500 kV變電站失去監(jiān)控的原因分析及解決方案

計(jì)榮榮，葉海明，單金華，張儉清，吳米佳

（國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司檢修分公司，杭州 311232）

500 kV變電站失去監(jiān)控的原因分析及解決方案

計(jì)榮榮，葉海明，單金華，張儉清，吳米佳

（國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司檢修分公司，杭州 311232）

500 kV變電站遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)IEC 104通道頻繁關(guān)閉、重連現(xiàn)象。調(diào)度端多次總召喚卻出現(xiàn)全零數(shù)據(jù)、刷屏現(xiàn)象，影響調(diào)度正常監(jiān)控，并導(dǎo)致調(diào)度端失去該站監(jiān)控。分析了該問(wèn)題產(chǎn)生的具體原因，通過(guò)改造裝置直流供電回路、優(yōu)化遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)主CPU插件與NET通信插件互動(dòng)機(jī)制以及完善NSC300與AK1703的通信參數(shù)設(shè)置等措施有效地解決了該問(wèn)題。

監(jiān)控系統(tǒng)；通信機(jī)制；遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)；總控單元

0 引言

500 kV交流輸電網(wǎng)是我國(guó)超高壓輸電的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，承擔(dān)著我國(guó)電力輸送和電能分配的重要任務(wù)，保障著整個(gè)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)[1]。

隨著國(guó)家電網(wǎng)公司“大運(yùn)行”和“調(diào)控一體化”建設(shè)的不斷推進(jìn)，大量500 kV變電站要求接入省電力調(diào)度控制中心（簡(jiǎn)稱省調(diào)監(jiān)控）。同時(shí)，計(jì)算機(jī)技術(shù)尤其現(xiàn)代通信技術(shù)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(shù)支撐。為實(shí)現(xiàn)上述建設(shè)目標(biāo)，省調(diào)監(jiān)控開展了調(diào)控一體化運(yùn)行管理模式，并建立起相應(yīng)的調(diào)控技術(shù)支撐功能。由此，500 kV變電站的監(jiān)控業(yè)務(wù)逐步移交至省調(diào)監(jiān)控，省調(diào)監(jiān)控也肩負(fù)起重大的設(shè)備管理責(zé)任[2-4]。

然而，由于早期建設(shè)的500 kV變電站多數(shù)運(yùn)行已近10年，當(dāng)初投運(yùn)的變電站監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備能力已不能充分滿足當(dāng)前各項(xiàng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需要。同時(shí)，省調(diào)集中監(jiān)控業(yè)務(wù)模式開展時(shí)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(diào)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的中斷缺陷。特別是雙通道都中斷后，省調(diào)監(jiān)控便失去了對(duì)該站的監(jiān)控能力，降低了對(duì)大電網(wǎng)的調(diào)控能力，在緊急情況下不能做出有效反應(yīng)，對(duì)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行造成重大影響[5-8]。

某日，浙江電網(wǎng)某500 kV變電站（簡(jiǎn)稱H站）1號(hào)與2號(hào)遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)同時(shí)出現(xiàn)IEC 104通道頻繁關(guān)閉、重連。期間省調(diào)監(jiān)控多次進(jìn)行數(shù)據(jù)總召喚，但上送遙信全0、遙測(cè)全0，導(dǎo)致調(diào)控中心顯示屏出現(xiàn)“開關(guān)雙位置錯(cuò)”告警、刷屏等問(wèn)題，影響了調(diào)度端的正常監(jiān)控，并使調(diào)度端失去了對(duì)該站的監(jiān)控。

以下針對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行了原因分析，開展了模擬試驗(yàn)，提出了具體解決方案，并通過(guò)變電站現(xiàn)場(chǎng)工作驗(yàn)證了改進(jìn)方案。

1 變電站監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)

早期500 kV變電站多采用國(guó)外計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備，H站采用南瑞科技NSC300遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)+西門子AK1703總控單元+AM1703測(cè)控裝置模式，結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 H站監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)

在該種模式下，總控單元起著承上啟下的作用，對(duì)下與各間隔測(cè)控通信，對(duì)上與監(jiān)控后臺(tái)及遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)通信。總控單元采用主備模式，主機(jī)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)交互，備機(jī)僅接受數(shù)據(jù)。遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)與總控單元通信，上傳遙信遙測(cè)，下發(fā)遙控遙調(diào)[9]。

由于遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)與總控單元取自不同廠家，通信標(biāo)準(zhǔn)并不完全統(tǒng)一。尤其NSC300為后期加裝，并在一次設(shè)備“不停電”情況下調(diào)試，試驗(yàn)往往不夠充分，易使NSC300與AK1703通信配合存在遺留缺陷。

