換流站控制保護系統(tǒng)故障輔助診斷系統(tǒng)的研制

郝為

摘 要：為了能夠更好的實時跟蹤定位換流站主機事件和服務器的故障。文章將開發(fā)一套直流換流站控制保護系統(tǒng)的故障輔助診斷系統(tǒng)。采用Netdde技術，利用已有的軟件接口實時監(jiān)視主機可疑狀態(tài)量，并繪制狀態(tài)量的變化趨勢曲線，通過異常狀態(tài)量定位主機故障；對于服務器故障診斷，創(chuàng)建服務器的警告和錯誤事件的存儲過程，通過實時調(diào)用存儲過程獲取服務器的故障信息。利用該系統(tǒng)，能夠快速幫助用戶對各類直流控制保護系統(tǒng)故障進行監(jiān)視，跟蹤及定位，它對原有診斷工具進行了整合，補充和完善同時又不影響原有系統(tǒng)的正常運行。

關鍵詞：換流站；診斷系統(tǒng)；實時跟蹤；NeTDDE；軟件接口

引言

隨著直流輸電系統(tǒng)技術的逐漸成熟，國內(nèi)直流工程大量投運，其中以ABB和南瑞公司為主的MACH2直流控制保護系統(tǒng)，在國內(nèi)廣泛應用。其異常診斷主要依賴于原有SCADA系統(tǒng)中工程師工作站自帶的一系列異常診斷軟件，主要包括異常報文顯示工具Intouch，異常狀態(tài)監(jiān)視工具Hidraw，直流控制保護系統(tǒng)自定義錄波工具Inspect和波形查看工具Reval等[1-2]。

湖北省境內(nèi)多數(shù)換流站運行時間較長，這些由國外廠家提供的控制保護異常診斷工具一直沒有更新，其設計存在不足，如存在無法診斷服務器異常，控制保護系統(tǒng)狀態(tài)量監(jiān)視功能不完善，舊有診斷工具功能分散等問題。導致2010年江陵換流站出現(xiàn)長達10個月的雙極控制保護主機頻繁死機異常，利用上述診斷工具無論是現(xiàn)場檢修人員還是生產(chǎn)廠家均無法對異常進行準確定位，嚴重危及直流系統(tǒng)正常運行[3]。

1 系統(tǒng)功能設計

本軟件系統(tǒng)將利用直流控制保護系統(tǒng)已有的軟件接口，對系統(tǒng)的一些狀態(tài)量和開關狀態(tài)進行連續(xù)地監(jiān)視、分析以及對服務器的報警事件進行監(jiān)視，幫助運行和檢修人員對各類故障進行跟蹤及定位。

包括以下主要功能：（1）對控制保護主機軟件系統(tǒng)中全部狀態(tài)量的實時監(jiān)視和連續(xù)記錄功能；（2）對服務器數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)故障信息的實時監(jiān)視及連續(xù)記錄功能；（3）任一狀態(tài)量越限檢測、告警功能；（4）服務器數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)可視化瀏覽，檢索及修改功能。

直流換流站輔助診斷系統(tǒng)可分為主機故障診斷部分和服務器故障診斷部分，根據(jù)功能要求系統(tǒng)分為四個部分。分別是：查詢量監(jiān)視模塊、歷史數(shù)據(jù)回放模塊、服務器事件探測器模塊，數(shù)據(jù)庫訪問模塊。四個子功能模塊分別完成其對應的軟件功能，并通過診斷系統(tǒng)統(tǒng)一的可視化界面進行操作。

其系統(tǒng)結構如圖1所示。

整個診斷系統(tǒng)采用自上而下的分層式模塊化開發(fā)流程，整個系統(tǒng)共分為三層，分別是用戶界面層，邏輯功能層，數(shù)據(jù)獲取層。用戶界面為用戶提供友好的診斷系統(tǒng)界面，同時通過用戶界面調(diào)用邏輯功能層的子功能模塊，完成相應的故障診斷功能。

2 Netdde技術

數(shù)據(jù)獲取層為邏輯功能層提供需要的數(shù)據(jù)，按照數(shù)據(jù)來源的不同可分為，控制保護系統(tǒng)狀態(tài)量獲取模塊，數(shù)據(jù)庫故障信息獲取模塊以及數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)獲取模塊。數(shù)據(jù)獲取模塊是本系統(tǒng)功能正常實現(xiàn)的基礎。

