智能變電站遙控故障的觀察與處理分析

(國網(wǎng)成都供電公司，四川 成都 610041)

智能變電站遙控故障的觀察與處理分析

李游

(國網(wǎng)成都供電公司，四川 成都 610041)

為提高智能變電站的自動(dòng)化維護(hù)質(zhì)量和效率，根據(jù)現(xiàn)場的主流自動(dòng)化廠商設(shè)備進(jìn)行遙控故障全過程的研究分析，提出智能站遙控故障的可信觀察窗定位方法。在分段驗(yàn)證階段進(jìn)行了不同階段的相似與差異性總結(jié)，提出了1套基于104規(guī)約的智能變電站遙控故障分析的解決方案和分析流程。最后通過流程圖明確遙控故障觀察點(diǎn)與處理分析過程，旨在讓二次維護(hù)人員在面對(duì)頻繁更新的規(guī)范技術(shù)要求和大量的智能站自動(dòng)化維護(hù)工作的同時(shí)對(duì)智能站遙控各環(huán)節(jié)有更深入理解。

智能變電站；遙控；故障分析；觀察窗定位；分段驗(yàn)證；104規(guī)約

0 引 言

在大規(guī)模普及智能變電站綜合自動(dòng)化過程中， 目前雖然已針對(duì)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)、同步相量測量裝置、電力系統(tǒng)時(shí)間同步及監(jiān)測、網(wǎng)絡(luò)報(bào)文記錄及分析裝置、測控裝置等設(shè)備的技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)已都發(fā)布大量對(duì)應(yīng)企標(biāo)。但在實(shí)際應(yīng)用過程中，不同廠家自動(dòng)化設(shè)備在外觀接口、裝置界面和裝置參數(shù)配置方面仍存在不少細(xì)節(jié)上差異。特別是測控裝置的智能終端的控制字、定值的設(shè)定在自動(dòng)化工作中會(huì)產(chǎn)生新的困惑。遙控功能是監(jiān)控系統(tǒng)的重要組成部分，變電站里的斷路器、隔離開關(guān)以及保護(hù)壓板都是遙控對(duì)象。當(dāng)變電站的遙測和遙信數(shù)據(jù)異常時(shí)，對(duì)主設(shè)備影響不是很大，但是遙控操作異常時(shí)將直接影響到電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，輕則造成遙控拒動(dòng)，延誤停送電，重則造成遙控誤分合閘事故[1]。

通過分析發(fā)現(xiàn)不同自動(dòng)化廠商的裝置之間差異性配置是影響智能站遙控功能的重要因素。因此現(xiàn)將所使用的自動(dòng)化設(shè)備通過表1列舉以供參考。

此外，考慮目前智能站和主站通訊主要采用IEC 60870-5-104規(guī)約，因此所表述的智能站遙控

表1 涉及的自動(dòng)化設(shè)備

過程均基于104規(guī)約。

1 遙控類型及操作過程

1.1 遙控類型

遙控類型主要有增強(qiáng)型控制和普通控制兩大類，其中增強(qiáng)型控制需要對(duì)控制的結(jié)果進(jìn)行校驗(yàn)，以判斷執(zhí)行過程是否成功；普通控制不需要校驗(yàn)執(zhí)行結(jié)果，控制過程隨著執(zhí)行的結(jié)束而結(jié)束。增強(qiáng)型控制又分為帶預(yù)置和不帶預(yù)置兩種類型，即增強(qiáng)型選擇控制、增強(qiáng)型直接控制。普通控制也分為帶預(yù)置和不帶預(yù)置兩種類型，即選擇型控制、直接控制[2]。

4種控制方式中以增強(qiáng)型選擇控制用得最多，主要用于對(duì)執(zhí)行過程要求較高的場合，例如斷路器及隔離開關(guān)遙控、保護(hù)軟壓板、變壓器擋位升降遙控等；另外在一些要求快速執(zhí)行，不要進(jìn)行任何校驗(yàn)的場合會(huì)選用直接控制，直接對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行控制，一步執(zhí)行完畢即控制結(jié)束，例如保護(hù)裝置及智能終端的遠(yuǎn)程復(fù)歸遙控、急停遙控等[3-4]。

