保山供電局故障錄波組網(wǎng)分站系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

熊紅英　周鍵宇　何光層　楊俊峰

摘要：故障錄波組網(wǎng)分站系統(tǒng)是地調(diào)對(duì)轄區(qū)110 kV故障錄波器開(kāi)展在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)工作及掌握電網(wǎng)故障情況的有效手段，也是對(duì)故障錄波主站系統(tǒng)的延伸和補(bǔ)充?，F(xiàn)以保山供電局的故障錄波組網(wǎng)分站系統(tǒng)設(shè)計(jì)為例，闡述了分站系統(tǒng)的設(shè)計(jì)背景、軟硬件配置情況，介紹了分站系統(tǒng)基于B/S/C模式的架構(gòu)特點(diǎn)，分析了分站系統(tǒng)具體功能模塊的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：故障錄波;組網(wǎng)系統(tǒng);智能化;調(diào)度決策

0 引言

故障錄波組網(wǎng)分站系統(tǒng)[1-2]是網(wǎng)、省、地三級(jí)調(diào)度模式下，地調(diào)一級(jí)對(duì)省調(diào)一級(jí)主站系統(tǒng)在110 kV系統(tǒng)的延伸，也是保信系統(tǒng)在傳輸不可靠及自動(dòng)化程度不高的情況下，滿足地調(diào)繼電保護(hù)人員第一時(shí)間獲取故障情況的快速渠道，改變了過(guò)去由人工驅(qū)車下站的落后方式，能夠大幅縮短地區(qū)電網(wǎng)故障的獲取時(shí)間，為地調(diào)決策機(jī)構(gòu)及時(shí)提供復(fù)電依據(jù)，縮小停電范圍。

1 設(shè)計(jì)背景

故障錄波組網(wǎng)分站系統(tǒng)相較于故障錄波遠(yuǎn)傳系統(tǒng)，具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）人工調(diào)取方式和自動(dòng)巡檢模式相結(jié)合，運(yùn)行效率佳。（2）實(shí)時(shí)區(qū)和管理區(qū)信息自動(dòng)流轉(zhuǎn)，智能化程度高。（3）主動(dòng)識(shí)別故障信息，監(jiān)視評(píng)估一次間隔[3-4]，大數(shù)據(jù)診斷。（4）故障信息發(fā)布更快速。

故障錄波組網(wǎng)分站系統(tǒng)相較于保信系統(tǒng)，具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）取消保信子站，通信流程環(huán)節(jié)少，信息上傳直接、快速。（2）處理電網(wǎng)擾動(dòng)所產(chǎn)生的海量錄波數(shù)據(jù)時(shí)，效率更高、分析更準(zhǔn)。（3）獨(dú)立故障診斷功能。分站系統(tǒng)只需要接收原始錄波數(shù)據(jù)即可展開(kāi)獨(dú)立故障分析和診斷工作，而保信系統(tǒng)只能從廠站就地接收故障報(bào)告，靈活性差。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要考慮到錄波器的使用期限長(zhǎng)，型號(hào)和版本更迭復(fù)雜，接口標(biāo)準(zhǔn)化和信息一致性滯后的問(wèn)題。此外，錄波器私有信息過(guò)多，分站系統(tǒng)要求有兼容性和容錯(cuò)性，否則將導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定，故障分析結(jié)論不可靠，降低調(diào)度決策水平。

2 系統(tǒng)配置

2.1? ? 硬件配置

系統(tǒng)硬件配置標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)包含一套數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器（雙機(jī)熱備）、一套通信服務(wù)器（雙機(jī)熱備）、一臺(tái)存儲(chǔ)服務(wù)器、一臺(tái)Web服務(wù)器、一臺(tái)中心交換機(jī)、一個(gè)維護(hù)工作站、一臺(tái)橫向安全隔離裝置和KVM切換裝置。故障錄波組網(wǎng)分站系統(tǒng)硬件配置如圖1所示。

