啥鴣G失原圖形的某些信息，使得生成的圖形信息不完整，這給應(yīng)用和開發(fā)都帶來很大不便。如果不同電力監(jiān)控系統(tǒng)之間能夠進(jìn)行圖形信息的直接交互，則可以使接收方獲得更加直觀的信息，這也是隨著技術(shù)發(fā)展產(chǎn)生的必然需求。因此，如何實(shí)現(xiàn)圖形數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化，成為調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)急于解決的問題和科研人員新的研究熱點(diǎn)［1］。

針對(duì)以上情況，國調(diào)中心依據(jù)《大運(yùn)行體系技術(shù)支撐建設(shè)指導(dǎo)意見》的要求，按照“調(diào)控一體化”建設(shè)模式，將采用新建或升級(jí)方式，通過調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控信息的交互及應(yīng)用［2］。大量設(shè)備監(jiān)控信息的接入對(duì)調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)建設(shè)提出新要求，梳理業(yè)務(wù)需求、明晰變電站監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)接入方式成為當(dāng)務(wù)之急。因此，為了解決大量數(shù)據(jù)接入管理問題，在原有遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)信息優(yōu)化基礎(chǔ)上提出了告警直傳、遠(yuǎn)程圖形瀏覽功能。

2 技術(shù)要求

2.1 優(yōu)化調(diào)控?cái)?shù)據(jù)

2.1.1 電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)

主要用以滿足電網(wǎng)調(diào)度指揮與電網(wǎng)運(yùn)行分析需求為目的，在原調(diào)度采集的遠(yuǎn)動(dòng)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上完善及規(guī)范變電運(yùn)行監(jiān)視數(shù)據(jù)［3］。主站采集的數(shù)據(jù)應(yīng)符合智能電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)的信息模型要求。主要采集數(shù)據(jù)包括遙測數(shù)據(jù)和位置信號(hào)。

遙測數(shù)據(jù)：①線路有功、無功、單相電流，線路電壓；主變?nèi)齻?cè)有功、無功、單相電流；母聯(lián)（分段）有功、無功、三相電流；②串補(bǔ)電容、高壓電抗無功、電流；低壓電容、電抗無功、電流；③二分之三接線方式斷路器電流；母線電壓，頻率；電網(wǎng)三相電壓，330kV及以上電壓等級(jí)取線路電壓，220kV及以下電壓等級(jí)取母線電壓；有載調(diào)壓變壓器檔位、溫度；電抗器溫度；站內(nèi)交、直流電源電壓、電流。

開關(guān)、刀閘位置：斷路器合相位置；隔離開關(guān)合相位置；接地刀閘合相位置。

2.1.2 電網(wǎng)故障信號(hào)

電力調(diào)度值班員判斷電網(wǎng)故障及分析處理的依據(jù)，主要用來反映站內(nèi)繼電保護(hù)動(dòng)作的結(jié)果及進(jìn)行相應(yīng)故障分析。通過采集、監(jiān)視保護(hù)信號(hào)來判斷和分析現(xiàn)場故障［4］。采集形式包括：全站事故總信號(hào)（將各電氣間隔事故信號(hào)進(jìn)行組合，采用“觸發(fā)加自動(dòng)復(fù)歸”方式形成全站事故總信號(hào)）；間隔保護(hù)跳閘信號(hào)（多重保護(hù)配置的間隔按“重要單列，次要?dú)w并”的原則梳理保護(hù)信號(hào)）；開關(guān)機(jī)構(gòu)三相不一致跳閘，開關(guān)失靈保護(hù)動(dòng)作信號(hào)；重合閘信號(hào)。

2.1.3 設(shè)備監(jiān)控信號(hào)

圖書預(yù)約工作往往面臨許多現(xiàn)實(shí)的困難，比如：圖書預(yù)約失效率高以及讀者不理解等[8]。圖書館必須認(rèn)真地研究導(dǎo)致圖書預(yù)約失效率高的原因，積極地采取有針對(duì)性的解決方案。圖書館可定期調(diào)整預(yù)約制度，修改流通借閱權(quán)限，最大限度地提高預(yù)約書籍的到館率[9]。

設(shè)備監(jiān)控信號(hào)指調(diào)控中心監(jiān)控值班員所要進(jìn)行的遙控、遙調(diào)操作的設(shè)備對(duì)象及其運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)。通過采集設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)來分析判斷是否能進(jìn)行遙控操作，以及遙控操作后設(shè)備狀態(tài)反映。