1.2 遙控操作過程

通常而言，增強(qiáng)型選擇遙控的操作一般分為3步：

1)遙控選擇：主站端發(fā)出對(duì)象和性質(zhì)的命令。

2)遙控返校：廠站端返送安全信息校核。

3)遙控執(zhí)行：發(fā)送執(zhí)行命令。

具體為：遠(yuǎn)動(dòng)主站向變電站數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)發(fā)出遙控對(duì)象(開關(guān)、隔離開關(guān)、軟壓板或擋位)和性質(zhì)(分、合或升、降)預(yù)置命令；變電站數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)收到后，經(jīng)測控裝置、智能終端處理向遠(yuǎn)動(dòng)主站發(fā)出校核正確信息；遠(yuǎn)動(dòng)主站收到正確校核信號(hào)，再與下發(fā)命令相比較，在校核無誤的情況下顯示“預(yù)置成功”進(jìn)入下一步遙控執(zhí)行程序。此時(shí)監(jiān)控人員通過遙控執(zhí)行命令向變電站數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)發(fā)送執(zhí)行遠(yuǎn)程操作命令。遙控執(zhí)行后，變電站數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)收到測控裝置內(nèi)設(shè)置變位信息后上傳遠(yuǎn)動(dòng)主站，主站在規(guī)定時(shí)間內(nèi)收到該遙控對(duì)象的變位信號(hào)，則顯示遙控成功，否則顯示失敗[5]。

智能站完整的遙控命令執(zhí)行流程如圖1所示。

圖1 智能站遙控命令執(zhí)行完整流程

2 遙控故障排查與處理

2.1 觀察窗定位

根據(jù)長期智能站自動(dòng)化現(xiàn)場調(diào)試經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)用觀察窗定位的分段驗(yàn)證原理排查遙控故障問題是非常有效的方法。僅針對(duì)遙控而言，利用后臺(tái)監(jiān)控機(jī)(主站)、測控裝置和智能終端作為觀察窗定位，其分別位于遙控全過程的源端、中樞和輸出部分。因?yàn)樗x觀察窗對(duì)判斷故障直接方便，因此可以快速定位故障區(qū)域并進(jìn)行下一步的分段驗(yàn)證而最終確定故障點(diǎn)。

1)后臺(tái)監(jiān)控機(jī)(主站)：觀察遙控命令發(fā)出情況和遙控返校信息。

后臺(tái)或主站未能發(fā)出遙控命令，則檢查前置機(jī)或后臺(tái)組態(tài)配置。若未能收到返校命令，主要檢查數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)參數(shù)配置；若收到錯(cuò)誤返校，主要考慮主站或后臺(tái)參數(shù)配置錯(cuò)誤，比如RTU地址錯(cuò)誤、轉(zhuǎn)發(fā)表錯(cuò)誤等。

2)測控裝置：觀察遙控報(bào)告記錄的遙控對(duì)象號(hào)及性質(zhì)。

后臺(tái)或主站是否對(duì)正確對(duì)象發(fā)出遙控命令及測控裝置發(fā)出遙控命令的性質(zhì)是否正確。測控裝置是遙控的中樞，因此在返校正確但測控未出口的情況下應(yīng)先排除測控問題。

3)智能終端：觀察GOOSE異常信號(hào)和遙控信號(hào)燈。

當(dāng)測控遙控GOOSE命令已正確下發(fā)，而智能終端未收到跳、合閘命令應(yīng)排查鏈路是否異常、過程層交換機(jī)VLAN 劃分正確性及SCD虛端子連線等問題。當(dāng)智能終端收到GOOSE跳閘命令并且也點(diǎn)亮跳合閘燈但最終未正確動(dòng)作，應(yīng)排查智能終端出口參數(shù)和二次回路問題。

