一起500 kV 斷路器調度遙控失敗原因分析及解決方案

（國網浙江省電力有限公司檢修分公司，杭州 311232）

0 引言

500 kV 交流輸電網是我國超高壓輸電的堅實基礎，承擔著我國電力輸送和電能分配的重要任務，保障著整個電力系統(tǒng)的正常運轉[1]。

隨著國家電網公司“大運行”和“調控一體化”建設的不斷推進，當前大多數變電站都推行無人值班，遙控的可靠性對電網的安全可靠運行有著重要影響。在實際運行中，遙控失敗時有發(fā)生，使得調控一體化系統(tǒng)的可靠性大打折扣，影響停送電操作、事故處理及電網安全運行[2]。同時，計算機技術尤其現(xiàn)代通信技術的快速發(fā)展，為500 kV 變電站區(qū)域集中監(jiān)控提供了技術支撐。為實現(xiàn)上述建設目標，浙江省調開展了調控一體化運行管理模式，并建立起相應的調控技術支撐功能。由此，500 kV 變電站的監(jiān)控業(yè)務逐步移交至省調監(jiān)控，省調監(jiān)控也肩負起重大的設備管理責任[3-5]。

然而，由于早期建設的500 kV 變電站多數已運行近10 年，當初投運的變電站監(jiān)控系統(tǒng)設備能力已不能充分滿足當前各項數據業(yè)務的需要。同時，省調集中監(jiān)控業(yè)務模式開展時間尚短，變電站許多隱蔽缺陷未能全部消除。因此，較容易出現(xiàn)變電站到省調數據業(yè)務的中斷缺陷。特別是雙通道都中斷后，省調監(jiān)控便失去了對該站的監(jiān)控能力，降低了對大電網的調控能力，在緊急情況下不能作出有效反應。遙控不成功可能造成設備運行狀況下降，擴大事故影響范圍，對電網安全穩(wěn)定運行造成重大影響[6-8]。

文獻[9-10]從通道、二次回路、通信流程等宏觀方面對變電站常見的遙控問題進行了分析，沒有涉及遠動遙控的具體細節(jié)問題。文獻[11]雖然從應用層報文層面分析調度遙控選擇、執(zhí)行、返校詳細過程，但沒有分析影響遙控的詳細參數及控制機制。

某日，浙江省調對某500 kV 變電站（以下簡稱“N 站”）220 kV 線路H 進行斷路器復役遙控，多次操作均失敗，導致省調只能下放監(jiān)控權，由運行人員使用站內監(jiān)控后臺進行操作，嚴重影響了調度的遙控成功率指標。針對該問題進行原因分析，開展模擬試驗，提出具體解決方案，并通過變電站現(xiàn)場工作對方案的有效性進行驗證。

1 變電站監(jiān)控系統(tǒng)架構

早期500 kV 變電站監(jiān)控系統(tǒng)多采用國外通信設備，N 站采用“南瑞科技NSC300 遠動機+西門子AK1703 總控單元+AM1703 測控裝置”模式，其結構如圖1 所示。

圖1 H 站監(jiān)控系統(tǒng)架構

在該種模式下，總控單元起著承上啟下的作用，對下與各間隔測控通信，對上與監(jiān)控后臺及遠動機通信。其采用主備模式，主機負責數據交互，備機僅接收數據。遠動機與總控單元通信，上傳遙信、遙測，下發(fā)遙控、遙調[12]。在站控層，遠動機與西門子總控主備雙機采用雙網熱備用運行方式，同時與1 號西門子總控雙網、2 號西門子總控雙網建立TCP（傳輸控制協(xié)議）鏈路，西門子總控通過上送心跳報文通知遠動機哪臺總控為主機。遠動機與西門子總控主機按IEC 104 協(xié)議正常通信，與西門子總控備機通過S 格式報文和U 格式測試鏈路報文保持IEC 104 鏈路。

目前，變電站監(jiān)控系統(tǒng)改造一般分階段進行，前期先改造站控層設備，包括主機和遠動機。這種模式導致遠動機與總控單元采自不同廠家，通信標準并不完全統(tǒng)一[13]。尤其NSC300 為后期改造新增，并在一次設備“不停電”情況下調試，試驗往往不夠充分，易使NSC300 與AK1703通信配合存在遺留缺陷[14]。

2 問題排查與測試

2.1 遙控機制介紹

調度端發(fā)起遙控操作的命令，遠動機作出應答并轉發(fā)至總控裝置，總控將收到的遙控命令下發(fā)給相應的測控裝置，由測控裝置實際出口。詳細步驟如圖2 所示。

