特高壓變電站監(jiān)控系統(tǒng)測試技術(shù)應(yīng)用分析

彭志強，張琦兵，張小易，夏 杰，鄭明忠

(1．國網(wǎng)江蘇省電力公司電力科學(xué)研究院，江蘇南京211103；2.國網(wǎng)江蘇省電力公司，江蘇南京210024)

特高壓變電站監(jiān)控系統(tǒng)測試技術(shù)應(yīng)用分析

彭志強1，張琦兵2，張小易1，夏 杰1，鄭明忠1

(1．國網(wǎng)江蘇省電力公司電力科學(xué)研究院，江蘇南京211103；2.國網(wǎng)江蘇省電力公司，江蘇南京210024)

結(jié)合目前在建及已投運的交流特高壓變電站監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)特點，首先分析了特高壓變電站監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)，根據(jù)測試應(yīng)用需求提煉了變電站監(jiān)控系統(tǒng)測試項目，主要包括測控裝置、監(jiān)控主機、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機、網(wǎng)絡(luò)報文記錄分析儀、時間同步在線監(jiān)測、保護裝置接入監(jiān)控系統(tǒng)、系統(tǒng)切換等內(nèi)容。針對測試項目創(chuàng)新性地提出了基于SCD模型仿真與實物相結(jié)合的監(jiān)控系統(tǒng)測試方法。最后結(jié)合實際工程的特高壓變電站監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)調(diào)測試，對測試發(fā)現(xiàn)的問題進行了分析，并給出了整改解決方案。通過對特高壓變電站監(jiān)控系統(tǒng)測試技術(shù)應(yīng)用分析，對后期特高壓變電站監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)、調(diào)試、運維及檢修等方面具有一定的參考意義。

特高壓；監(jiān)控系統(tǒng)；測控裝置；數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機

隨著特高壓交流工程納入國家大氣污染防治行動計劃實施方案，將會有越來越多的特高壓交流工程建設(shè)投產(chǎn)運行。特高壓變電站監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)全站信息的采集、處理、監(jiān)視、控制、運行管理等功能，是變電站生產(chǎn)運行的重要組成部分，是實現(xiàn)特高壓交流輸電數(shù)字化、自動化、互動化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[1]。

本文針對目前特高壓交流工程變電站監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)特點，以變電站自動化設(shè)備為對象，介紹了單體設(shè)備需要開展的測試項目，包括測控裝置、監(jiān)控主機、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機、網(wǎng)絡(luò)報文記錄分析儀等裝置，及面向全站的功能應(yīng)用測試，包括時間同步在線監(jiān)測測試及保護裝置接入監(jiān)控系統(tǒng)測試及系統(tǒng)切換功能測試。根據(jù)變電站監(jiān)控系統(tǒng)的測試項目的重點及難點，分析了以面向全站功能應(yīng)用的測試方法及測試要求，包括高級應(yīng)用功能、防誤閉鎖邏輯功能、檢修處理機制功能、數(shù)據(jù)緩存功能、時間同步在線監(jiān)測功能及系統(tǒng)切換功能。針對上述測試項目，對測試發(fā)現(xiàn)的問題進行了分析，并給出了整改解決方案。

1 系統(tǒng)架構(gòu)

目前在建與已投運的交流特高壓變電站監(jiān)控系統(tǒng)是基于IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)1000 kV變電站監(jiān)控系統(tǒng)，站控層與間隔層設(shè)備均采用IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)建模與通信，與智能變電站相比，交流特高壓變電站建設(shè)無過程層設(shè)備，采用硬接線方式實現(xiàn)對一次設(shè)備狀態(tài)量和模擬量的采集及控制命令的開出[2，3]。特高壓變電站監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)示意圖如圖1所示。

縱向分為間隔層和站控層，2層設(shè)備信息交互通過站控層雙網(wǎng)連接。變電站與調(diào)控主站信息交互，在安全I區(qū)通過I區(qū)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機實現(xiàn)調(diào)控數(shù)據(jù)的實時交互，在安全II區(qū)通過保信子站實現(xiàn)全站繼電保護的信息交互，在安全IIIIV區(qū)通過IIIIV區(qū)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機實現(xiàn)一次設(shè)備在線監(jiān)測及視頻的信息交互。橫向分為安全I區(qū)、II區(qū)及IIIIV，其中I區(qū)與II區(qū)之間通過硬件防火墻隔離，II區(qū)與IIIIV區(qū)之間通過正反向隔離裝置。站控層網(wǎng)絡(luò)是間隔層設(shè)備和站控層設(shè)備之間的網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)站控層內(nèi)部以及站控層與間隔層、間隔層邏輯閉鎖信息之間數(shù)據(jù)傳輸，連接數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機、監(jiān)控主機、綜合應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)服務(wù)器、保護、測控和其他智能電子設(shè)備等設(shè)備。站控層網(wǎng)傳輸報文主要包括MMS報文、GOOSE報文 （跨間隔邏輯閉鎖信息通過GOOSE交互），其中采用網(wǎng)絡(luò)分析儀記錄、存儲、分析站控層雙網(wǎng)的報文信息，它是事故分析的依據(jù)。