支撐核心業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器和通信服務(wù)器均采用冗余雙機(jī)熱備方式，可提高數(shù)據(jù)交互可靠性和錄波數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的安全性。KVM切換裝置同時(shí)在多個(gè)服務(wù)器之間開(kāi)展就地軟件部署和硬件故障診斷，工作站提供遠(yuǎn)程運(yùn)維手段，用于一般運(yùn)維和系統(tǒng)升級(jí)。橫向隔離裝置用于滿足二次系統(tǒng)信息安全防護(hù)需求，保證實(shí)時(shí)區(qū)的信息往管理區(qū)單向發(fā)布，不接受管理區(qū)信息的反向滲透。

2.2? ? 軟件配置

故障錄波組網(wǎng)分站系統(tǒng)軟件配置包括數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、常規(guī)信息發(fā)布服務(wù)模塊（Web/短信）、基于移動(dòng)終端的APP發(fā)布模塊、各廠商錄波信息采集模塊、IEC 61850信息采集模塊、安全防護(hù)跨區(qū)同步模塊、錄波圖形分析模塊、錄波信息管理模塊、看門(mén)狗模塊、通信監(jiān)視模塊、工作站維護(hù)模塊以及省-地錄波信息一體化服務(wù)模塊等。

軟件配置的目標(biāo)為：操作系統(tǒng)和應(yīng)用系統(tǒng)有效隔離;內(nèi)核態(tài)和應(yīng)用態(tài)業(yè)務(wù)切割合理;用戶權(quán)限和操作記錄清晰，可回溯;接入審計(jì)日志系統(tǒng)并受控;后臺(tái)監(jiān)護(hù)與界面管理雙軌制運(yùn)行，滿足服務(wù)和運(yùn)維同步進(jìn)行的需求。

此外，軟件還可制定通信遠(yuǎn)傳、數(shù)據(jù)過(guò)濾、信息存儲(chǔ)、自行看護(hù)、文檔整理、數(shù)據(jù)庫(kù)優(yōu)化、模塊橫向互聯(lián)等機(jī)制，漢化界面，確保操作符合用戶習(xí)慣。

3 基于B/S/C模式的系統(tǒng)架構(gòu)

故障錄波組網(wǎng)分站系統(tǒng)由Web應(yīng)用服務(wù)器、通信服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器三者構(gòu)成。其中，通信服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器部署在實(shí)時(shí)區(qū)，通過(guò)調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)，建立分站調(diào)度側(cè)機(jī)房與廠站側(cè)故障錄波裝置的連接，形成C/S交互結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)61850/103規(guī)約的遠(yuǎn)傳通信，實(shí)現(xiàn)錄波數(shù)據(jù)的主動(dòng)周期性采集和被動(dòng)驟發(fā)性數(shù)據(jù)采集。Web應(yīng)用服務(wù)器與通信服務(wù)器之間依然采用C/S結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)區(qū)與管理區(qū)的數(shù)據(jù)同步，同時(shí)對(duì)管理區(qū)提供Web發(fā)布服務(wù)，以B/S方式實(shí)現(xiàn)瀏覽客戶向分站系統(tǒng)請(qǐng)求的網(wǎng)頁(yè)訪問(wèn)。

Web應(yīng)用服務(wù)器承載的信息，全部基于通信服務(wù)器對(duì)擾動(dòng)錄波數(shù)據(jù)的故障診斷、信息篩選，保證實(shí)時(shí)區(qū)往管理區(qū)單向同步的數(shù)據(jù)最小化、實(shí)用化和精準(zhǔn)化。Web應(yīng)用服務(wù)器運(yùn)行的數(shù)據(jù)庫(kù)，與實(shí)時(shí)區(qū)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫(kù)形成對(duì)應(yīng)子集關(guān)系，以最有價(jià)值和最優(yōu)通信交互代價(jià)完成快速推送，滿足瀏覽客戶界面上的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示及電網(wǎng)故障的實(shí)時(shí)預(yù)警需求。

除了提供實(shí)時(shí)信息采集和自動(dòng)故障診斷功能，Web服務(wù)器還提供錄波器臺(tái)賬管理、比對(duì)定值[5]、召喚模擬量/開(kāi)關(guān)量、記錄SOE事件、系統(tǒng)自身的自檢及告警、統(tǒng)計(jì)、查詢、歸集及導(dǎo)出和打印服務(wù)。Web服務(wù)器提供獨(dú)立的客戶端版離線分析軟件，支持故障波形展示、二次分析、矢量和序量計(jì)算、各次諧波、阻抗軌跡等高級(jí)分析，支持帶權(quán)限的用戶登錄服務(wù)。