控制保護主機接入站內(nèi)局域網(wǎng)，并通過Netdde協(xié)議向SCADA發(fā)送數(shù)據(jù)及獲取命令，如何利用Netdde接口從主機收集數(shù)據(jù)是本功能的關鍵，其基本的數(shù)據(jù)獲取過程如圖2所示。

圖2 NetDDE動態(tài)數(shù)據(jù)交換

在圖2中，主機將數(shù)據(jù)通過Netdde協(xié)議轉換成能夠在以太網(wǎng)上傳播的數(shù)據(jù)包，診斷系統(tǒng)通過Netdde協(xié)議對數(shù)據(jù)包進行解析，最終轉換為數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)了診斷系統(tǒng)至主機的數(shù)據(jù)獲取流程。其關鍵技術難點在于診斷系統(tǒng)對Netdde數(shù)據(jù)包的解析[4]。

3 功能實現(xiàn)

3.1 運行狀態(tài)監(jiān)視模塊

目前，站內(nèi)開關量的獲取主要是根據(jù)Intouch報文來獲得，而Intouch報文只能獲取某模塊出現(xiàn)問題，它并不能反映到某個具體元件出了故障，因此需要對該模塊的部分開關量進行監(jiān)視。開關元件的老化，機械抖動等原因，會導致開關元件瞬時誤動作（斷開或是閉合），對于故障狀態(tài)監(jiān)視工具Hidraw很難撲捉到開關的瞬時故障[5]。

本模塊主要是為了解決監(jiān)控系統(tǒng)收到高層級（如屏柜）的報警信號后，如何定位異常至較低層級（如板卡），也方便運行人員對可疑狀態(tài)量進行長時連續(xù)監(jiān)測，同時提供越線報警功能，減少運行人員的工作量，免除運行人員長時間對故障狀態(tài)監(jiān)視工具Hidraw進行實時監(jiān)視。

為了方便運行人員和檢修人員方便快速定位故障，此模塊功能結構圖如圖3所示。

圖3 運行量查詢功能圖

監(jiān)視量主要包括模擬狀態(tài)量和數(shù)字開關量。主要依據(jù)運行人員對主機狀態(tài)量是否有異常或Intouch發(fā)出來的報警，來啟動該系統(tǒng)對可疑狀態(tài)量進行監(jiān)視。

監(jiān)視內(nèi)容分為狀態(tài)量和開關量，對于狀態(tài)量，系統(tǒng)每毫秒采集、保存一次數(shù)據(jù)，并繪制實時變化曲線。數(shù)據(jù)保存是為設備故障終端提供依據(jù)，也方便歷史數(shù)據(jù)回放。繪制實時曲線可以方便地觀察狀態(tài)量的變化趨勢，同時也有利于分析故障，趨勢曲線支持暫停繼續(xù)，放大縮小以及鼠標能撲捉到曲線上點的值大小。通過控制timer控件enabled的屬性來控制繪圖數(shù)據(jù)的獲取，從而實現(xiàn)暫停繼續(xù)功能；利用WindowsAPI中的PeekMessage函數(shù)來獲取鼠標滾輪滾動的消息，定義結構體lpMsg參數(shù)中的wParam參數(shù)，用來表示鼠標滾輪是向上還是向下，wparam>0表示向上動作消息，反之則向下動作消息，通過設置最大和最小消息范圍參數(shù)wMsgFilterMin、wMsgFilterMax的值為 &H20A，表示要檢索的是鼠標滾動消息，然后通過繪圖控件picture的Scale參數(shù)改變繪圖坐標系統(tǒng)的大小，從而實現(xiàn)放大縮小的功能。最后利用picture控件Mouse_Move事件來捕捉曲線上的點，然后根據(jù)捕捉點的時間來獲取對應狀態(tài)量的值。對于開關量；只輸出0和1兩種狀態(tài)。同樣每1ms采集保存一次開關量狀態(tài)，不繪制開關量變化曲線。

查詢量越線檢測需要設置狀態(tài)量的閾值，超過閾值給予報警，同時保存故障數(shù)據(jù)。越線量采用紅色標記，給工作人員提示；采用Access文件來保存數(shù)據(jù)，兩個Access文件，分別用來保存全部數(shù)據(jù)和異常數(shù)據(jù)。