遙控對(duì)象：斷路器分/合（含同期合）；主變分接頭升/降，急停，中性點(diǎn)地刀分/合；電容器、電抗器投/切；繼電保護(hù)重合閘軟壓板投/退；穩(wěn)控裝置軟壓板投/退。

設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)：按間隔反映一次變電設(shè)備和二次設(shè)備及回路異常告警及運(yùn)行狀態(tài)，并且反映站內(nèi)交、直流電源異常告警及運(yùn)行狀態(tài)。

2.2 直傳告警信息

告警直傳要求將變電站系統(tǒng)實(shí)時(shí)告警信息經(jīng)圖形網(wǎng)關(guān)機(jī)篩選、處理和優(yōu)化后打包，再經(jīng)過專用通道直接傳送到主站，經(jīng)監(jiān)控主機(jī)完成告警條文的標(biāo)準(zhǔn)化處理后分類顯示在相應(yīng)告警窗上，主站運(yùn)行人員可以通過告警窗第一時(shí)間監(jiān)視變電站一、二次設(shè)備故障及運(yùn)行狀態(tài)。告警信息由站端系統(tǒng)安裝標(biāo)準(zhǔn)處理后直接發(fā)送字符串編碼，主站端系統(tǒng)直接接收后推送告警窗，同時(shí)主站端系統(tǒng)實(shí)時(shí)保存歷史告警信息。

2.2.1 告警信息格式

直傳告警信息參考系統(tǒng)日志的格式，標(biāo)準(zhǔn)的告警條文按照“級(jí)別、時(shí)間、名稱、事件、原因”五段式進(jìn)行描述［5］，以此來方便監(jiān)控人員的告警查詢及故障分析。由于調(diào)度監(jiān)控多個(gè)子站，數(shù)據(jù)量大，需分級(jí)來監(jiān)視，以保證在實(shí)時(shí)監(jiān)視告警信息的同時(shí)，優(yōu)先關(guān)注重要信息。多事件合并的告警時(shí)標(biāo)，取啟動(dòng)綜合分析流程的觸發(fā)遙信SOE時(shí)標(biāo)。名稱描述要符合電網(wǎng)設(shè)備通用模型命名規(guī)范，同時(shí)按照告警類型的不同，規(guī)范動(dòng)作表述詞。此外，為了有助運(yùn)行人員判斷分析，要求附帶變電站端監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)故障分析后的原因判斷。

2.2.2 告警技術(shù)要求

主站端告警界面應(yīng)以滿足監(jiān)控業(yè)務(wù)的需求為要求，除將接收到的告警條文分類顯示在告警窗，還應(yīng)具備分類檢索、置牌屏蔽、按類組合、統(tǒng)計(jì)分析等功能。此外變電站端與主站端都應(yīng)在實(shí)時(shí)監(jiān)視的同時(shí)將告警信息及采樣按時(shí)間序列保存歷史記錄文件，用于歷史事件查閱、比對(duì)和分析。

2.3 遠(yuǎn)程瀏覽全景

要求提供遠(yuǎn)程瀏覽的手段實(shí)現(xiàn)變電站全景信息監(jiān)視。調(diào)度監(jiān)控值班員需要詳細(xì)檢查變電站運(yùn)行信息時(shí)，可以通過“KVM、遠(yuǎn)方終端、圖形網(wǎng)關(guān)”等方式直接瀏覽變電站內(nèi)完整的圖形和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)［6］。如主站端可以通過數(shù)字化的KVM切換器從變電站后臺(tái)監(jiān)控的接口中捕獲模擬信息來實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站系統(tǒng)運(yùn)行狀況、潮流走向、一次設(shè)備位置、光字信號(hào)等的直觀了解，也可以通過遠(yuǎn)程客戶端軟件，遠(yuǎn)程登錄變電站查看各項(xiàng)信息，或者部署遠(yuǎn)程圖形網(wǎng)關(guān)機(jī)來實(shí)現(xiàn)和站內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)圖形和數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)交換［7］。

3 方案設(shè)計(jì)

3.1 優(yōu)化調(diào)控?cái)?shù)據(jù)

該方案主要將一次信號(hào)及遙測量按線路、主變、母聯(lián)等間隔為分類分別制定一套統(tǒng)一、規(guī)范的格式模板；將保護(hù)告警信號(hào)安照保護(hù)設(shè)備類型分別制定信息需求模板。這樣根據(jù)一個(gè)變電站的規(guī)模，就能計(jì)算出該站需上傳多少遙信與遙測。