圖2 調度遙控過程

由于西門子AK1703 總控裝置不具備遙控“選擇”“執(zhí)行”命令的反校功能，因此對于調度端下發(fā)的遙控“選擇”“執(zhí)行”命令，均由遠動機應答（反校）。當遠動機回應調度端發(fā)出“執(zhí)行”命令后，再向總控裝置下發(fā)“執(zhí)行”。

2.2 調度遙控過程分析

針對缺陷發(fā)生的可能原因，對遠動采集、傳輸環(huán)節(jié)進行分析。

根據省調提供的遙控記錄表查看當日的104報文，可見遙控過程的第1—4 步完整、正確。但并未見第5 步，遙控命令丟失，即遠動機未向總控裝置發(fā)出遙控執(zhí)行的命令，如圖3 所示。現(xiàn)場已安裝EPA（電力規(guī)約錄波分析儀）對調度數據網和站控層網絡進行監(jiān)聽記錄，如圖4 所示。

圖3 調度遙控失敗報文記錄

圖4 EPA 通道監(jiān)聽網絡設置

當天13:00—14:00 EPA 錄取的站控層A 網及B 網報文如表1 所示。由表1 可知，遠動機未向總控發(fā)送遙控執(zhí)行報文。

表1 EPA 遙控報文記錄

調閱省調幾日前對H 線斷路器分閘操作的報文，發(fā)現(xiàn)當日第一次遙控失敗，第二次遙控成功。失敗原因也是遠動機未發(fā)出遙控分閘命令。

調閱EPA 記錄的遙控成功報文，省調下發(fā)至遠動機報文如下：

遠動下發(fā)至總控的報文如下：

下發(fā)的遙控報文中信息體地址為2C 60 00，遠動機將此轉換成25 00 00，對應遠動機第37號裝置（H 線線路測控），遙控成功后立即上送變位信息。調度第二次分閘操作成功，說明調度遙控H 線斷路器并不是一直失敗，有時可遙控成功。而且，在監(jiān)控后臺均可遙控成功。

由以上分析可知，調度遙控不成功的原因在于遠動機與總控之間的通信機制問題。

3 問題原因分析

3.1 遠動機站控層A 網報文分析

1 號遠動機IP 地址為192.9.200/201.81，2 號遠動機IP 地址為192.9.200/201.91，西門子1 號總控IP 地址為192.9.200/201.61，西門子2 號總控IP 地址為192.9.200/201.71。

調取當日遙控期間遠動機站控層A 網報文，1 號遠動機與2 臺總控裝置A 網報文如下：

TCP 連接（標識：SYN）：

TCP 確認（標識：ACK，RST）：

TCP 連接（標識：SYN）：

TCP 確認（標識：ACK，RST）：

TCP 連接（標識：SYN）：

TCP 確認（標識：ACK，RST）：

2 號遠動機與2 臺總控裝置A 網報文與1 號遠動機相似，此處不再列出。

從以上報文可以看出，當時2 臺遠動站控層A 網運行都不正常，遠動機鏈接西門子總控，但西門子總控拒絕鏈接。過程如下：1 號遠動機（192.9.200.81）向1 號西門子總控（192.9.200.61）和2 號西門子總控（192.9.200.71）發(fā)起TCP 鏈接，但都被拒絕，西門子總控回[ACK，RST]。2 號遠動機（192.9.200.91）向1 號西門子總控（192.9.200.61）和2 號西門子總控（192.9.200.71）發(fā)起TCP 鏈接，也都被拒絕。

調閱報文還發(fā)現(xiàn)遠動機站控層A 網仍有正常的遙測報文上送變化遙測數據。

由以上分析可知，1 號遠動機、2 號遠動機站控層A 網通信存在異常，但并非完全中斷。

3.2 遠動機站控層B 網報文分析

調取當日遙控期間遠動機站控層B 網報文，發(fā)現(xiàn)1 號遠動機、2 號遠動機與1 號西門子總控有U 格式鏈路測試報文及S 格式確認報文，可以判斷出1 號西門子總控為備機運行。

1 號遠動機、2 號遠動機與2 號西門子總控有正常數據收發(fā)，可以判斷出2 號西門子總控為主機運行。

由以上分析可知，在調度遙控時，1 號遠動機、2 號遠動機站控層B 網運行正常，正常情況下調度應能遙控成功，但實際卻遙控失敗。

3.3 遠動機告警信息分析

由于現(xiàn)場遠動與西門子總控A 網通信異常，產生大量告警信息，已將當日記錄覆蓋，現(xiàn)分析截取最近時間段的告警信息。當時遠動機與西門子總控A 網仍舊通信異常，421 號自診斷信息表示鏈接關閉，422 號自診斷信息表示鏈接成功，C009C83DH 表示1 號西門子總控，C009C847H表示2 號西門子總控。遠動機通信異常自診斷信息如圖5 所示。

