變電站三遙信號(hào)單端核對(duì)系統(tǒng)研究與開(kāi)發(fā)

歐陽(yáng)智斌 吳笑天

變電站三遙信號(hào)單端核對(duì)系統(tǒng)研究與開(kāi)發(fā)

歐陽(yáng)智斌 吳笑天

（國(guó)網(wǎng)泰州供電公司，江蘇 泰州 225300）

針對(duì)當(dāng)前變電站三遙信號(hào)核對(duì)工作效率低的問(wèn)題，本文研究開(kāi)發(fā)一種能夠?qū)崿F(xiàn)信號(hào)單端核對(duì)的信息傳輸和接收系統(tǒng)，創(chuàng)新使用電力無(wú)線傳輸鏈路，突破電力內(nèi)網(wǎng)信息傳輸?shù)谋趬尽＠脤?zhuān)用服務(wù)器從主站安全獲取各廠站三遙數(shù)據(jù)，通過(guò)電力接入點(diǎn)（APN）專(zhuān)網(wǎng)進(jìn)行傳輸，并開(kāi)發(fā)用于接收數(shù)據(jù)的移動(dòng)應(yīng)用，從而實(shí)現(xiàn)變電站三遙信號(hào)的遠(yuǎn)程獲取。在信號(hào)驗(yàn)收過(guò)程中，無(wú)需后臺(tái)人員配合，現(xiàn)場(chǎng)工作人員利用移動(dòng)終端即可實(shí)現(xiàn)信號(hào)的單端核對(duì)?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和應(yīng)用表明，利用信號(hào)單端核對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行信號(hào)驗(yàn)收，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員可從五人減少到兩人，單個(gè)信號(hào)的平均核對(duì)時(shí)間縮短三分之一，工作效率得到了明顯提升。

三遙信號(hào)；移動(dòng)終端；電力專(zhuān)網(wǎng)；信號(hào)核對(duì)

0 引言

變電站內(nèi)各類(lèi)設(shè)備狀態(tài)信息的準(zhǔn)確上送是實(shí)現(xiàn)變電站自動(dòng)化的基礎(chǔ)，因此在基建和技改項(xiàng)目中，三遙信號(hào)的驗(yàn)收是工作中的重要組成部分[1]。當(dāng)前，信號(hào)驗(yàn)收依靠二次檢修人員將信號(hào)從開(kāi)關(guān)場(chǎng)地和各類(lèi)二次設(shè)備處核對(duì)到監(jiān)控后臺(tái)和自動(dòng)化主站，現(xiàn)場(chǎng)人員與后臺(tái)人員相互配合，逐一完成各個(gè)信號(hào)的核對(duì)工作[2]。由于變電站內(nèi)工作需要一人操作、一人監(jiān)護(hù)，驗(yàn)收需要投入大量的人力。同時(shí)，多方溝通和等待過(guò)程也會(huì)耗費(fèi)大量時(shí)間，降低工作效率。為此，文獻(xiàn)[3]提出通過(guò)數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)模塊與廠站后臺(tái)機(jī)相連，完成后臺(tái)信息的接收和無(wú)線發(fā)送，同時(shí)配合智能手機(jī)，實(shí)現(xiàn)后臺(tái)監(jiān)控信息的遠(yuǎn)程瀏覽。但是，遠(yuǎn)程服務(wù)裝置與監(jiān)控后臺(tái)主機(jī)直接相連，存在網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險(xiǎn)，且方案中的移動(dòng)手機(jī)顯示界面只是監(jiān)控后臺(tái)主機(jī)的映射，無(wú)法對(duì)后臺(tái)畫(huà)面進(jìn)行清閃、確認(rèn)和刷新，信號(hào)核對(duì)時(shí)，存在已發(fā)信號(hào)顯示干擾的情況，使用不夠方便。文獻(xiàn)[4]研發(fā)了一套監(jiān)控信息自動(dòng)閉環(huán)驗(yàn)收系統(tǒng)，能夠在沒(méi)有人工干預(yù)的情況下，自動(dòng)進(jìn)行信號(hào)觸發(fā)和比對(duì)，雖能夠?qū)崿F(xiàn)測(cè)控裝置到主站信號(hào)的正確性核驗(yàn)，但并未覆蓋開(kāi)關(guān)場(chǎng)地到測(cè)控裝置信號(hào)回路。