2 問(wèn)題排查與測(cè)試

針對(duì)缺陷發(fā)生的可能原因，在遠(yuǎn)動(dòng)采集、傳輸環(huán)節(jié)進(jìn)行模擬測(cè)試，并通過(guò)EPA（電力規(guī)約錄波分析儀）進(jìn)行報(bào)文監(jiān)聽與分析，如圖2所示。

圖2 EPA通道監(jiān)聽示意

在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)，項(xiàng)目如表1所示。由表1試驗(yàn)結(jié)果可知，外部單個(gè)因素不能導(dǎo)致遠(yuǎn)動(dòng)總召喚報(bào)文出現(xiàn)全零數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)動(dòng)初始化環(huán)節(jié)具備延遲傳輸?shù)墓δ堋Ｖ挥性跀嚅_遠(yuǎn)動(dòng)的站控層采集通路同時(shí)重啟遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)后，才出現(xiàn)遙信、遙測(cè)全零數(shù)據(jù)。

查閱2臺(tái)遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)自診斷信息，發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)主CPU采集插件均出現(xiàn)過(guò)重啟。根據(jù)截取的遠(yuǎn)動(dòng)報(bào)文分析，遠(yuǎn)動(dòng)對(duì)上雖出現(xiàn)鏈路中斷并重連，但未長(zhǎng)期中斷，可認(rèn)為遠(yuǎn)動(dòng)的NET通信插件（負(fù)責(zé)遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)對(duì)上通信）未重啟。故推斷遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)在缺陷出現(xiàn)前后未發(fā)生整機(jī)斷電硬重啟過(guò)程。

分析NSC300裝置電路組件結(jié)構(gòu)，如圖3所示，遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)主CPU采集插件與NET通信插件由同一塊電源板供電。

圖3 遠(yuǎn)動(dòng)NSC300插件布置

表1 試驗(yàn)項(xiàng)目與結(jié)果匯總表

根據(jù)NSC300廠家提供的相關(guān)技術(shù)參數(shù)分析，遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)主CPU插件與NET插件雖由同一電源板插件供電，但由于插件類型及負(fù)載不同，供電電壓不同，其中主CPU插件為5 V，NET插件為3.3 V，存在主CPU插件供電異常而NET插件供電正常的可能性。

分析認(rèn)為，2臺(tái)獨(dú)立運(yùn)行的遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)同時(shí)出現(xiàn)相似現(xiàn)象，一般是由公共原因引起。依據(jù)上述技術(shù)參數(shù)，故推斷由于屏柜電源（直流110 V）瞬時(shí)跌落導(dǎo)致2臺(tái)遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)主CPU插件出現(xiàn)異常并重啟，但NET插件未重啟，從而引發(fā)故障[10-11]。

3 問(wèn)題原因分析

3.1 屏柜直流供電回路不滿足要求

根據(jù)變電站監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備管理要求，遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)采用電源應(yīng)分別使用獨(dú)立空氣開關(guān)（簡(jiǎn)稱空開）及回路連接至直流屏，但H站遠(yuǎn)動(dòng)屏內(nèi)2臺(tái)遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)使用同一電纜。同時(shí)，管理機(jī)屏供電回路也并聯(lián)在這一回路上，未獨(dú)立，如圖4所示[12]。

圖4 屏柜電源供電回路

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)均運(yùn)行而管理機(jī)未投運(yùn)時(shí)，該回路等效電氣參數(shù)如圖5所示。

圖5 遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)電源回路等效圖

缺陷發(fā)生前后，管理機(jī)設(shè)備出現(xiàn)過(guò)手動(dòng)投運(yùn)操作。由于供電回路較靠近，投運(yùn)瞬間將影響遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)供電電壓，仿真圖如圖6，7所示。

由圖6，7可知，由于供電回路靠近，當(dāng)管理機(jī)投運(yùn)瞬間，電流突增，導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)電壓跌落，降至70 V以下，從而引起遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)主CPU插件重啟。

3.2 遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)采集與傳輸環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)交互機(jī)制不完善

圖6 遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)電源電壓跌落曲線

圖7 回路電流突變曲線

遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)主CPU插件和NET插件之間通過(guò)雙口RAM（中間緩存器）進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，如圖8所示。

圖8 遠(yuǎn)動(dòng)NSC300插件通信示意

正常情況下，遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)重啟后，主CPU插件隨之重啟，內(nèi)部數(shù)據(jù)初始化全為0。為保障NSC300對(duì)下通信恢復(fù)正常后NET插件才開始工作，主CPU插件設(shè)置“系統(tǒng)準(zhǔn)備時(shí)間”參數(shù)為3 min。該時(shí)間過(guò)后，主CPU插件即對(duì)下采集站內(nèi)數(shù)據(jù)，同時(shí)開始往雙口RAM傳送數(shù)據(jù)，并允許NET插件開始工作。NET插件自身準(zhǔn)備完成后，就開始對(duì)上傳送雙口RAM數(shù)據(jù)。