3.2 服務器事件探測模塊

本模塊主要是用于監(jiān)視控制保護系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫服務器，定位主機數(shù)據(jù)連接、通信和存儲至服務器過程中的異常或故障，避免主機或服務器長時間的不反應或卡死。通過對數(shù)據(jù)庫服務器警告和錯誤事件的跟蹤，還可以跟蹤服務器的操作用戶和異常操作事件。由于有些換流站自身的原因，產(chǎn)生了許多警告事件，為了更好的定位故障，可對警告和錯誤事件按時間或按用戶名進行篩選，最后還提供事件導出功能，將篩選事件保存在Microsoft Word文件中，方便工作人員作分析報告。為了方便工作人員方便快速定位服務器故障，此模塊功能結構圖如圖4所示。

圖4 數(shù)據(jù)庫實時故障檢測功能結構

通過SQL語句建立事件探測器模塊，采用ADO技術連接所需要監(jiān)視的數(shù)據(jù)庫，然后通過sp_trace_create語句創(chuàng)建跟蹤定義；接著使用sp_trace_generateevent創(chuàng)建跟蹤警告和錯誤事件，主要包括Attention（用于收集所有提示事件，如客戶中斷請求或連接中斷等）、Exception （SQL Server產(chǎn)生的異常錯誤事件）、Excecution Warnings（執(zhí)行SQL語句或存儲過程時出的警告）；然后使用 sp_trace_setevent添加跟蹤的事件列，主要有TextData（跟蹤事件的相關信息）、NTDomainName（用戶所屬的Windows NT域）、ClientHostName（發(fā)起請求的客戶計算機名稱）、ApplicationName（客戶端連接SQLServer的應用程序名）、StartTime（啟動事件的時間）、Seventy（異常錯誤的嚴重級別）；接著通過sp_trace_setfilter語句設置對應事件數(shù)據(jù)列的條件進行篩選；設置完成后通過sp_trace_setstatus開啟或暫停跟蹤，最后利用 fn_trace_gettable獲得以表格格式返回跟蹤警告和錯誤事件數(shù)據(jù)列的信息，為了方便分析故障和做分析報告，將使用Microsoft Word文件保存警告和錯誤事件的數(shù)據(jù)列，即記錄警告和錯誤事件信息，文件名將以當前時間命名[6]。

3.3 數(shù)據(jù)庫訪問模塊

數(shù)據(jù)庫訪問主要是用于對SQL Server數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的查詢以及刪除功能。當直流換流站控制保護系統(tǒng)返回異?；蚬收闲畔r，在分析故障時需要查詢當日事件表Event和所有事件表Point；每個換流站在配置直流控制保存系統(tǒng)時，由于自身的原因產(chǎn)生了一些警告事件，它并不影響直流換流站的正常運行，因此需要提供一個刪除的功能，數(shù)據(jù)庫訪問模塊的功能結構圖如圖5所示。

圖5 數(shù)據(jù)庫訪問功能結構圖

數(shù)據(jù)庫存在于局域網(wǎng)內(nèi)，為了方便快捷運行人員訪問數(shù)據(jù)庫，將數(shù)據(jù)庫配置成ODBC（Open Database Connectivity）數(shù)據(jù)源，ODBC是微軟公司提出的標準數(shù)據(jù)庫訪問接口，它與SQL Server服務器具有良好的兼容性；采用ADO（ActiveX Data Object）接口對象法訪問配置好的ODBC數(shù)據(jù)源，ADO對象具有更多的屬性和方法，其中可以通過設置ADO的PageSize（頁大小）、PageCount（頁數(shù)目）以及AbsolutePage（絕對頁）屬性來實現(xiàn)分頁顯示，同時它也提供靈活的多條件查詢[7]。

4 結束語

利用Netdde技術，本系統(tǒng)向接入站內(nèi)局域網(wǎng)的控制保護主機的SCADA發(fā)送數(shù)據(jù)及獲取命令，并通過NetDDE協(xié)議監(jiān)視不同廠家控制保護系統(tǒng)的可疑狀態(tài)量和開關量，從而快速、精確定位異常層級及設備或板卡。由于數(shù)據(jù)庫服務器與控制保護主機系統(tǒng)的高度耦合，本系統(tǒng)還研制了專用的SQL事件跟蹤模塊，以監(jiān)測數(shù)據(jù)連接、通信以及存儲過程中的異?；虍惓?，避免主機或服務器長時間沒反應或卡死等異常；同時監(jiān)測服務器的操作用戶和異常操作事件，以盡快地定位異常，有效地減少了換流站的異常排查時間。

參考文獻

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