圖1 特高壓變電站監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)示意圖

根據(jù)交流特高壓變電站監(jiān)控系統(tǒng)整體架構(gòu)的技術(shù)特點，依據(jù)特高壓建設(shè)總體安排，變電站監(jiān)控系統(tǒng)在發(fā)往現(xiàn)場之前應(yīng)進行聯(lián)調(diào)測試。根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)出廠驗收測試，總結(jié)前期工作經(jīng)驗，歸納開展的測試項目主要包括測控裝置功能及性能測試、監(jiān)控主機功能及性能測試、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機功能及性能測試、網(wǎng)絡(luò)分析儀功能測試、時間同步在線監(jiān)測功能測試、保護裝置接入監(jiān)控系統(tǒng)測試及系統(tǒng)切換功能測試等。

2 測試項目

特高壓交流變電站監(jiān)控系統(tǒng)出廠驗收測試內(nèi)容應(yīng)至少包含測控裝置、監(jiān)控主機、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機、網(wǎng)絡(luò)報文記錄分析裝置、時間同步在線監(jiān)控功能、保護裝置接入監(jiān)控通信能力及系統(tǒng)切換功能等。各測試內(nèi)容及測試重點如圖2—8所示。

圖2 測控裝置功能及性能測試項目

3 測試技術(shù)應(yīng)用分析

3.1 監(jiān)控主機高級應(yīng)用功能

變電站監(jiān)控系統(tǒng)高級應(yīng)用功能包括順序控制、智能告警及數(shù)據(jù)辨識等，如圖9、圖10所示。保護測控信息仿真系統(tǒng)是基于SCD仿真保護裝置與測控裝置的信息交互行為，集成了順序控制、智能告警及數(shù)據(jù)辨識測試案例，可進行正確響應(yīng)與否定響應(yīng)測試。

圖3 監(jiān)控主機功能及性能測試項目

圖4 數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機功能及性能測試項目

圖5 網(wǎng)絡(luò)報文記錄分析裝置功能測試項目

圖6 時間同步在線監(jiān)測功能及性能測試項目

順序控制測試使用保護測控信息仿真系統(tǒng)的MMS服務(wù)組件來虛擬實際的間隔層IED裝置，通過導(dǎo)入SCD文件，就可以虛擬出待測試變電站所有的間隔層IED裝置，從而實現(xiàn)對順控功能的測試。智能告警與數(shù)據(jù)辨識功能測試，通過保護測控信息仿真系統(tǒng)導(dǎo)入SCD文件模擬IED裝置的輸出，編輯測試案例控制信息源的輸出。基于保護測控信息仿真系統(tǒng)測試，可解決目前監(jiān)控主機高級應(yīng)用功能測試?yán)щy不全面的問題，加快高級應(yīng)用功能的推廣應(yīng)用。

圖7 保護裝置接入監(jiān)控系統(tǒng)通信能力測試項目

圖8 系統(tǒng)切換功能測試項目

圖9 高級應(yīng)用功能測試架構(gòu)示意圖

3.2 防誤閉鎖邏輯功能

變電站監(jiān)控系統(tǒng)防誤由站控層防誤、間隔層防誤和設(shè)備層防誤三層防誤閉鎖功能組成，為變電站操作提供多級的、綜合的防誤閉鎖。變電站監(jiān)控系統(tǒng)防誤控制回路示意圖如圖11所示。聯(lián)調(diào)測試需分別驗收站控層和間隔層防誤閉鎖功能。

圖10 高級應(yīng)用功能測試案例庫

站控層防誤閉鎖功能主要包括防誤閉鎖邏輯 （含正邏輯與反邏輯）、防誤預(yù)演功能及防誤功能投退測試等。驗證防誤閉鎖邏輯可通過監(jiān)控主機的置數(shù)功能，改變一次設(shè)備開關(guān)刀閘位置及遙測值，這樣可以提高測試效率。本文提出了一種基本變電站配置文件SCD仿真間隔層設(shè)備信息交互行為，如圖10所示，通過仿真測控裝置完成站控層防誤閉鎖功能正邏輯與反邏輯的測試。