2.2 遙控故障的分段驗(yàn)證

根據(jù)上述觀察窗定位，可將智能站遙控故障劃分為5個(gè)區(qū)域。故障區(qū)域有軟、硬方面配置問題，具體如表2所示。

實(shí)際工作中發(fā)現(xiàn)遙控故障包含了軟、硬配置方面問題，而軟配置故障是最難以發(fā)現(xiàn)和判斷的。通常遙控故障歸為無法遙控、遙控預(yù)置失敗、遙控執(zhí)行失敗3類[6]。接下來根據(jù)上述3類故障重點(diǎn)分析故障分段驗(yàn)證問題。

2.2.1 無法遙控

禁止遙控：在廠站端，南瑞科技公司和南瑞繼保公司的后臺(tái)數(shù)據(jù)庫均可取消“遙控允許”屬性，并且表1所列3家公司的后臺(tái)均可設(shè)置監(jiān)控畫面禁止遙控。但是應(yīng)注意不同廠商對(duì)畫面遙控權(quán)限定義不同，有的廠商規(guī)定只能在分畫面遙控等情況。

無遙控權(quán)限：所有廠商均可設(shè)置無操作權(quán)限的操作員無遙控權(quán)限，或?qū)z修的一次設(shè)備掛牌后造成無遙控權(quán)限。

2.2.2 遙控預(yù)置失敗

1)“遙控預(yù)置”指令超時(shí)

①調(diào)度主站至數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)

故障點(diǎn)主要包括3方面：遠(yuǎn)動(dòng)通道故障、主站端設(shè)備故障和數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)故障。先排查遠(yuǎn)動(dòng)通道故障：當(dāng)通道誤碼率高、通道接觸不好或者通道存在干擾源，都會(huì)使主站或后臺(tái)的遙控命令不能正確下發(fā)到裝置。通常是檢查前置通道表或前置機(jī)報(bào)文查看通道誤碼率。具體操作是斷開廠站端RTU上傳數(shù)據(jù)，檢查是否有干擾信號(hào)滲入或通道中斷[7]。在主站端下發(fā)一組SNTP校時(shí)命令，廠站端通道輸出接口收到的數(shù)據(jù)應(yīng)該與主站一致。如果不一致說明干擾信號(hào)嚴(yán)重，未收到數(shù)據(jù)則很可能通道已中斷，再從源端即主站設(shè)備排查異常，先檢查下行通道和機(jī)柜內(nèi)網(wǎng)線是否松動(dòng)或者接觸不良。確認(rèn)接觸良好后將主站設(shè)備自環(huán)，在前置機(jī)上發(fā)SNTP網(wǎng)絡(luò)校時(shí)。如果未收到校時(shí)數(shù)據(jù)，說

明主站設(shè)備有故障。此時(shí)應(yīng)在前置機(jī)上檢查參數(shù)配置，如廠站RTU地址設(shè)置兩側(cè)是否一致、TCP連接類型可能錯(cuò)選為TCPServer、TCP連接端口未正確設(shè)置為2404而未啟動(dòng)104進(jìn)程[8]。

主站前置故障點(diǎn)集中在RTU地址錯(cuò)誤(地址錯(cuò)誤時(shí)可通過104規(guī)約得到一個(gè)傳送原因?yàn)?E00的否定響應(yīng)報(bào)文)和遠(yuǎn)動(dòng)規(guī)約選擇錯(cuò)誤上。數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)可能的故障點(diǎn)如表3所示。

②后臺(tái)監(jiān)控機(jī)至測控裝置

后臺(tái)監(jiān)控機(jī)和測控裝置之間可能造成遙控預(yù)置失敗的部分原因是測控裝置未處于遠(yuǎn)方狀態(tài)或測控有聯(lián)鎖邏輯閉鎖。而絕大部分原因是后臺(tái)監(jiān)控機(jī)組態(tài)設(shè)置錯(cuò)誤。若在站端進(jìn)行遙控，可以明確的故障點(diǎn)如表4所示。