3.2 變電站告警直傳

該方案可通過兩種方式來實(shí)現(xiàn)：①變電站側(cè)利用原有的通信管理機(jī)，新增一條傳送告警的鏈路，通過DL476/104協(xié)議與主站通信；②變電站側(cè)結(jié)合現(xiàn)場的實(shí)際情況，增加一臺(tái)獨(dú)立的通信網(wǎng)關(guān)機(jī)，利用該設(shè)備通過DL476/104協(xié)議與主站通信，傳送告警信息。其中告警圖形網(wǎng)關(guān)機(jī)中的信號(hào)采集模塊通過網(wǎng)絡(luò)103協(xié)議或者IEC61850協(xié)議直接收取間隔層中的測控、保護(hù)裝置的數(shù)據(jù)，并且存入自己的SCADA系統(tǒng)。當(dāng)發(fā)生信號(hào)變化時(shí)，信號(hào)采集模塊采集變化數(shù)據(jù)發(fā)送給告警信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)模塊，該模塊負(fù)責(zé)把相應(yīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的字符串編碼，通過TCP與主站告警接收模塊建立鏈接，使用DL476協(xié)議把相應(yīng)字符串送給主站端。

其結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。

圖1 告警直傳方案

3.3 圖形遠(yuǎn)方瀏覽

該方案可在變電站端部署一臺(tái)圖形網(wǎng)關(guān)機(jī)，用來實(shí)現(xiàn)與調(diào)度端直接建立鏈接和安全認(rèn)證、獲取畫面文件及數(shù)據(jù)刷新的功能。圖形網(wǎng)關(guān)機(jī)中的信號(hào)采集模塊通過網(wǎng)絡(luò)103協(xié)議或者IEC61850協(xié)議直接收取間隔層中的測控、保護(hù)裝置的數(shù)據(jù)，并且存入自己的SCADA系統(tǒng)，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)模塊通過TCP與主站端建立鏈接。當(dāng)主站端利用DL476協(xié)議發(fā)送打開圖形請(qǐng)求后，圖形網(wǎng)關(guān)機(jī)系統(tǒng)上傳相應(yīng)的圖形G文件，同時(shí)上送相應(yīng)G文件中的開關(guān)、測量等數(shù)據(jù)。具體實(shí)現(xiàn)過程如下：①主站請(qǐng)求瀏覽變電站畫面，建立TCP/IP鏈接，建立DL476規(guī)約協(xié)議；②通過DL476規(guī)約ASCⅡ碼傳輸?shù)姆绞?，傳送符合《電力系統(tǒng)簡單服務(wù)接口規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)請(qǐng)求；③變電站解析該服務(wù)后，采用DL476規(guī)約文件塊傳輸?shù)姆绞?，向主站傳送G文件；④子站數(shù)據(jù)點(diǎn)分類編號(hào)傳送給主站，主站進(jìn)行確認(rèn)；⑤子站按列表次序傳送相應(yīng)的遙信、遙測，第一次傳送采用全遙信，全遙測上送的方式，之后變化上送；⑥主站調(diào)用新畫面后，重復(fù)第2步，如果關(guān)閉畫面，則發(fā)送停止該畫面數(shù)據(jù)刷新命令；⑦不同用戶端應(yīng)建立不同的鏈路，子站至少同時(shí)支持16個(gè)以上鏈路。

其結(jié)構(gòu)原理如圖2所示。

圖2 遠(yuǎn)方圖形瀏覽實(shí)現(xiàn)方案

3.4 硬件構(gòu)造

為實(shí)現(xiàn)告警直傳和圖形遠(yuǎn)程瀏覽功能，本圖形網(wǎng)關(guān)機(jī)系統(tǒng)建議使用機(jī)架式雙服務(wù)器（建議使用國產(chǎn)服務(wù)器）作為圖形網(wǎng)關(guān)服務(wù)器，從安全角度出發(fā)選用linux內(nèi)核操作系統(tǒng)。由于每臺(tái)服務(wù)器需要雙網(wǎng)接收間隔層數(shù)據(jù)，并且同時(shí)要與主站數(shù)據(jù)網(wǎng)通訊，因此每臺(tái)配置4個(gè)100M/1000M網(wǎng)口來滿足要求。同時(shí)配置一臺(tái)KVM以及雙機(jī)切換裝置，滿足后期維護(hù)的需求。圖形網(wǎng)關(guān)機(jī)系統(tǒng)與站端綜合自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)是并列運(yùn)行的關(guān)系，任何一套系統(tǒng)的故障不影響另外一套系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