間隔層防誤閉鎖功能主要包括本間隔和跨間隔防誤閉鎖邏輯（含正邏輯與反邏輯），跨間隔信息交互采用站控層GOOSE發(fā)送與訂閱，應(yīng)驗收GOOSE報文的規(guī)范性，同時驗收通信中斷、投入檢修硬壓板時的閉鎖邏輯。驗證間隔層防誤閉鎖邏輯可通過監(jiān)控主機的取代服務(wù)，設(shè)置一次設(shè)備開關(guān)刀閘位置及遙測值，這樣可提高測試效率。

3.3 檢修處理機制功能

裝置檢修硬壓板是提供檢修人員安措的一種手段，對檢修處理機制功能應(yīng)開展測試，測試內(nèi)容包括MMS報文檢修處理機制、GOOSE報文檢修處理機制及檢修位遠動上送處理機制[4]。

圖11 變電站監(jiān)控系統(tǒng)防誤控制回路示意圖

（1）MMS報文檢修處理機制測試：裝置投入檢修硬壓板時，檢查除檢修壓板本身的信號的品質(zhì)q的Test位應(yīng)置 “1”，而檢修壓板信息本身的品質(zhì)位q的Test位應(yīng)置“0”。同時檢查監(jiān)控后臺告警窗對檢修位的處理，當(dāng)報文為檢修報文時，應(yīng)在單獨的檢修窗進行展示，不影響正常運行的告警窗。

（2）GOOSE報文檢修處理機制測試。裝置投入檢修硬壓板時，檢查除檢修壓板本身的信號的GOOSE報文的test為true，而檢修壓板信息本身的GOOSE報文的的test為false。同時檢查GOOSE接收端與發(fā)送端檢修不一致處理機制，只有當(dāng)2者一致時，才將信號作為有效信號處理，不一致時應(yīng)保持前一個狀態(tài)。

（3）檢修位遠動上送處理機制測試。數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機收到帶檢修位的MMS報文轉(zhuǎn)換成IEC 104對應(yīng)的品質(zhì)位需開展測試，IEC 104報文品質(zhì)位有IV無效位、NT非當(dāng)前值位、SB被取代位、BL被封鎖位、SPI單位值位，無對應(yīng)的檢修位，根據(jù)工程實際需要建議MMS報文檢修位對應(yīng)IEC 104的IV無效位。

3.4 數(shù)據(jù)緩存功能及性能

數(shù)據(jù)緩存功能和性能測試對象包括測控裝置和數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機，用于測試裝置通訊中斷后信息補發(fā)的能力[5，6]。

（1）測控裝置數(shù)據(jù)緩存功能和性能測試。站控層通訊正常過程中，人為模擬雙網(wǎng)通訊中斷，施加遙信量變位信息，然后恢復(fù)通訊，查看通訊中斷時遙信變位信息能否補送至監(jiān)控后臺；雙網(wǎng)切換過程中，施加遙信變位，查看信息是否正確上送，并在通訊中斷過程中施加大量的遙信變位，測試測控的緩存性能。

（2）數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機數(shù)據(jù)緩存功能和性能測試。數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機與調(diào)控主站正常通訊過程中，人為模擬通訊中斷，施加遙信變位，通訊正常后，查看信息是否正常補送，并在通訊中斷施加大量的遙信變位，測試其緩存性能。

3.5 時間同步在線監(jiān)測功能

變電站二次設(shè)備應(yīng)滿足時間同步監(jiān)測管理功能，測試內(nèi)容包括對時狀態(tài)測量數(shù)據(jù)和設(shè)備狀態(tài)自檢信息，其中狀態(tài)自檢信息包括對時信號狀態(tài)、對時服務(wù)狀態(tài)和時間跳變偵測狀態(tài)。時間同步監(jiān)測實施方案應(yīng)滿足規(guī)范要求，其中調(diào)控主站與廠站的時間同步監(jiān)測精度應(yīng)小于10 ms，廠站內(nèi)部時間同步監(jiān)測精度應(yīng)小于3 ms，設(shè)備狀態(tài)自檢信息應(yīng)正確反映并上送。

3.6 系統(tǒng)切換功能

為增加系統(tǒng)的可靠性，監(jiān)控系統(tǒng)采用冗余配置，包括監(jiān)控主機主備模式、站控層雙網(wǎng)模式、主時鐘雙主模式，對冗余配置應(yīng)開展切換功能測試。測試過程中要求系統(tǒng)功能、性能正常，動作后的告警信息報告正確并無丟失[7-9]。

