運(yùn)行設(shè)備遙控信號(hào)校核裝置的研發(fā)與應(yīng)用

婁德章,王 浩,張 樂(lè),劉 永,魯 明

(國(guó)網(wǎng)徐州供電公司,江蘇 徐州 221006)

0 引言

變電站的隔離開(kāi)關(guān)和斷路器等設(shè)備運(yùn)行前,需要通過(guò)調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)將其接入至D5000智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng),并對(duì)其遙控、遙信、遙測(cè)等信號(hào)進(jìn)行校核,校核合格后才能投入運(yùn)行[1]。新投入設(shè)備和檢修設(shè)備等遙控信號(hào)校核過(guò)程如下:主站端在D5000上執(zhí)行遙控命令(隔離開(kāi)關(guān)和斷路器等分合閘),廠站端檢查設(shè)備實(shí)際動(dòng)作情況,并與主站端通過(guò)電話進(jìn)行核對(duì)[2]。已經(jīng)通過(guò)遙控校核的設(shè)備在未發(fā)生二次回路變更及本體更換等情況下無(wú)需進(jìn)行二次校核。

遙控信號(hào)校核通常在非運(yùn)行設(shè)備上進(jìn)行,在特殊情況下需要對(duì)運(yùn)行設(shè)備的信號(hào)進(jìn)行校核。目前,運(yùn)行設(shè)備遙控信號(hào)常規(guī)校核方法主要通過(guò)人工觀察預(yù)置報(bào)文信號(hào)進(jìn)行判斷[3],該方法原理簡(jiǎn)單、應(yīng)用快捷,在遙控信號(hào)數(shù)量較少時(shí)校核速度較快。但對(duì)于遙控信號(hào)較多的校核工作,該方法效率較低、工作耗時(shí)長(zhǎng)。本文以運(yùn)行設(shè)備遙控信號(hào)接入新集控系統(tǒng)為背景,研發(fā)一種運(yùn)行設(shè)備遙控信號(hào)校核裝置,該裝置在實(shí)現(xiàn)信號(hào)安全校核的前提下,可大幅提高校核速率。

1 存在問(wèn)題

2020年,按照國(guó)網(wǎng)公司重點(diǎn)工作任務(wù)要求,國(guó)網(wǎng)徐州供電公司率先開(kāi)展新集控系統(tǒng)建設(shè)。在新集控系統(tǒng)建設(shè)完成后,需要將原有接入D5000系統(tǒng)的遙測(cè)、遙信、遙控等信號(hào)接入新集控系統(tǒng),并進(jìn)行信號(hào)正確性校驗(yàn)。由于遙控信號(hào)校核不能影響設(shè)備正常運(yùn)行,并且需要滿足各項(xiàng)管理規(guī)范要求,而遙控信號(hào)有數(shù)萬(wàn)條以上,其常規(guī)校核需要在主站端通過(guò)人工操作完成,預(yù)計(jì)需要上百個(gè)工作日,無(wú)法滿足新集控系統(tǒng)投運(yùn)節(jié)點(diǎn)要求。

2 常規(guī)校核流程

以D5000系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)行設(shè)備遙控信號(hào)校核為例。D5000系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于電網(wǎng)調(diào)度控制領(lǐng)域,是電網(wǎng)調(diào)度、監(jiān)視、控制的中樞系統(tǒng),變電站運(yùn)行狀態(tài)信息均通過(guò)調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)上傳至D5000系統(tǒng),其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 D5000系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

運(yùn)行設(shè)備遙控信號(hào)常規(guī)校核采用檢查遙控預(yù)置命令或測(cè)量出口電壓的方法。由主站端在D5000系統(tǒng)發(fā)出遙控預(yù)置命令,現(xiàn)場(chǎng)總控收到遙控預(yù)置命令后將其轉(zhuǎn)發(fā)給對(duì)應(yīng)的測(cè)控裝置,測(cè)控裝置在收到遙控預(yù)置命令后對(duì)被遙控設(shè)備進(jìn)行檢測(cè),判斷遙控性質(zhì)和對(duì)象正確,再按照現(xiàn)場(chǎng)總控至D5000系統(tǒng)的路徑返回校核結(jié)果。D5000系統(tǒng)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)收到的返校報(bào)文與遙控預(yù)置命令一致,表明遙控命令可以執(zhí)行[4]。在執(zhí)行遙控預(yù)置命令前,主站端進(jìn)行值班通道切換操作,將需要進(jìn)行校核的通道切換為值班通道。為防止運(yùn)行設(shè)備誤操作,廠站端采取的安全措施包括將所有非校核設(shè)備的“遠(yuǎn)方/就地”切換開(kāi)關(guān)切換至“就地”,將所有設(shè)備遙控出口壓板退出。某平面網(wǎng)關(guān)機(jī)常規(guī)校核流程如圖2所示。