關(guān)于第5條故障點(diǎn)的說明：南瑞科技公司測控NSD3560中參數(shù)整定-裝置參數(shù)-軟硬壓板切換設(shè)置對(duì)遠(yuǎn)方就地開入有影響，也是容易忽略的。0表示使用測控裝置內(nèi)的就地軟壓板，1表示使用外接就地硬開入壓板。當(dāng)錯(cuò)誤整定為0，但測控未投就地軟壓板控制字會(huì)導(dǎo)致預(yù)置失敗，后臺(tái)會(huì)顯示返回值2。

關(guān)于第10條故障點(diǎn)的說明：北京四方公司和南瑞繼保公司后臺(tái)如果將遙控類型設(shè)置為無效，那么后臺(tái)可以執(zhí)行但是測控裝置不會(huì)收到遙控預(yù)置信息。

3 遙控執(zhí)行失敗

3.1 同期參數(shù)整定錯(cuò)誤

表3 主站遙控預(yù)置失敗關(guān)于數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)設(shè)置

表4 廠站遙控預(yù)置失敗關(guān)于后臺(tái)或測控裝置故障點(diǎn)

同期條件不滿足也是220 kV變電站遙控合閘的重要問題。主要故障點(diǎn)是測控裝置的定值整定不正確導(dǎo)致條件不滿足閉鎖同期合閘。通過現(xiàn)場調(diào)試和研讀說明書總結(jié)出同期參數(shù)不正確導(dǎo)致遙控失敗的故障點(diǎn)如表5所示。

關(guān)于第1條故障點(diǎn)的說明：同期電壓類型必須和同期額定電壓保持一致。不同廠家表示同期電壓類型的方式不同：南瑞繼保公司用0～5分別表示UA、UB、UC、UAB、UBC、UCA；北京四方公司要求先投入檢同期功能軟壓板后才能在同期控制字中選擇需要同期的電壓類型。南瑞科技公司測控裝置具有相角補(bǔ)償功能，當(dāng)裝置輸入的電壓Ua和Usa不是同名電壓，存在固有相角時(shí)，可以進(jìn)行相角補(bǔ)償。同期定值參數(shù)中具有定值“相角補(bǔ)償使能”和“相角補(bǔ)償時(shí)鐘數(shù)”。“角度補(bǔ)償鐘點(diǎn)數(shù)”是當(dāng)開關(guān)合上后，開關(guān)兩側(cè)輸入電壓向量角度即是需要補(bǔ)償?shù)慕嵌取?/p>

關(guān)于第2條故障點(diǎn)的說明：南瑞繼保公司和北京四方公司采用的同期TV電壓是一次額定值，而南瑞科技公司定值判定采用二次值。因此應(yīng)特別注意要根據(jù)下達(dá)的二次定值單和現(xiàn)場實(shí)際裝置定值要求進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

關(guān)于第3條故障點(diǎn)的說明：同期條件不合格包含諸多方面，如頻差、電壓差、相差、同期導(dǎo)前時(shí)間整定錯(cuò)誤、母線TV斷線、交換機(jī)開啟多播限制等。其中關(guān)于交換機(jī)的多播限制，因SV和GOOSE傳輸均采用組播MAC傳輸，而當(dāng)交換機(jī)開啟組播限制后，SV會(huì)出現(xiàn)丟幀、GOOSE出現(xiàn)時(shí)通時(shí)斷現(xiàn)象。當(dāng)出現(xiàn)丟幀時(shí)也會(huì)造成同期條件不合格而閉鎖遙控。

關(guān)于第4條故障點(diǎn)的說明：南瑞繼保公司測控裝置未投入SV接收壓板時(shí)，后臺(tái)及測控裝置均能正確顯示采樣值，但UX并不納入同期值計(jì)算而造成同期壓差、角差值不滿足條件。這3家測控設(shè)備也僅有南瑞繼保公司裝置有SV接收壓板。