為了解決當(dāng)前變電站信號(hào)核對(duì)存在的問(wèn)題，有效提高三遙信號(hào)驗(yàn)收效率，本文基于移動(dòng)終端，研究開(kāi)發(fā)安全可控的信息傳輸和接收系統(tǒng)，從調(diào)度主站獲取各廠站的三遙信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)的遠(yuǎn)程瀏覽[5-7]。信號(hào)單端核對(duì)系統(tǒng)可分為電力內(nèi)網(wǎng)獲取、安全網(wǎng)接入、接入點(diǎn)（access point name, APN）專(zhuān)網(wǎng)傳輸、移動(dòng)終端接收四個(gè)部分，通過(guò)移動(dòng)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)后臺(tái)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程顯示，為信號(hào)的單端核對(duì)創(chuàng)造了條件?；谝苿?dòng)終端的信號(hào)單端核對(duì)作業(yè)方式，能夠減少人員投入，縮減等待和反饋時(shí)間，從而成倍提升工作效率。

1 信號(hào)驗(yàn)收分析

在變電站中，各類(lèi)設(shè)備的狀態(tài)信息通過(guò)電力網(wǎng)絡(luò)逐層上送到廠站后臺(tái)和調(diào)度主站，為了保證數(shù)據(jù)安全，電力網(wǎng)絡(luò)采用與外界網(wǎng)絡(luò)相互隔絕的通信網(wǎng)，站內(nèi)網(wǎng)絡(luò)嚴(yán)禁一切非認(rèn)證設(shè)備接入[8-10]。這也使得在開(kāi)關(guān)場(chǎng)地進(jìn)行信號(hào)驗(yàn)收的現(xiàn)場(chǎng)人員無(wú)法直接獲取后臺(tái)反饋信息，只能通過(guò)與后臺(tái)人員遠(yuǎn)程通話(huà)間接獲取。受制于后臺(tái)信息無(wú)法就地瀏覽，當(dāng)前信號(hào)驗(yàn)收過(guò)程主要存在以下兩個(gè)問(wèn)題：

1）現(xiàn)場(chǎng)投入人員多。當(dāng)前信號(hào)驗(yàn)收過(guò)程涉及開(kāi)關(guān)現(xiàn)場(chǎng)、廠站后臺(tái)和遠(yuǎn)方主站三個(gè)位置，三處人員相互配合才能完成信號(hào)核對(duì)。若嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)家電網(wǎng)安全規(guī)定，廠站后臺(tái)和開(kāi)關(guān)現(xiàn)場(chǎng)需要各安排兩名檢修人員，加上遠(yuǎn)方主站的工作人員，變電站單個(gè)信號(hào)的完整核對(duì)至少需要投入五名工作人員。

2）溝通等待時(shí)間長(zhǎng)。三遙信號(hào)驗(yàn)收依靠三處人員協(xié)調(diào)配合，共同完成，現(xiàn)場(chǎng)人員通過(guò)對(duì)講機(jī)或移動(dòng)手機(jī)與廠站后臺(tái)人員聯(lián)系，確認(rèn)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)與后臺(tái)顯示一致，同時(shí)廠站后臺(tái)人員與主站后臺(tái)人員核對(duì)信號(hào)，確保遠(yuǎn)方主站信息與現(xiàn)場(chǎng)顯示一致，之后由廠站后臺(tái)人員下達(dá)完成指令，開(kāi)始下一個(gè)信號(hào)點(diǎn)的核對(duì)。信號(hào)驗(yàn)收現(xiàn)場(chǎng)的人員分布如圖1所示。

從圖1可以看出，信號(hào)核對(duì)涉及三方對(duì)點(diǎn)，主站后臺(tái)和廠站后臺(tái)信息的遠(yuǎn)程獲取是實(shí)現(xiàn)信號(hào)單端核對(duì)的關(guān)鍵所在。當(dāng)前，部分變電站內(nèi)已經(jīng)部署了廣域運(yùn)維系統(tǒng)，在調(diào)度主站即可獲取各廠站的后臺(tái)信息，因此在主站側(cè)接入，能夠同時(shí)獲取廠站后臺(tái)和遠(yuǎn)程上送給主站的三遙信號(hào)，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的單端獲取和核對(duì)。