圖2 常規(guī)校核流程

常規(guī)校核過(guò)程中,主、廠站端始終保持電話溝通,每驗(yàn)收一條信號(hào)均需雙方進(jìn)行人工核對(duì)無(wú)誤后才能進(jìn)行下一條信號(hào)驗(yàn)收。

2021年7—9月,采用常規(guī)校核方法對(duì)徐州市11座變電站遙控信號(hào)進(jìn)行校核,耗時(shí)如表1所示。由表1可知,11座變電站單間隔平均校核時(shí)間為51.7 min,完成徐州市所有變電站遙控信號(hào)校核時(shí)間預(yù)計(jì)300個(gè)工作日左右。

表1 常規(guī)校核方法耗時(shí)

3 校核裝置設(shè)計(jì)

新集控系統(tǒng)不改變廠站端原有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),僅在一、二平面數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)機(jī)以上部分與D5000系統(tǒng)存在差別,其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

3.1 功能設(shè)計(jì)

校核裝置通過(guò)檢測(cè)遙控預(yù)置命令的正確性對(duì)遙控信號(hào)進(jìn)行檢測(cè),按照安裝位置不同分為2部分。

a.批量遙控預(yù)置功能如下:①支持導(dǎo)入遙控預(yù)置列表文件,該文件主要信息包括待校核廠站名稱、待校核設(shè)備名稱與點(diǎn)號(hào);②支持從遙控點(diǎn)庫(kù)點(diǎn)選或全選生成預(yù)置列表文件;③支持在設(shè)備預(yù)置前后發(fā)送啟、停特征報(bào)文;④支持人工干預(yù)和定時(shí)間隔發(fā)送批量預(yù)置命令;⑤支持選擇指定平面網(wǎng)關(guān)機(jī)發(fā)送命令。

b.廠站端校核裝置能仿真現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控裝置與待校核平面網(wǎng)關(guān)機(jī)進(jìn)行通信,并對(duì)新集控系統(tǒng)發(fā)出的預(yù)置校核命令做出回應(yīng);同時(shí)接收由平面網(wǎng)關(guān)機(jī)下發(fā)的遙控預(yù)置報(bào)文,由廠站端下發(fā)的遙控預(yù)置報(bào)文,由數(shù)據(jù)網(wǎng)下發(fā)的IEC104格式報(bào)文,并進(jìn)行三方對(duì)比。工作信息流程如圖4所示。

圖4 校核裝置工作信息流程

3.2 硬件設(shè)計(jì)

校核裝置硬件結(jié)構(gòu)如圖5所示,主要包括上位機(jī)通信模塊、電源模塊、微控制單元、后臺(tái)機(jī)通信模塊、網(wǎng)關(guān)機(jī)通信模塊、104報(bào)文通信模塊[5]。

圖5 校核裝置硬件結(jié)構(gòu)

上位機(jī)通信模塊與電腦進(jìn)行通信,對(duì)裝置進(jìn)行配置,并將校核報(bào)告輸出至電腦;微控制單元對(duì)來(lái)自后臺(tái)機(jī)通信模塊、網(wǎng)關(guān)機(jī)通信模塊、上位機(jī)通信模塊的報(bào)文數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比,同時(shí)生成校核報(bào)告;后臺(tái)機(jī)通信模塊與現(xiàn)場(chǎng)后臺(tái)機(jī)進(jìn)行通信,接收來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)后臺(tái)機(jī)的遙控信號(hào)預(yù)置報(bào)文;網(wǎng)關(guān)機(jī)通信模塊能夠向上發(fā)送返校報(bào)文,接收遙控預(yù)置報(bào)文;104報(bào)文通信模塊接收鏡像網(wǎng)關(guān)機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)的IEC104格式報(bào)文。

3.3 軟件設(shè)計(jì)