關(guān)于第5條故障點(diǎn)的說明：北京四方公司測控裝置在考慮3/2接線時(shí)同期電壓采用近區(qū)優(yōu)先原則，因此可投入非固定同期方式壓板滿足要求。當(dāng)抽取同期電壓只有1路時(shí)，應(yīng)投入固定方式壓板。

3.2 智能終端未收到分合閘命令

3.2.1 測控裝置-智能終端之間

通過測控裝置與智能終端兩個(gè)觀察窗可以很容易地分析出故障區(qū)域，此時(shí)故障現(xiàn)象是智能終端未收到分合閘命令，因此除了物理鏈路中斷外只有測控裝置GOOSE未發(fā)出或智能終端接收GOOSE出現(xiàn)故障兩種可能?，F(xiàn)列舉故障點(diǎn)如表6所示。

關(guān)于第5條故障點(diǎn)的說明：南瑞科技公司測控裝置收到自動(dòng)合閘判斷命令后，將按照裝置同期定值參數(shù)中的“自動(dòng)合閘方式”參數(shù)設(shè)置進(jìn)行合閘操作。如果其為0，則為自動(dòng)判斷方式，裝置根據(jù)斷路器兩側(cè)電壓情況自動(dòng)進(jìn)行合閘方式判斷；如果參數(shù)為1，則只進(jìn)行無壓合閘操作，如果不滿足無壓條件則不進(jìn)行合閘；如果參數(shù)為2，則只進(jìn)行有壓合閘操作，不滿足條件不合閘；如果參數(shù)為3，則進(jìn)行無條件合閘操作。因此當(dāng)自動(dòng)合閘方式整定和實(shí)際不一致，測控也無法出口。

表5 遙控執(zhí)行失敗關(guān)于測控的同期參數(shù)整定原因

表6 廠站遙控預(yù)置失敗關(guān)于測控裝置與智能終端的故障點(diǎn)

表7 智能終端收到跳合閘命令但未出口的故障點(diǎn)

關(guān)于第6條故障點(diǎn)的說明：使用操作斷路器插件開入設(shè)為1時(shí)，三相斷路器總位置開入應(yīng)由硬接線合成；否則，應(yīng)由智能終端的邏輯合成。

關(guān)于第7條故障點(diǎn)的說明：南瑞繼保公司對(duì)GOOSE出口軟壓板定義為出口使能軟壓板，北京四方公司定義為控制邏輯軟壓板，而南瑞科技公司測控裝置沒有設(shè)置GOOSE出口壓板。

最后第8條故障點(diǎn)的說明：北京四方公司測控裝置PLC程序?qū)懭脒b控包含遠(yuǎn)方開入規(guī)則。因此，必須確保SCD中將智能終端的遠(yuǎn)方就地切換把手開入關(guān)聯(lián)至測控GOOSE開入89，并且把手處于遠(yuǎn)方狀態(tài)，遙控預(yù)置成功后才能出口。

3.2.2 數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)設(shè)置

目前發(fā)現(xiàn)南瑞科技公司在數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)進(jìn)行配置時(shí)可能遇到如下故障導(dǎo)致遙控失敗，具體是在數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)的遠(yuǎn)動(dòng)程序frcfg中的通訊配置模塊下存在無任何配置的空節(jié)點(diǎn)。這個(gè)故障點(diǎn)很隱蔽，也難以查出。

3.3 智能終端收到命令但未出口

通過觀察窗發(fā)現(xiàn)智能終端能收到分合閘命令(觀察遙控分合閘燈) 時(shí)但并未出口或出口不正確時(shí)，主要故障點(diǎn)還是在智能終端。具體故障點(diǎn)如表7所示。

關(guān)于第1條故障點(diǎn)的說明：南瑞科技公司后臺(tái)組態(tài)中如果將1072開關(guān)、隔離開關(guān)表的“一直控分(一直控合)”使能，那么無論開關(guān)位置處于什么位置、無論進(jìn)行的是分閘或合閘操作，最后都只會(huì)出口分閘(合閘)命令。