圖1 信號(hào)驗(yàn)收現(xiàn)場(chǎng)人員分布

通常，單個(gè)220kV線路間隔就有多達(dá)100個(gè)信號(hào)點(diǎn)，常規(guī)220kV變電站的綜合自動(dòng)化改造項(xiàng)目中，各個(gè)電壓等級(jí)的信號(hào)點(diǎn)累加起來(lái)超過(guò)3 000個(gè)，三遙信號(hào)的核對(duì)工作占據(jù)了大量人力和時(shí)間。當(dāng)前，變電站三遙信息核對(duì)受制于后臺(tái)信息不能移動(dòng)獲取，信號(hào)驗(yàn)收工作嚴(yán)重影響了變電站基建和技改現(xiàn)場(chǎng)的驗(yàn)收工作效率。因此，研發(fā)變電站三遙信號(hào)單端核對(duì)系統(tǒng)，利用移動(dòng)終端實(shí)時(shí)接收現(xiàn)場(chǎng)一、二次設(shè)備狀態(tài)信息，從而實(shí)現(xiàn)變電站信號(hào)單端核對(duì)，可以極大提升二次檢修人員的驗(yàn)收效率，減少因?yàn)橥ｋ娫斐傻碾娋W(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)和經(jīng)濟(jì)損失。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)

變電站三遙信號(hào)單端核對(duì)系統(tǒng)將信號(hào)的傳輸分為電力內(nèi)網(wǎng)獲取、安全網(wǎng)接入、APN專(zhuān)網(wǎng)傳輸、移動(dòng)終端接收四個(gè)階段，如圖2所示，通過(guò)專(zhuān)用服務(wù)器安全讀取D5000數(shù)據(jù)并傳輸給移動(dòng)終端。在變電站進(jìn)行三遙信號(hào)核對(duì)時(shí)，利用經(jīng)過(guò)認(rèn)證的專(zhuān)用移動(dòng)終端，調(diào)取所在變電站三遙信號(hào)，與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際進(jìn)行比對(duì)，即可實(shí)現(xiàn)信號(hào)的單端核對(duì)。

2.1 電力內(nèi)網(wǎng)獲取

在電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)內(nèi)，一般通過(guò)隔離裝置將電力調(diào)度數(shù)據(jù)從安全Ⅰ區(qū)傳輸?shù)桨踩髤^(qū)，確保安全Ⅰ區(qū)的數(shù)據(jù)和外界完全隔離[11]。物理隔離，只能允許特定數(shù)據(jù)外傳，能夠有效防范網(wǎng)絡(luò)入侵，是數(shù)據(jù)安全傳輸?shù)年P(guān)鍵一環(huán)。主站三遙信號(hào)經(jīng)過(guò)軟硬件隔離，開(kāi)放單向數(shù)據(jù)傳輸，并設(shè)置固定端口綁定業(yè)務(wù)，允許指定的IP地址獲取數(shù)據(jù)。

2.2 安全網(wǎng)接入

在安全網(wǎng)接入環(huán)節(jié)，采用專(zhuān)用服務(wù)器實(shí)現(xiàn)三遙信號(hào)的調(diào)取和轉(zhuǎn)發(fā)，系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)（data encryption standard, DES）算法對(duì)所有傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行加密，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩訹12-13]。同時(shí)，采用A3算法進(jìn)行移動(dòng)終端鑒別，利用Ki密鑰和隨機(jī)數(shù)在鑒權(quán)中心和SIM卡中生成加密響應(yīng)來(lái)確認(rèn)SIM卡的有效性。本系統(tǒng)在軟件防護(hù)方面建立了一整套的安全防護(hù)體系，進(jìn)行多層次、多手段的檢測(cè)和防護(hù)。在系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)邊界設(shè)計(jì)部署帶入侵防護(hù)功能的防火墻，對(duì)每個(gè)安全域進(jìn)行嚴(yán)格的訪問(wèn)控制。入侵防護(hù)系統(tǒng)是安全防護(hù)體系中重要的一環(huán)，它能夠及時(shí)識(shí)別網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生的入侵行為并實(shí)時(shí)報(bào)警，進(jìn)行有效攔截防護(hù)，并對(duì)訪問(wèn)狀態(tài)、通信協(xié)議和應(yīng)用協(xié)議及內(nèi)容進(jìn)行深度檢測(cè)。

圖2 信息傳輸

2.3 信息傳輸和接收

為了保證電力數(shù)據(jù)在無(wú)線傳輸過(guò)程中的安全性，防止數(shù)據(jù)外泄，本文提出將APN電力專(zhuān)網(wǎng)作為信息傳輸通道，并通過(guò)專(zhuān)用的移動(dòng)終端進(jìn)行接收。APN電力專(zhuān)網(wǎng)傳輸采用移動(dòng)APN專(zhuān)網(wǎng)固定IP方式，所有數(shù)據(jù)都在移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商的APN內(nèi)網(wǎng)通道傳輸，安全性得到極大的保證。專(zhuān)用移動(dòng)終端插入經(jīng)配對(duì)的電力專(zhuān)用SIM卡和TF加密卡，經(jīng)4G網(wǎng)絡(luò)接收和發(fā)送加密信息，解密后獲取各變電站三遙信息。采用APN電力專(zhuān)網(wǎng)，信息始終通過(guò)電力專(zhuān)網(wǎng)通道傳輸，安全風(fēng)險(xiǎn)低，可靠性高。