4 通信服務(wù)器

安裝在通信機(jī)房的服務(wù)器對(duì)變電站側(cè)提供實(shí)時(shí)的通信監(jiān)視和擾動(dòng)數(shù)據(jù)采集功能，包括接口接入、協(xié)議解析、數(shù)據(jù)傳輸、編碼譯碼，還有與之配套的通信狀態(tài)、鏈路質(zhì)量、數(shù)據(jù)庫(kù)關(guān)聯(lián)及線程狀態(tài)報(bào)告以及其他實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)。

通信服務(wù)器還提供錄波數(shù)據(jù)格式解析和故障分析功能。錄波數(shù)據(jù)以COMTRADE格式存儲(chǔ)，限于標(biāo)準(zhǔn)制定的滯后性和廠家型號(hào)的多樣性，COMTRADE存在工程化版本雜亂和互不兼容的缺陷，需要通信服務(wù)器具備額外的容錯(cuò)和矯正能力。因此，通信服務(wù)器保障了整個(gè)分站系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。

關(guān)鍵問(wèn)題及解決辦法：

（1）通信和分析模塊實(shí)時(shí)交互。分站與錄波器的通信連接具有一對(duì)多屬性，加上錄波數(shù)據(jù)的不可預(yù)測(cè)性，在電網(wǎng)擾動(dòng)時(shí)，錄波數(shù)據(jù)蜂擁而上，對(duì)通信服務(wù)器的數(shù)據(jù)接收、分析和存儲(chǔ)構(gòu)成了壓力?？紤]到錄波器的無(wú)效啟動(dòng)占比超過(guò)99%，為了兼顧分站系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)故障反映的實(shí)時(shí)性，應(yīng)該確保故障數(shù)據(jù)優(yōu)先分析，因此可以結(jié)合錄波數(shù)據(jù)的開(kāi)關(guān)量變位狀態(tài)信息對(duì)故障進(jìn)行初判，減少無(wú)效擾動(dòng)數(shù)據(jù)對(duì)分析模塊的持久占用。

（2）建立高效的數(shù)據(jù)庫(kù)引擎。分站系統(tǒng)的服務(wù)器數(shù)量眾多，加載的軟件模塊基于設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)一致性原則，數(shù)據(jù)庫(kù)是各軟件系統(tǒng)的最大公約數(shù)，直接關(guān)系到系統(tǒng)的穩(wěn)定性和預(yù)定功能的可實(shí)現(xiàn)性。分站系統(tǒng)建立一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)托管池，將原本任意模塊都直接訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)的方式，升級(jí)為向托管池提交數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)請(qǐng)求，由托管池根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)的處理能力及業(yè)務(wù)請(qǐng)求的優(yōu)先級(jí)，開(kāi)展任務(wù)排序和時(shí)機(jī)管理，提高數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)用效率。

（3）背靠背方式實(shí)時(shí)區(qū)數(shù)據(jù)同步到管理區(qū)的跨區(qū)交互。考慮到橫向隔離裝置屬于第三方以及運(yùn)行過(guò)程中可能出現(xiàn)的非可控因素，通信服務(wù)器和Web服務(wù)器進(jìn)行單向數(shù)據(jù)傳遞及單包確認(rèn)時(shí)，規(guī)約以背靠背方式設(shè)計(jì)，優(yōu)點(diǎn)是：首先對(duì)雙側(cè)任何一端發(fā)起均不敏感;其次是在橫向隔離裝置出現(xiàn)死機(jī)、斷電等嚴(yán)重故障后重啟時(shí)，分站系統(tǒng)的跨區(qū)同步模塊能自動(dòng)識(shí)別和修復(fù);最后是一方升級(jí)或維護(hù)時(shí)對(duì)另一方無(wú)影響，具有良好的低耦合特點(diǎn)。

5 分站功能設(shè)計(jì)