關(guān)于第3條故障點(diǎn)的說明：智能終端二次回路故障點(diǎn)眾多，最常見故障有斷路器控制回路斷線；智能終端遙信正、負(fù)電源配線虛接、移位；因斷路器遙控后抖動(dòng)使智能終端背板產(chǎn)生松動(dòng)；智能終端壓板背板線被誤短接；遙控分合閘出口線錯(cuò)接等。對(duì)運(yùn)行設(shè)備查二次回路主要使用萬用表測量電位，結(jié)合圖紙判斷正確電位法；對(duì)新建站主要采用短接正電至跳合閘出口回路，通過聽繼電器動(dòng)作聲或?qū)嶋H出口情況判斷故障區(qū)域。

關(guān)于第5條故障點(diǎn)的說明：南瑞繼保公司智能終端中參數(shù)“斷路器遙控回路獨(dú)立使能”定值為0時(shí)，遙控、手動(dòng)分合與保護(hù)跳閘、重合閘共用出口接點(diǎn)；定值為1時(shí)遙合、手合接點(diǎn)采用B12板的備用1遙合接點(diǎn)，并且需外加一個(gè)重動(dòng)繼電器才能實(shí)現(xiàn)。如果設(shè)計(jì)單位未對(duì)遙控節(jié)點(diǎn)再配置重動(dòng)繼電器，那么在線路新投時(shí)應(yīng)注意此定值參數(shù)的設(shè)置。

4 結(jié) 語

通過遙控故障的觀察窗定位及異常處理具體分析，歸納出如圖2所示的遙控過程觀察窗及分段驗(yàn)證的信息流。針對(duì)不同故障現(xiàn)象，可以根據(jù)觀察窗所得現(xiàn)象分析出故障區(qū)域，再進(jìn)行分段驗(yàn)證?，F(xiàn)場可根據(jù)所總結(jié)的可能故障點(diǎn)進(jìn)行逐一驗(yàn)證。雖然目前不同廠商的自動(dòng)化設(shè)備有很多具體的參數(shù)設(shè)置，相信隨著國家電網(wǎng)公司對(duì)自動(dòng)化設(shè)備“四統(tǒng)一、四規(guī)范”要求的提出和實(shí)施，不同廠商遙控故障差異性設(shè)置問題會(huì)逐漸減少，真正利于智能站自動(dòng)化維護(hù)。

圖2 結(jié)合觀察窗的遙控故障分析圖信息流

綜上所述，圍繞智能變電站遙控故障的角度詳細(xì)闡述了分析過程。針對(duì)3家主流廠商自動(dòng)化設(shè)備進(jìn)行了對(duì)比，總結(jié)出遙控故障過程的3個(gè)觀察窗和分段驗(yàn)證思路。如今，智能變電站的大量新技術(shù)應(yīng)用已使原有調(diào)試、運(yùn)行和維護(hù)模式產(chǎn)生了重大變化，因此試圖用觀察窗定位、分段驗(yàn)證及差異性總結(jié)對(duì)智能變電站自動(dòng)化異常處理進(jìn)行一次探索，形成良好智能站的自動(dòng)化維護(hù)思路。

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In order to improve the quality and efficiency of automatic maintenance of smart substation, the observation window positioning method for remote control fault is proposed based on the whole process of remote control fault analysis from mainstream automation equipment manufacturer. Moreover, the similarities and differences of each stage are summarized, and a set of solution and analysis process is put forward for remote control fault analysis of smart substation based on IEC 60870-5-104. Finally, the observation points and processing analysis process for remote control fault are clearly defined through the flow chart. The above-mentioned can help the maintainers of secondary system to have a better understanding in every segment of remote control when facing the frequently updated specifications and technical requirements and a large number of automation maintenance works of smart station.

smart substation; remote control; fault analysis; observation window positioning; domain-verifiable; Telecontrol Equipment and Systems-Part 5-104

TM76

B

1003-6954(2017)06-0068-08

李 游(1986)，碩士研究生、工程師，研究方向?yàn)橹悄茏冸娬径蜗到y(tǒng)及自動(dòng)化。

2017-09-12)