移動(dòng)終端是實(shí)現(xiàn)信號(hào)單端核對(duì)的重要載體，在保證電力信息安全的同時(shí)，還要兼顧現(xiàn)場(chǎng)的可用性和便利性，主要包括以下兩個(gè)方面的內(nèi)容：

1）硬件設(shè)計(jì)。為了有效縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間，減少成本投入，移動(dòng)終端采用現(xiàn)有的移動(dòng)平板計(jì)算機(jī)，具有成本低、可靠性高的特點(diǎn)。同時(shí)，為了有效進(jìn)行數(shù)據(jù)加密，在硬件方面還部署了專(zhuān)用的TF加密卡，對(duì)交互數(shù)據(jù)進(jìn)行硬件加密。信息傳輸采用電力APN專(zhuān)網(wǎng)傳輸?shù)耐ㄐ挪呗裕ㄟ^(guò)插入專(zhuān)用SIM卡，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)終端通信通道與外界公網(wǎng)的隔離。

2）軟件開(kāi)發(fā)。移動(dòng)終端應(yīng)用開(kāi)發(fā)基于HTML5語(yǔ)言，具有便于調(diào)試和修改、移植性強(qiáng)的特點(diǎn)。對(duì)于開(kāi)發(fā)的移動(dòng)應(yīng)用，設(shè)置了應(yīng)用層認(rèn)證，確保終端的合法接入。首先，對(duì)用戶(hù)進(jìn)行身份標(biāo)識(shí)和鑒別，保證用戶(hù)名的惟一性；每個(gè)移動(dòng)終端配置惟一的ID號(hào)并設(shè)定密碼，在其登陸時(shí)通過(guò)數(shù)據(jù)中心進(jìn)行應(yīng)用層認(rèn)證，進(jìn)一步增強(qiáng)系統(tǒng)的安全性。同時(shí)，配置終端登錄口令，口令采用3種字符、8位長(zhǎng)度的組合；啟用登錄失敗處理功能，登錄失敗3次后采取結(jié)束會(huì)話(huà)措施，否則重新登錄，三遙數(shù)據(jù)獲取流程如圖3所示。登錄成功后即可選擇變電站的相應(yīng)間隔設(shè)備，調(diào)取所需三遙信號(hào)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)核對(duì)工作。

圖3 三遙數(shù)據(jù)獲取流程

三遙信號(hào)單端核對(duì)系統(tǒng)從主站的D5000數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)取各廠站三遙信息，兼顧安全性和通用性，為現(xiàn)場(chǎng)便捷作業(yè)提供了強(qiáng)有力的支撐。系統(tǒng)只涉及各廠站三遙信號(hào)的單向傳輸，不涉及任何控制性業(yè)務(wù)，通過(guò)物理和軟件雙重隔離、專(zhuān)用無(wú)線傳輸通道和數(shù)據(jù)加密等措施，保證電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)的安全性。

3 系統(tǒng)測(cè)試和效益分析

在完成硬件部署和軟件開(kāi)發(fā)之后，選擇平板計(jì)算機(jī)作為移動(dòng)終端，載入移動(dòng)應(yīng)用，進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)的功能測(cè)試，并對(duì)軟件進(jìn)行優(yōu)化。同時(shí)，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)核對(duì)試驗(yàn)，深入分析三遙信號(hào)單端核對(duì)系統(tǒng)為現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)帶來(lái)的積極作用。

3.1 系統(tǒng)測(cè)試

移動(dòng)作業(yè)終端選擇華為C5平板計(jì)算機(jī)，在裝入電力專(zhuān)網(wǎng)SIM卡和TF加密卡后，進(jìn)行登錄驗(yàn)證。選取泰州220kV白馬變電站，隨機(jī)調(diào)取5個(gè)間隔，每個(gè)間隔取10個(gè)三遙信號(hào)點(diǎn)，測(cè)試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)響應(yīng)時(shí)間如圖4所示。從圖4可以看出，數(shù)據(jù)庫(kù)響應(yīng)時(shí)間短，且正確率均在100%，滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)要求。