4 工程具體實(shí)施

某220kV智能變電站是國調(diào)中心首批試點(diǎn)告警直傳以及圖形網(wǎng)關(guān)功能的變電站。根據(jù)以上設(shè)計(jì)方案，對(duì)于220kV智能變電站，增加兩臺(tái)圖形網(wǎng)關(guān)機(jī)（實(shí)現(xiàn)主備）以實(shí)現(xiàn)告警直傳和遠(yuǎn)程瀏覽功能，提供對(duì)調(diào)控一體化的技術(shù)支撐。由于該站已投入實(shí)際運(yùn)行，并且是無人值守站，如果采用改動(dòng)原有遠(yuǎn)動(dòng)通訊管理機(jī)的配置方案，勢必在新功能的調(diào)試過程中會(huì)造成實(shí)時(shí)遠(yuǎn)傳信息的中斷，不利于變電站的安全運(yùn)行監(jiān)視。對(duì)于220kV變電站告警直傳和遠(yuǎn)方圖形瀏覽的實(shí)現(xiàn)，考慮現(xiàn)有系統(tǒng)的最小改動(dòng)，方案采用單獨(dú)增加兩臺(tái)圖形網(wǎng)關(guān)機(jī)（兼告警直傳功能）來實(shí)現(xiàn)該功能。該圖形網(wǎng)關(guān)機(jī)安裝國產(chǎn)安全操作系統(tǒng)，與站控層主機(jī)通過獨(dú)立的網(wǎng)口互聯(lián)，站控層主機(jī)與圖形網(wǎng)關(guān)機(jī)之間數(shù)據(jù)只能單向發(fā)布，保證了實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的安全性。改造后圖形網(wǎng)關(guān)機(jī)與原系統(tǒng)的關(guān)系如圖3所示。

圖3 改造后站控層配置圖

按照該方案，具體工程實(shí)施包括以下工作。

（1）硬件搭建：增加一臺(tái)圖形網(wǎng)關(guān)機(jī)（本次選用聯(lián)想服務(wù)器，安裝相關(guān)系統(tǒng)軟件及l(fā)inux內(nèi)核操作系統(tǒng)），配置4個(gè)100M/1000M網(wǎng)口，同時(shí)配置一臺(tái)KVM以及雙機(jī)切換裝置。

（2）工程數(shù)據(jù)恢復(fù)及處理：圖形網(wǎng)關(guān)機(jī)中的數(shù)據(jù)直接從現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫中調(diào)取，同時(shí)按照國調(diào)調(diào)控?cái)?shù)據(jù)技術(shù)規(guī)范來修改告警名稱，圖形統(tǒng)一轉(zhuǎn)換成G格式。使用DL476協(xié)議把字符串編碼送給主站端。當(dāng)主站端發(fā)送打開圖形請(qǐng)求后，圖形網(wǎng)關(guān)機(jī)系統(tǒng)上傳相應(yīng)的圖形G文件，將G文件中的開關(guān)、測量等數(shù)據(jù)上送給主站。

（3）圖形網(wǎng)關(guān)機(jī)現(xiàn)場安裝完畢后與省調(diào)D5000系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)調(diào)，經(jīng)過調(diào)試驗(yàn)證了告警直傳和圖形網(wǎng)關(guān)功能。

5 結(jié)束語

鑒于目前綜自設(shè)備廠家數(shù)量多，產(chǎn)品多樣的狀況，以及各地方電力分公司的特點(diǎn)和要求不一，一個(gè)統(tǒng)一、完善的變電站調(diào)控一體化建設(shè)勢在必行。合理有效的統(tǒng)一規(guī)范不僅利于各調(diào)度主站對(duì)變電站的管理，也利于綜自設(shè)備廠家的調(diào)試和維護(hù)。通過220kV智能站的現(xiàn)場工程實(shí)施，實(shí)現(xiàn)了信號(hào)的告警直傳，可以更系統(tǒng)、全面、及時(shí)地將變電站端信息反饋給主站，減少了過多的鏈路環(huán)節(jié)和數(shù)據(jù)交換；同時(shí)還減少了調(diào)度主站制作數(shù)據(jù)庫及與變電站端核對(duì)信息花費(fèi)的時(shí)間。與此同時(shí)，調(diào)度主站在實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程瀏覽功能后，主站端不再需要提前做好畫面，實(shí)現(xiàn)了隨看隨開的功能要求，可以最快地實(shí)現(xiàn)主站與子站的響應(yīng)。該站告警直傳及圖形網(wǎng)關(guān)工程的實(shí)際實(shí)施為以后進(jìn)一步推廣變電站“調(diào)控一體化”和無人值班積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

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