H站遠(yuǎn)動(dòng)與測(cè)控通信機(jī)制如下：NSC300對(duì)下采用逐個(gè)間隔測(cè)控輪召，每個(gè)間隔需5～15 s，共八十多個(gè)間隔。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，完成1次總召時(shí)間約10 min。因此，異常情況下，主CPU重啟后對(duì)下采集數(shù)據(jù)，但至少在7 min（10-3=7）內(nèi)不能采集正常數(shù)據(jù)。而此時(shí)，NET插件由于未重啟，對(duì)上通信仍正常，具備上送能力。故在此 7 min內(nèi)，調(diào)度端進(jìn)行遠(yuǎn)動(dòng)總召，收到全0數(shù)據(jù)。

3.3 NSC300與AK1703的通信機(jī)制不匹配

NSC300與AK1703通信中斷后雙方重新建立的機(jī)制如下：

（1）由AK1703主動(dòng)發(fā)起心跳報(bào)文，NSC300接收到該報(bào)文后，開始對(duì)AK1703總召。

（2）延時(shí)等到 NSC300設(shè)置的總召時(shí)間（30 min）后進(jìn)行總召。參數(shù)配置如下，AK1703設(shè)置有1個(gè)虛擬遙信點(diǎn)（心跳報(bào)文），AK1703重啟恢復(fù)后，該點(diǎn)變位，NSC300檢測(cè)該變位即開始總召。

該機(jī)制可以避免AK1703對(duì)所屬測(cè)控的數(shù)據(jù)尚未召全即上送遠(yuǎn)動(dòng)從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)失真的情況。

現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)，AK1703配置的虛擬遙信點(diǎn)與NSC300的默認(rèn)設(shè)置不一致，導(dǎo)致NSC300未能收到該遙信變位，故未及時(shí)發(fā)起總召。從而造成NSC300復(fù)位后調(diào)度端在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)總召數(shù)據(jù)全為0的現(xiàn)象。

3.4 調(diào)度端出現(xiàn)多次總召原因分析

D5000主站前置機(jī)在H站遠(yuǎn)動(dòng)異常期間，出現(xiàn)多次關(guān)閉、重啟遠(yuǎn)動(dòng)104通信現(xiàn)象。這是由于遠(yuǎn)動(dòng)裝置長(zhǎng)時(shí)間（約10 s）無(wú)變化數(shù)據(jù)傳輸后，主站前置機(jī)在進(jìn)行 3次鏈路測(cè)試后會(huì)主動(dòng)斷開TCP/IP鏈路，并重新連接、啟動(dòng)總召。由于NET插件在此期間具備上傳功能，故調(diào)度端多次總召均召喚全0數(shù)據(jù)。

4 問(wèn)題解決方案

（1）根據(jù)相關(guān)要求，布置新規(guī)格電纜，緊固螺絲，做好接頭焊接，確保電纜接觸良好，將回路電阻控制在1 Ω以內(nèi)。并完善屏柜直流供電回路，將管理機(jī)電源獨(dú)立引自直流屏，從而避免操作過(guò)程中相互影響，如圖9所示。

（2）修改程序，完善主CPU插件與NET插件之間的數(shù)據(jù)交互機(jī)制。當(dāng)主CPU插件復(fù)位啟動(dòng)后，在雙口RAM進(jìn)程開始往雙口RAM傳送全數(shù)據(jù)值前，增加“主CPU發(fā)令重啟NET插件”步驟。NET插件重啟時(shí)間在60 s以內(nèi)，NET插件重啟后等待主CPU插件的允許命令，該命令的時(shí)間延遲取決于“系統(tǒng)準(zhǔn)備時(shí)間”參數(shù)。從而避免NET插件由于鏈路未中斷或先于主CPU復(fù)歸而上送異常數(shù)據(jù)。

（3）修改NSC300與AK1703心跳報(bào)文接受/發(fā)送的參數(shù)配置，保證其一致性。在鏈路中斷并重新恢復(fù)后，NSC300可及時(shí)總召各間隔數(shù)據(jù)，避免長(zhǎng)期空等。同時(shí)，調(diào)整NSC300系統(tǒng)準(zhǔn)備時(shí)間參數(shù)為11 min，確保NSC300對(duì)下總召完成，可避免上傳失真數(shù)據(jù)。另外，修改遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)為“雙主模式”，2臺(tái)遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)獨(dú)立工作，這樣1臺(tái)遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)重啟時(shí)，另1臺(tái)仍能保證數(shù)據(jù)傳輸。