校核裝置軟件采用模塊化設(shè)計(jì),如圖6所示,主要包括后臺(tái)機(jī)交互模塊、網(wǎng)關(guān)機(jī)交互模塊、104報(bào)文分析模塊、信息對(duì)比模塊等。各模塊之間相互獨(dú)立,通過(guò)消息機(jī)制進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。

圖6 校核裝置軟件架構(gòu)

后臺(tái)機(jī)交互模塊處理來(lái)自站內(nèi)后臺(tái)機(jī)的遙控預(yù)置信息,支持不同后臺(tái)機(jī)的私有規(guī)約;網(wǎng)關(guān)機(jī)交互模塊處理與數(shù)據(jù)平面網(wǎng)關(guān)機(jī)交互的數(shù)據(jù)信息,包括模擬報(bào)文生成、報(bào)文信息解析等,支持IEC103及IEC61850規(guī)約;104報(bào)文分析模塊對(duì)IEC104格式的遙控報(bào)文進(jìn)行解析;信息對(duì)比模塊對(duì)上述3個(gè)模塊獲得的遙控命令信息進(jìn)行對(duì)比,并最終生成遙控信號(hào)校核報(bào)告;上位機(jī)模塊配置下裝。

3.4 校核流程

本文以新集控系統(tǒng)和二平面網(wǎng)關(guān)機(jī)遙控信號(hào)校核為例來(lái)說(shuō)明校核流程。校核開(kāi)始前,一平面網(wǎng)關(guān)機(jī)在值班狀態(tài),二平面網(wǎng)關(guān)機(jī)退出;廠站端將所有遙控設(shè)備的“遠(yuǎn)方/就地”切換開(kāi)關(guān)切換至“就地”,并退出所有測(cè)控裝置遙控出口壓板;二平面網(wǎng)關(guān)機(jī)從站控層交換機(jī)退出,直接與校核裝置相連,此時(shí)二平面網(wǎng)關(guān)機(jī)和變電站設(shè)備沒(méi)有任何電氣聯(lián)系[6]。以上措施完成后,主站端利用批量預(yù)置模塊按照遙控預(yù)置列表文件進(jìn)行批量預(yù)置,同時(shí)廠站端通過(guò)監(jiān)控后臺(tái)按照預(yù)置列表文件依次發(fā)出遙控預(yù)置命令,待所有校核設(shè)備全部預(yù)置完成后,校核裝置自動(dòng)生成遙控校核報(bào)告。校核標(biāo)準(zhǔn)流程如圖7所示。

圖7 校核裝置校核流程

4 關(guān)鍵技術(shù)

4.1 IEC104規(guī)約信息提取

新集控系統(tǒng)通過(guò)電力數(shù)據(jù)網(wǎng)連接至平面網(wǎng)關(guān)機(jī),通信方式采用IEC104規(guī)約,遙控命令通過(guò)104報(bào)文中的信息地址映射到監(jiān)控信息點(diǎn)表的遙控點(diǎn)號(hào)[7]。信息提取時(shí),首先通過(guò)報(bào)文IP層,識(shí)別客戶端IP和服務(wù)端IP分別為新集控系統(tǒng)IP和平面網(wǎng)關(guān)機(jī)IP;其次通過(guò)報(bào)文TCP層,識(shí)別TCP端口號(hào)為104,確定通信報(bào)文屬于待校核的新集控系統(tǒng)和平面網(wǎng)關(guān)機(jī);然后通過(guò)104報(bào)文的Type字段,識(shí)別104遙控報(bào)文并通過(guò)品質(zhì)位判斷遙控預(yù)置命令,提取信息對(duì)象地址;最后通過(guò)信息體地址值減去0x6001(一般遙控信息起始地址為0x6001),得到遙控點(diǎn)號(hào),從遙控信息點(diǎn)表中通過(guò)遙控點(diǎn)號(hào)獲得遙控描述,完成新集控系統(tǒng)發(fā)起的遙控信息解析。IEC104報(bào)文遙控解析樹(shù)如圖8所示。

圖8 IEC104報(bào)文遙控解析樹(shù)

