企業(yè)電力調(diào)度監(jiān)控主站系統(tǒng)的改造分析

趙伯男

（中國石油大連石化分公司）

0 引言

隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，電力系統(tǒng)也取得了飛速進步，各企業(yè)對電力監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)提出愈來愈高的要求，同時也給各行業(yè)帶來深刻影響，電網(wǎng)呈現(xiàn)出更大規(guī)模送電的全新格局。各非電力企業(yè)的電力部門，向國家電網(wǎng)看齊，全面深入建設(shè)，設(shè)備集中監(jiān)控業(yè)務(wù)統(tǒng)一納入電力調(diào)度管理，全面推進變電站無人值守，實施設(shè)備常態(tài)化遠程監(jiān)控。但隨著相關(guān)監(jiān)控設(shè)備年久故障、早期各監(jiān)控軟件研發(fā)版本過低等問題，部分企業(yè)電力調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)出現(xiàn)異常，甚至影響了電力調(diào)度的相關(guān)監(jiān)控工作，這嚴重關(guān)乎電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行及企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

1 電力調(diào)度監(jiān)控主站系統(tǒng)的概述

調(diào)度監(jiān)控主站系統(tǒng)是調(diào)度自動化系統(tǒng)的重要核心。它是以計算機為中心的分布式、大規(guī)模系統(tǒng)。系統(tǒng)前置機完成電力系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)的接收與預處理等功能，后臺處理機完成數(shù)據(jù)的進一步處理、存儲、系統(tǒng)監(jiān)視與分析等高級應(yīng)用功能。經(jīng)過人機聯(lián)系子系統(tǒng)呈現(xiàn)給調(diào)度人員，執(zhí)行子系統(tǒng)對各電廠、變電站自動化系統(tǒng)進行遠程控制和調(diào)節(jié)。

2 某企業(yè)電力調(diào)度監(jiān)控主站系統(tǒng)的現(xiàn)場概況及故障問題

該企業(yè)電力調(diào)度監(jiān)控主站系統(tǒng)于2014 年投運使用，監(jiān)控廠家為北京四方。在現(xiàn)行的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中，子站與調(diào)度主站間采用標準IEC-60870-5-104傳輸規(guī)約，調(diào)度主站內(nèi)相關(guān)前置網(wǎng)絡(luò)與主網(wǎng)絡(luò)共網(wǎng)，該企業(yè)電力系統(tǒng)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)如圖1所示。

圖1 該企業(yè)整體電力調(diào)度主站監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)圖

IEC-60870-5-104規(guī)約采用TCP/IP協(xié)議。IP協(xié)議負責將數(shù)據(jù)從一處傳往另一處，TCP負責掌控數(shù)據(jù)流量，并保證傳輸?shù)恼_性。當主站軟件重新啟動或鏈路故障時，主站向子站發(fā)出建立鏈路的報文。當通道建立后，主站總召喚一次所有數(shù)據(jù)，隨后按配置定時召喚所有數(shù)據(jù)，子站主動傳送變化數(shù)據(jù)。

該企業(yè)電力調(diào)度主站使用的監(jiān)控軟件架構(gòu)采用的是 UNIX 系統(tǒng)，為北京四方CyberControl-V2.8.4.9594版本,該軟件發(fā)布版本為2012年8月。

投運七年后，集控系統(tǒng)已陸續(xù)出現(xiàn)如下問題：

1）有兩臺監(jiān)控服務(wù)器在有遙信變位的情形下，監(jiān)控軟件的告警窗口無相應(yīng)的告警信息顯示。

2）監(jiān)控后臺有告警彈窗后，無報警音響 ，經(jīng)過現(xiàn)場測試服務(wù)器配置的音箱能夠正常發(fā)聲，懷疑是服務(wù)器聲卡出現(xiàn)異常。

3）監(jiān)控系統(tǒng)出現(xiàn)監(jiān)控軟件包進程異常（報警、圖形監(jiān)控），節(jié)點（historyb）進程“圖形異常和報警”及節(jié)點（historyA）進程“圖形異?！眻缶畔?。之后每日都有此報警發(fā)生，日報警頻次不多，不影響監(jiān)盤。從2021年3月29日開始，此報警頻次增加，平均每分鐘報兩次，如圖2所示。

圖2 監(jiān)控后臺故障相關(guān)報警

4）現(xiàn)場使用的服務(wù)器及監(jiān)控電腦主機運行卡頓，服務(wù)器及部分電腦主機重啟需要長達幾十分鐘才能正常使用，重啟過程中已多次出現(xiàn)系統(tǒng)癱瘓現(xiàn)象，目前歷史服務(wù)器中的一臺及維護工作站的一臺監(jiān)控主機均已處于癱瘓狀態(tài)。