圖9 整改后屏柜電源供電回路

5 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)分析，省調(diào)監(jiān)控對(duì)H站失去監(jiān)控的主要原因是屏柜直流供電回路不滿足要求、遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)采集與傳輸環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)交互機(jī)制不完善以及NSC300與AK1703的通信機(jī)制不匹配。通過(guò)改造直流供電回路、優(yōu)化主CPU插件與NET插件互動(dòng)機(jī)制、完善NSC300與AK1703的通信參數(shù)設(shè)置等措施，解決了以上問(wèn)題。

由于H站間隔多，NSC300完成總召時(shí)間較長(zhǎng)，該時(shí)間決定了2臺(tái)遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)同時(shí)中斷后到恢復(fù)正常運(yùn)行的故障時(shí)段。鑒于H站間隔層情況，未對(duì)總召模式作有效改進(jìn)。因此，如何提高老站間隔層設(shè)備的通信效率值得進(jìn)一步研究。我國(guó)500 kV骨干電網(wǎng)中具有相似監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)的變電站較多，可能存在同樣隱患。為避免類似缺陷再次發(fā)生，可統(tǒng)一開展反措工作，確保監(jiān)控系統(tǒng)安全，保障電網(wǎng)穩(wěn)定。

[1]欒軍，張智剛，寇惠珍，等．提高500 kV電網(wǎng)輸電能力的技術(shù)研究[J]．電網(wǎng)技術(shù)，2005，29（19）∶15-18．[2]金芬蘭，王昊，范廣民，等．智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)的變電站集中監(jiān)控功能設(shè)計(jì)[J]．電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2015（1）∶247-253．

[3]朱東升，孫純軍，陳飛．500 kV變電站遠(yuǎn)方集中監(jiān)控系統(tǒng)方案探討[J]．電力自動(dòng)化設(shè)備，2009，29（5）∶126-129．

[4]黃立超，谷煒．500 kV變電站集中監(jiān)控運(yùn)行的實(shí)踐[J]．浙江電力，2015，34（5）∶32-35．

[5]尹路，孟杰，林強(qiáng)．華北電網(wǎng)500kV變電站集中控制運(yùn)行管理的探討[J]．華北電力技術(shù)，2011（1）∶48-52．

[6]李紅梅，厲吉文．變電站實(shí)施無(wú)人值班集中監(jiān)控應(yīng)具備的基本條件和原則[C]//第三屆電力系統(tǒng)與電網(wǎng)技術(shù)綜合年會(huì)論文集.1995．

[7]丁泉，朱來(lái)強(qiáng)，胡道徐，等．變電站程序化操作及遠(yuǎn)動(dòng)裝置執(zhí)行[J]．電力自動(dòng)化設(shè)備，2007，27（8）∶120-123．

[8]丁峰．500 kV變電站遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)配置優(yōu)化分析[J]．浙江電力，2009，28（6）∶31-33．

[9]朱松林．變電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)及其應(yīng)用[M]．北京：中國(guó)電力出版社，2008．

[10]DL/T 516-2006電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行管理規(guī)程[S]．北京：中國(guó)電力出版社，2006．

[11]吳剛，滕云，潘永剛，等．電力系統(tǒng)電壓跌落相關(guān)問(wèn)題初探[J].華北電力技術(shù)，2004（4）∶102-105．

[12]DL/T 5149-2001 220～500 kV變電所計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程[S]．北京：中國(guó)電力出版社，2001．

（本文編輯：陸 瑩）

Cause Analysis and Solution to Monitoring Absence in 500 kV Substation

JI Rongrong，YE Haiming，SHAN Jinhua，ZHANG Jianqing，WU Mijia
（State Grid Zhejiang Maintenance Branch Company，Hangzhou 311232，China）

IEC 104 channel of remote terminal unit in 500 kV substation frequently disconnected and reconnected.With multiple general calling of the dispatching terminal，there occurred all zeroes and screen flooding，which affects normal monitoring of dispatchers and substation monitoring absence in the dispatching terminal.This paper analyzes the specific reasons and proposes its solution.The problem is solved effectively by DC power supply circuit reconstruction，interaction mechanism optimization between the CPU plug-in and the NET communication plug-in as well as communication parameters improvement of NSC300 and AK1703.

monitoring system；communication mechanism；RTU；general control unit

浙江省電力公司群眾性科技創(chuàng)新項(xiàng)目（5211MB160010）

TM769

B

1007-1881（2017）02-0026-04

2016-12-16

計(jì)榮榮（1985），男，工程師，從事超/特高壓變電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)研究工作。