4.2 IEC61850規(guī)約信息提取

智能變電站的平面網(wǎng)關(guān)機(jī)通過(guò)IEC61850規(guī)約與站內(nèi)其他設(shè)備進(jìn)行通信[8]。信息提取時(shí),首先通過(guò)報(bào)文IP層,識(shí)別客戶端IP和服務(wù)端IP分別為待校核的平面網(wǎng)關(guān)機(jī)IP和保護(hù)測(cè)控裝置IP;其次通過(guò)報(bào)文TCP層,識(shí)別TCP端口號(hào)為102,確定通信報(bào)文屬于待校核的平面網(wǎng)關(guān)機(jī)和保護(hù)測(cè)控裝置;然后查看報(bào)文為寫命令,路徑功能約束為“CO”,識(shí)別遙控報(bào)文并提取遙控對(duì)象路徑;最后通過(guò)遙控路徑獲得遙控對(duì)象描述值。IEC61850遙控報(bào)文解析樹(shù)如圖9所示。

圖9 IEC61850報(bào)文遙控解析樹(shù)

4.3 IEC103規(guī)約信息提取

常規(guī)變電站的平面網(wǎng)關(guān)機(jī)通過(guò)IEC103規(guī)約與站內(nèi)其他設(shè)備進(jìn)行通信[9]。進(jìn)行信息提取時(shí),首先通過(guò)報(bào)文IP層,識(shí)別客戶端IP和服務(wù)端IP分別為待校核的平面網(wǎng)關(guān)機(jī)IP和保護(hù)測(cè)控IP;其次通過(guò)報(bào)文TCP層,識(shí)別TCP端口號(hào)為1048,確定通信報(bào)文屬于待校核的平面網(wǎng)關(guān)機(jī)和保護(hù)測(cè)控裝置通信鏈路;然后查看103報(bào)文為寫命令,識(shí)別103遙控報(bào)文并提取遙控對(duì)象路徑;最后通過(guò)遙控路徑獲得遙控對(duì)象描述值[10]。IEC103遙控報(bào)文解析樹(shù)如圖10所示。

圖10 IEC103報(bào)文遙控解析樹(shù)

5 應(yīng)用分析

目前,校核裝置已經(jīng)在國(guó)網(wǎng)徐州供電公司得到全面應(yīng)用,該裝置具有以下優(yōu)勢(shì)[11-13]。

a.利用程序?qū)π：嗽O(shè)備進(jìn)行批量自動(dòng)預(yù)置,無(wú)需進(jìn)行人工預(yù)置。

b.校核裝置能批量接收預(yù)置信號(hào)并進(jìn)行存儲(chǔ)。

c.對(duì)IEC104規(guī)約遙控對(duì)象、網(wǎng)關(guān)機(jī)遙控對(duì)象、監(jiān)控后臺(tái)遙控對(duì)象的一致性進(jìn)行批量自動(dòng)對(duì)比,并生成校核報(bào)告。

d.過(guò)程更加安全。采用校核裝置模擬測(cè)控裝置,使待校核平面網(wǎng)關(guān)機(jī)與運(yùn)行設(shè)備完全電氣隔離,無(wú)信號(hào)誤出口風(fēng)險(xiǎn)。

e.對(duì)設(shè)備運(yùn)行影響更小。常規(guī)信號(hào)校核時(shí),所有設(shè)備均無(wú)法進(jìn)行遠(yuǎn)方遙控操作,影響設(shè)備正常運(yùn)行。而校核裝置仍有1個(gè)平面網(wǎng)關(guān)機(jī)與設(shè)備連接,不影響設(shè)備遠(yuǎn)方操作。

采用校核裝置對(duì)徐州市11座變電站遙控信號(hào)進(jìn)行校核,校核耗時(shí)如表2所示。

表2 校核裝置信號(hào)校核耗時(shí)

由表2可知,校核裝置單間隔校核耗時(shí)平均為1.5 min,比常規(guī)校核方法效率提升97%;廠站端待校核間隔越多,校核速度越快,這是因?yàn)榍袚Q平面、執(zhí)行安全措施等時(shí)間基本固定,當(dāng)間隔越多時(shí),平均校核時(shí)間越少。

6 結(jié)語(yǔ)

本文研制的運(yùn)行設(shè)備遙控信號(hào)校核裝置,解決了常規(guī)校核方法校核速度慢、存在信號(hào)誤出口風(fēng)險(xiǎn)的問(wèn)題,為運(yùn)行設(shè)備遙控信號(hào)校核提供了一種速度快、安全系數(shù)高的解決方案,能夠?qū)崿F(xiàn)新集控系統(tǒng)快速、高效、安全接入。