圖5 遠動機自診斷信息

可以看出鏈路中斷→鏈接成功→鏈路中斷的周期約為15 s，與遙控失敗當日EPA 抓取的A網報文鏈路連接周期一致。正是在鏈接成功至鏈路中斷的15 s 周期內，西門子總控正常向遠動機上送遙信、遙測數據。這就解釋了為何1 號遠動機、2 號遠動機站控層A 網通信存在異常，卻仍有正常的遙測報文上送。

3.4 遙控失敗原因分析

NSC300 遠動機與西門子總控TCP 鏈路連接成功后會初始化相關參數，如IEC 104 鏈路初始化標志、總召標志等，這些參數按裝置區(qū)分，A網和B 網各有一份，相互獨立；另有部分遙控參數，如遙控對象、單（雙）點遙控、步調調節(jié)命令、是否帶時標等遙控屬性也會初始化為無效。表2列出部分控制方向的參數，這些遙控參數也是按裝置區(qū)分，但A 網和B 網共用。

表2 控制方向的參數信息

當日，調度時現(xiàn)場B 網運行正常，但由于A網鏈路處于頻繁鏈接成功→鏈路中斷狀態(tài)，造成遙控對象及屬性每隔15 s 就會被初始化為無效。調度遙控預置時，會記錄下該次遙控對象及屬性至相關裝置遙控參數區(qū)，當調度遙控執(zhí)行時，會將執(zhí)行命令中的遙控對象及屬性與裝置遙控參數區(qū)記錄的遙控對象及屬性進行比對，當不一致時會禁止遙控。

所以，當調度D5000 下發(fā)遙控選擇時均能成功。當調度D5000 下發(fā)遙控執(zhí)行時：若在選擇和執(zhí)行命令期間A 網發(fā)生中斷，相關遙控參數被清除，則遙控不會執(zhí)行；而若在選擇和執(zhí)行命令期間A 網未發(fā)生中斷，則遙控正常。

調度遙控失敗的根源在于遠動機同時判別站控層A，B 雙網鏈路狀態(tài)的判別機制不合理，當其中一個網絡鏈路中斷時，遠動機雙網鏈路公用的遙控參數都將初始化。

4 問題解決方案

4.1 解決方案

根據以上分析，南瑞科技廠家優(yōu)化了NSC300遠動機程序，當TCP 鏈路連接成功初始化相關參數時，對雙網共用的遙控參數增加另一個網絡狀態(tài)判斷功能，當另外一個網絡處于正常狀態(tài)時，不再初始化雙網共用的遙控參數。即只有2 個網絡通信異常，才會清除相關裝置遙控參數區(qū)的遙控對象及屬性。

4.2 現(xiàn)場試驗驗證

程序升級前，現(xiàn)場聯(lián)系省調進行2 號主變壓器3 號低壓電抗器遙控操作，多次不成功；程序升級后，再次聯(lián)系省調進行遙控操作，均成功。

修改遠動機判別機制后，調度反映該變電站未再出現(xiàn)遙控失敗情況。

針對“NSC300 遠動機+AK1703 總控單元+AM1703 測控裝置”模式的監(jiān)控系統(tǒng)，后續(xù)安排了遠動機程序升級，明顯提高了500 kV 變電站調度遙控成功率整體水平。

5 結語

（1）早期變電站遠動機改造后，由于通信標準不統(tǒng)一導致調度遙控成功率低。其原因在于國產遠動機對站控層雙網運行狀態(tài)的判別機制不合理，一個網絡鏈路中斷就會導致遠動機雙網鏈路公用的遙控參數初始化。

（2）針對“NSC300 遠動機+AK1703 總控單元+AM1703 測控裝置”模式的監(jiān)控系統(tǒng)，優(yōu)化了NSC300 遠動機程序，當TCP 鏈路連接成功初始化相關參數時，對雙網共用的遙控參數增加另一個網絡狀態(tài)判斷功能，當另外一個網絡處于正常狀態(tài)時，不再初始化雙網共用的遙控參數。

（3）遠動機程序優(yōu)化后，經過現(xiàn)場試驗驗證，調度遙控成功率整體水平得到了明顯提高。