以上故障已嚴重影響了電力調(diào)度的相關(guān)監(jiān)控工作，針對以上故障，該企業(yè)的電力調(diào)度監(jiān)盤人員采取如下臨時應(yīng)對措施：

1）不依靠系統(tǒng)彈窗監(jiān)盤，將其中一臺集控監(jiān)視器（后臺）界面打開到歷史“報警窗口”界面。

2）加強監(jiān)盤，值班員時刻關(guān)注報警信息變化，定期查看集控系統(tǒng)“事項查詢”，通過報警過濾來檢查是否有“遺漏”的報警。

3）注意“報警窗口”顏色變化，發(fā)現(xiàn)有顏色變化立即查看。

4）定期確認及清除“數(shù)據(jù)庫服務(wù)器節(jié)點進程報警”信息。

3 故障判斷

經(jīng)現(xiàn)場判斷并確認分析上述異常原因如下：①服務(wù)器長時間的運行導致硬件老化、聲卡異常；②操作系統(tǒng)在長時間運行中，產(chǎn)生大量無用的系統(tǒng)文件，致使操作系統(tǒng)重啟時間過長；③操作系統(tǒng)出現(xiàn)異常導致與監(jiān)控系統(tǒng)軟件兼容出現(xiàn)異常，致使監(jiān)控軟件出現(xiàn)異常；④原監(jiān)控系統(tǒng)配置節(jié)點過多（20多個），104傳輸通道壓力過大，需要刪除沒有使用的節(jié)點；⑤監(jiān)控主機硬件老化，經(jīng)現(xiàn)場打開損壞的主機發(fā)現(xiàn)主機電源元件發(fā)熱嚴重。

4 改造方案

結(jié)合現(xiàn)場實際情況，提出一種更換監(jiān)控后臺系統(tǒng)廠家的方案。

4.1 建設(shè)目標

對軟硬件協(xié)同升級，最大有效地利用軟硬件升級帶來的功能、性能提升；也為調(diào)度自動化系統(tǒng)整體提升奠定基礎(chǔ)。Web服務(wù)器因未發(fā)生故障保持不動，仍保持通過其在相關(guān)電力部門管理網(wǎng)有權(quán)開放電力信息Web瀏覽的功能，其余設(shè)備采用新的廠家備品備件和服務(wù)，支撐系統(tǒng)今后更長遠的穩(wěn)定可靠運行。解決基礎(chǔ)平臺設(shè)備老化、故障問題的同時，提升軟件功能和性能。提供更大的容量，實現(xiàn)對全廠電氣設(shè)備的監(jiān)視和控制。

4.2 建設(shè)內(nèi)容

（1） 應(yīng)用軟件升級

調(diào)度自動化軟件更換擬采用PCS-9000系統(tǒng)，運行穩(wěn)定性、系統(tǒng)兼容性及技術(shù)成熟度已非昔日可比，不但功能更加全面、操作維護更加方便，也已完全符合國家電網(wǎng)及南方電網(wǎng)的最新技術(shù)規(guī)范，可以更加全面地對企業(yè)提供技術(shù)支撐，協(xié)助該企業(yè)提高電力調(diào)度及管理水平。

（2） 支撐軟件升級

本次升級將操作系統(tǒng)統(tǒng)一升級為Red Linux，兼顧安全性及使用方便性；將數(shù)據(jù)庫升級為Oracle 12C或更新版本，提高數(shù)據(jù)存儲及訪問效率。

（3） 硬件平臺升級

現(xiàn)運行系統(tǒng)的硬件問題主要表現(xiàn)在服務(wù)器及工作站的故障維修及較高負載上，同時新版本軟件也要求更高水平的硬件支持。

現(xiàn)場運行的IT設(shè)備，已無法購買備品備件及相關(guān)服務(wù)，一旦設(shè)備故障，影響面較大，甚至有可能導致系統(tǒng)整體癱瘓。

硬件升級主要考慮使用更高配置的X86服務(wù)器（提高計算機數(shù)據(jù)存儲能力）及工作站（提高人機界面反應(yīng)速度及用戶感受）替換原有設(shè)備。同時為提高網(wǎng)絡(luò)安全性，新增兩臺主干網(wǎng)交換機。

使用最新通用的高性能的服務(wù)器和工作站，進行硬件設(shè)備升級，在功能和性能上將大大超過老系統(tǒng)。

4.3 調(diào)試及施工方案

（1）在廠家公司內(nèi)搭建

①服務(wù)器安裝，按照要求為所有的服務(wù)器、工作站安裝操作系統(tǒng)，陣列系統(tǒng)搭建，部署oralce以及PCS9000（V3.1）；②根據(jù)現(xiàn)場情況在平臺上繪制各廠站主接線圖，制作scada庫，配置前置，制作報表；③廠內(nèi)進行Web系統(tǒng)搭建，并進行測試；④若有特殊要求的功能，研發(fā)人員廠內(nèi)進行開發(fā)測試。