（1）監(jiān)控主機雙機切換。通過關(guān)機切換、命令切換、網(wǎng)絡(luò)切換進行驗收測試，要求能正確切換且信息無丟失。

（2）雙主時鐘切換。通過關(guān)機切換和命令切換進行驗收測試，要求時鐘能正確切換，且時間準(zhǔn)確。

（3）站控層雙網(wǎng)切換。通過斷網(wǎng)切換進行驗收測試，要求網(wǎng)絡(luò)能正常切換且無信息丟失和重復(fù)信息。

4 工程應(yīng)用

淮南—南京—上海特高壓交流輸電工程經(jīng)由江蘇境內(nèi)的變電站包括盱眙站、泰州站和東吳站，3個變電站監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)均采用如上文所述的系統(tǒng)架構(gòu)。筆者參與了這3個站的監(jiān)控系統(tǒng)出廠驗收測試，應(yīng)用交流特高壓變電站監(jiān)控系統(tǒng)測試技術(shù)對本文所述的聯(lián)調(diào)測試項目一一開展測試，梳理測試中發(fā)現(xiàn)的典型問題如表1所示，供后續(xù)特高壓建設(shè)、運行和檢修作為參考。

表1 測試典型問題匯總表

表1 測試典型問題匯總表（續(xù)）

5 結(jié)束語

變電站監(jiān)控系統(tǒng)作為特高壓站生產(chǎn)運行重要環(huán)節(jié)，對站內(nèi)電網(wǎng)一次設(shè)備及二次系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行起著至關(guān)重要的作用。本文對交流特高壓變電站監(jiān)控系統(tǒng)測試技術(shù)進行了分析，系統(tǒng)闡述了測試項目、測試方法及要求，并結(jié)合工程應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)的典型問題進行了介紹，本文所述內(nèi)容可供交流特高壓自動化專業(yè)人員提供借鑒，對變電站監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)試、運行維護及檢修等工作有一定的參考意義。

[1]殷小祥，吳隗平，陜?nèi)A平.交流特高壓變電站的監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)[J].電網(wǎng)技術(shù)，2008，32(4)：31-35.

[2]GBT 24833—2009 1000 kV變電站監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范[S].

[3]GBT 25737—2010 1000 kV變電站監(jiān)控系統(tǒng)驗收規(guī)范[S].

[4]QGDW 1396—2012 IEC 61850工程繼電保護應(yīng)用模型[S].

[5]彭 暉，趙家慶，王昌頻，等.大型地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)海量歷史數(shù)據(jù)處理技術(shù)[J].江蘇電機工程，2014，33(5)：11-17.

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Analysis of Testing Technology Application to Monitoring and Control System for UHV Substation

PENG Zhiqiang1,ZHANG Qibin2,ZHANG Xiaoyi1,Xia Jie1,ZHENG Mingzhong1
(1.State Grid Jiangsu Electric Power Company Electric Power Research Institute,Nanjing 211103,China; 2.State Grid Jiangsu Electric Power Company,Nanjing 210024,China)

According to the technical characteristics of UHV AC substation monitoring and control system,it is firstly analyzed the architecture of the substation monitoring and control system.Based on the demand for testing it is summarized the testing items of the substation monitoring and control system,mainly including the measurement and control device function and performance testing,monitoring and control system function and performance testing,data communication gateway function and performance testing,network message analyzer function test,time synchronization online monitoring function,protection device access monitoring and control system testing,system switching function testing.And then it is put forward a new test method of monitoring and control system based on the combination of SCD model simulation and physical objects.Finally,with the gang tuning testing experience of UHV AC substation monitoring and control systems in actual project,the problems found in the testing are analyzed and countermeasures are given.The analysis of the test technology application will have some reference value for the construction,debugging,operation and maintenance of UHV substation monitoring and control system in the future.

UHV;monitoring and control system;measurement and control device;data communication gateway

TM732

A

1009-0665（2016）06-0056-05

彭志強（1986），男，江西上饒人，工程師，從事調(diào)度自動化及智能變電站技術(shù)研究工作；

張琦兵（1985），男，貴州貴陽人，工程師，從事調(diào)度自動化技術(shù)研究及管理工作；

張小易（1978），男，河南許昌人，高級工程師，從事調(diào)度自動化及智能變電站技術(shù)研究工作；

夏 杰（1989），男，湖北黃岡人，工程師，從事調(diào)度自動化及智能變電站技術(shù)研究工作；

鄭明忠（1989），男，福建莆田人，工程師，從事調(diào)度自動化及智能變電站技術(shù)研究工作。

2016-07-25；

2016-09-07