圖4 數(shù)據(jù)庫(kù)響應(yīng)時(shí)間

依托移動(dòng)作業(yè)終端，信號(hào)驗(yàn)收過(guò)程可以采用圖5所示步驟，由以前的多端協(xié)同轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)在的單端核對(duì)。

圖5 單端核對(duì)步驟

基于上述作業(yè)流程，結(jié)合白馬變電站綜合自動(dòng)化改造工作，對(duì)110kV線路改造過(guò)程中的信號(hào)進(jìn)行驗(yàn)收，單個(gè)間隔信號(hào)核對(duì)用時(shí)見(jiàn)表1。

表1 各間隔信號(hào)核對(duì)用時(shí)

3.2 效益分析

三遙信號(hào)單端核對(duì)系統(tǒng)的成功開(kāi)發(fā)，不僅改變了現(xiàn)場(chǎng)的作業(yè)模式，提高了工作效率，還在提升班組承載力的同時(shí)，降低了因停電帶來(lái)的電網(wǎng)風(fēng) 險(xiǎn)[14-16]。對(duì)本系統(tǒng)產(chǎn)生的積極作用進(jìn)行分析，主要有以下四點(diǎn)：

1）人員投入減少。對(duì)于信號(hào)驗(yàn)收工作，對(duì)比當(dāng)前信號(hào)核對(duì)模式，班組人員投入大大減少，有效提高了班組的承載力。

2）驗(yàn)收時(shí)間縮短。基于移動(dòng)終端的信號(hào)核對(duì)過(guò)程，無(wú)需多方溝通和等待過(guò)程，單個(gè)信號(hào)的平均驗(yàn)收時(shí)間有效縮短。

3）系統(tǒng)平臺(tái)可擴(kuò)展。系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的移動(dòng)應(yīng)用能夠調(diào)取D5000數(shù)據(jù)庫(kù)中的各類(lèi)三遙信息，這些信息同樣適用于故障搶修時(shí)的分析判斷，因此，利用本平臺(tái)的信息傳輸鏈路，可以開(kāi)發(fā)適用于其他場(chǎng)合的檢修應(yīng)用軟件，拓寬變電檢修的移動(dòng)作業(yè)范圍，這也是本系統(tǒng)方案的創(chuàng)新之處。

4）降低電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)于技改和檢修現(xiàn)場(chǎng)，提高班組工作效率能夠縮短停電時(shí)間，有效降低因?yàn)橥ｋ妿?lái)的電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)，助力電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

4 結(jié)論

本文針對(duì)當(dāng)前變電站三遙信號(hào)核對(duì)作業(yè)中存在的人員投入大、工作效率低的問(wèn)題，研究開(kāi)發(fā)了基于移動(dòng)作業(yè)終端的信號(hào)單端核對(duì)系統(tǒng)，系統(tǒng)主要包括電力內(nèi)網(wǎng)獲取、安全網(wǎng)接入、APN專(zhuān)網(wǎng)傳輸、移動(dòng)終端接收四個(gè)部分。系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果表明，三遙信息傳輸?shù)陌踩院驼_率均符合要求，能夠滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)使用條件?；谝苿?dòng)作業(yè)終端的信號(hào)單端核對(duì)試驗(yàn)表明，三遙信號(hào)單端核對(duì)系統(tǒng)能夠減少現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員投入和信號(hào)核對(duì)時(shí)間，大大提升了工作效率，在提升班組承載力的同時(shí)，極大地降低了因?yàn)橥ｋ妿?lái)的電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)，保障了電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

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Research and development of three-remote signal single-end checking system in substation

OUYANG Zhibin WU Xiaotian

(State Grid Taizhou Power Supply Company, Taizhou, Jiangsu 225300)

In order to solve the low efficiency of signal verification in substations, an information transmission and receiving system which can realize signal single-end check is researched and developed. The power wireless transmission is used innovatively to break through the barriers of information transmission in the power intranet. A dedicated server is used to securely obtain the three-remote data of each plant, which is transmitted through the special network of power access point name (APN). The mobile application for receiving the data is developed to realize the remote acquisition of the three-remote signal. In the signal acceptance process, without the cooperation of background personnel, the field staff can use the mobile terminal to realize the single-end verification. Tests and applications show that the use of single-end verification system can reduce the number of operators from five to two, shorten the average verification time of single signal by one-third, and improve work efficiency significantly.

three-remote signal; mobile terminal; electric power network; signal checking

2021-08-23

2021-09-04

歐陽(yáng)智斌（1993—），男，江西九江人，碩士，主要研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)繼電保護(hù)和自動(dòng)化。