（2）現(xiàn)場施工技改

原集控組網(wǎng)方式為混網(wǎng)，需在主干網(wǎng)重新布置交換機，主要針對服務(wù)器與集控工作站分享、傳輸數(shù)據(jù)，在新上服務(wù)器運行調(diào)試時，單獨針對新服務(wù)器進行調(diào)試使用，不影響運行通道。前置網(wǎng)交換機后期針對各子站遠動通訊傳輸通道。建立主干網(wǎng)及前置網(wǎng)后，使監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)更有層次，不再混網(wǎng)。同時服務(wù)器等設(shè)備仍采用雙冗余設(shè)計，在其中一臺出現(xiàn)故障能實現(xiàn)設(shè)備之間的自動切換，保證穩(wěn)定性。

新老系統(tǒng)并列運行（即新老服務(wù)器全接連至前置交換機上）：

前期在對新服務(wù)器進行單獨調(diào)試時，新服務(wù)器接連至主干網(wǎng)交換機，主干交換機與前置交換機無物理連接，這樣不影響運行通道。待調(diào)試完畢后，主干網(wǎng)與前置網(wǎng)再進行網(wǎng)絡(luò)連接。

然后在老系統(tǒng)的交換機進行端口鏡像配置，將老系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集網(wǎng)口的數(shù)據(jù)鏡像到新系統(tǒng)的服務(wù)器里面，部署protocol sniffer（抓包）進程使新系統(tǒng)的104采集通道工作處在監(jiān)聽模式，此時可在新系統(tǒng)上核對相關(guān)信息，這樣可以待新系統(tǒng)試運行一段時間后再切換至新系統(tǒng)運行。

圖3 主站技改監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)示意圖

此套技改方案相關(guān)技術(shù)已在多個能源企業(yè)電力調(diào)度監(jiān)控主站改造中成功應(yīng)用。

（3）信號核對

遙測核對比較簡單，在將變電站接入調(diào)度系統(tǒng)后，可以采用在新調(diào)度系統(tǒng)的畫面上與老系統(tǒng)上進行比對遙測，或者新調(diào)度系統(tǒng)與站端核對遙測信號，在比對每個間隔的遙測信號正常后，可以通過計算流入和流出母線的電流大小是否相同，進一步校驗遙測數(shù)據(jù)的正確性。

遙信信號核對的關(guān)鍵在于“點號”、“描述”、“值”是否一致，針對一次設(shè)備，可以在一次主接線圖上與站端或者老系統(tǒng)的一次圖比對。針對一些保護信號或者異常等告警信號可以采用以下辦法比對：對于一些檢修或者可以停電的間隔，可以進行遙信信號的實際傳動；對于不能停電的間隔，可以通過遠動置數(shù)、“遠方就地”手把切換等進行實際抽驗。遙信信號通常是直接從點表中粘貼過來的，不會進行修改，確保起始點正確，中間點抽驗，再全部核對所有狀態(tài)是“合”的信號的描述。

備注：由于該企業(yè)在下屬變電所區(qū)域有專門的操作班組，按此企業(yè)的要求，取消電力調(diào)度主站系統(tǒng)的遙控功能。

（4）施工時長

①在廠家公司搭建：所有配置搭建時長不超過一個月工作日；②現(xiàn)場調(diào)試施工：一個月工作日左右。

（5）方案總結(jié)

此套相關(guān)方案，總體來說采用監(jiān)聽模式及鏡像模式，監(jiān)聽端口并捕獲104實時報文，與老系統(tǒng)104通道報文或子站實時數(shù)據(jù)進行比對，該方案對比信號時，對比性強，可靠性高。通過對硬件設(shè)備的更換，使軟、硬件平臺的升級，同時對集控主站系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)進行重新建立，使監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)更有層次，不再混網(wǎng)，重新建立監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)（增加主干網(wǎng)）有利于重新梳理集控監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，更換軟件平臺有利于培養(yǎng)員工進行加深軟件方面的了解。同時考慮增加磁盤陣列，從而增加了歷史服務(wù)存儲數(shù)據(jù)的容量。

5 結(jié)束語

電力調(diào)度監(jiān)控主站在各企業(yè)電力系統(tǒng)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)有著舉足輕重的作用，通過對某企業(yè)電力調(diào)度監(jiān)控主站改造方案的研討，為今后各企業(yè)電力調(diào)度主站監(jiān)控系統(tǒng)改造提供參考與建議。