（1）錄波器狀態(tài)監(jiān)視。一種是對(duì)錄波器進(jìn)行周期性狀態(tài)查詢，以后臺(tái)常態(tài)化方式進(jìn)行，包括告警和新數(shù)據(jù)，當(dāng)有新的狀態(tài)時(shí)及時(shí)對(duì)其接收和處理;另一種是由分站側(cè)的工作站發(fā)起的臨時(shí)人工指令，隨機(jī)性強(qiáng)、權(quán)限高，并且不影響后臺(tái)常態(tài)化查詢方式。（2）網(wǎng)頁(yè)瀏覽器查詢。對(duì)錄波主站運(yùn)行的歷史信息進(jìn)行分類展示，支持按時(shí)間段、運(yùn)維單位、故障類型等單個(gè)/組合條件查詢，以列表控件、屏幕展示、打印和導(dǎo)出等方式呈現(xiàn)結(jié)果。導(dǎo)出格式支持記事本、PDF和Word等常見(jiàn)形式。（3）邊緣特性。單個(gè)功能的加載和卸載、模塊升級(jí)等，不影響其他模塊，也不造成整個(gè)系統(tǒng)的暫停和性能下降。（4）非侵入式特性。分站系統(tǒng)的運(yùn)行，對(duì)錄波器裝置的運(yùn)行不造成任何影響，不改變現(xiàn)有運(yùn)行方式及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，不特別建模，不對(duì)其他系統(tǒng)提出假設(shè)需求。（5）穩(wěn)定運(yùn)行。分站系統(tǒng)具有長(zhǎng)期自愈、自持和自修復(fù)功能，發(fā)生嚴(yán)重故障和不可預(yù)見(jiàn)場(chǎng)景時(shí)具有學(xué)習(xí)能力及自行恢復(fù)運(yùn)行能力，并記錄和報(bào)告缺陷情況。（6）災(zāi)備能力。系統(tǒng)出現(xiàn)如勒索病毒等入侵情況時(shí)，應(yīng)能恢復(fù)到最近一次正常運(yùn)行的環(huán)境、數(shù)據(jù)和配置，最近一次的時(shí)間間隔設(shè)置為15 min。（7）擴(kuò)展性強(qiáng)。系統(tǒng)能夠適應(yīng)服務(wù)器更換、操作系統(tǒng)升級(jí)、數(shù)據(jù)庫(kù)升級(jí)及網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的調(diào)整需求，并執(zhí)行改變運(yùn)行方式。（8）自動(dòng)追蹤錄波器狀態(tài)的能力。包括錄波器定值配置、模擬量信號(hào)變化、通信狀態(tài)改變、型號(hào)及規(guī)約改變等。（9）具有告警能力。系統(tǒng)能自動(dòng)根據(jù)告警類型確定告警目標(biāo)及對(duì)象，支持夜間免騷擾模式。（10）具備獨(dú)立的同步對(duì)時(shí)[6-7]信號(hào)接口，支持主流對(duì)時(shí)方式。（11）電子工作票管理。在工作站上提供運(yùn)維人員身份識(shí)別和權(quán)限認(rèn)證功能，開(kāi)展電子票開(kāi)具和操作跟蹤、結(jié)票管理工作，支持歷史統(tǒng)計(jì)查詢功能。

6 結(jié)語(yǔ)

故障錄波組網(wǎng)分站系統(tǒng)充分挖掘了故障錄波信息在反映電網(wǎng)故障實(shí)時(shí)性和完整性方面的優(yōu)勢(shì)，解決了保山供電局調(diào)控一體化決策過(guò)程中長(zhǎng)期面臨的信息孤島、跨專業(yè)協(xié)調(diào)指揮渠道滯塞等問(wèn)題，顯著縮短了電網(wǎng)事故的診斷分析時(shí)間。該系統(tǒng)構(gòu)建了在線故障錄波信息監(jiān)視、兼顧網(wǎng)絡(luò)安防信息傳輸、實(shí)時(shí)區(qū)和非實(shí)時(shí)區(qū)數(shù)據(jù)同步、自主故障分析診斷、Web快速發(fā)布、工作站運(yùn)維等地調(diào)電網(wǎng)故障處理的智能化全自動(dòng)解決方案，最大程度地提升了輸電可靠性，保障了保山電網(wǎng)的安全運(yùn)行。

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收稿日期：2020-04-02

作者簡(jiǎn)介：熊紅英（1983—），女，湖南邵陽(yáng)人，工程師，研究方向：電力系統(tǒng)繼電保護(hù)。