廠站監(jiān)控系統(tǒng)日歷、時間的遙測化采集、傳輸及應(yīng)用

楊丹琳，張繼國，楊 杉，楊 松，張俊偉

(1．南瑞集團(tuán)有限公司，南京 211106;2．國網(wǎng)吉林省電力有限公司，長春 130021;3．大唐吉林向陽風(fēng)力發(fā)電股份有限公司，長春 130000)

電力系統(tǒng)故障分析主要基于兩個方面，時間順序記錄(SOE)和故障錄波，二者都依賴時間基準(zhǔn)［1］。廠站二次設(shè)備的智能化發(fā)展以及就地化微機(jī)保護(hù)的試點，都嚴(yán)格要求完整記錄事故時的故障信息，但時間基準(zhǔn)的不統(tǒng)一給故障分析特別是故障綜合分析帶來了極大的困擾，因此，對廠站時間同步系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)管理非常緊迫。國家電網(wǎng)調(diào)度中心《關(guān)于強(qiáng)化電力系統(tǒng)時間同步監(jiān)測管理工作的通知》(調(diào)自〔2014〕53號)和(國網(wǎng)〔2013〕第82號文)《關(guān)于加強(qiáng)電力系統(tǒng)時間同步運(yùn)行管理工作的通知》都對電力系統(tǒng)的時間同步進(jìn)行了詳細(xì)闡述。調(diào)度主站通過這套時間同步管理系統(tǒng)能夠很精確地獲取被監(jiān)測二次設(shè)備的時間偏差，但無法在線監(jiān)測廠站端特別是無人值守站監(jiān)控系統(tǒng)重要設(shè)備的日歷和時間，使得監(jiān)控人員綜合判斷故障定位的能力弱化。廠站監(jiān)控系統(tǒng)的日歷和時間應(yīng)用時間同步碼元分解規(guī)范的技術(shù)方法［2］進(jìn)行遙測化處理，并利用現(xiàn)有數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)機(jī)通道的傳輸介質(zhì)完成數(shù)據(jù)的采集、傳輸，最終在調(diào)度主站系統(tǒng)完成顯化。

1 日歷/時間遙測的采集

1．1 遙測化處理

廠站監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)機(jī)是廠站端進(jìn)行時間同步管理的關(guān)鍵設(shè)備，其日歷和時間來源于站內(nèi)同步時鐘的高精度校對，授時典型方式采用國際通用時間格式碼IRIG-B(儀表組時間碼，簡稱B碼)，對時精度優(yōu)于1 μs。B碼是每秒一幀的時間串碼，每個碼元寬度為10 ms，一個時幀周期包括100個碼元，為脈寬編碼。時幀的參考標(biāo)志由一個位置識別標(biāo)志和相鄰的參考碼元組成，其寬度為8 ms，每10個碼元有一個位置識別標(biāo)志。一個時間格式幀從幀參考標(biāo)志開始，連續(xù)兩個8 ms寬脈沖表明秒的開始，對時的時序依次為秒-分-時-日。二進(jìn)制“1”和“0”的脈寬為 5 ms和 2 ms［2］。

廠站監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)機(jī)的日歷顯示為年月日(周)，時間為時分秒(毫秒)。遙測化處理的技術(shù)實現(xiàn)過程是，將日歷和時間的每個要素按照碼元分解規(guī)范的技術(shù)方式轉(zhuǎn)化為1個字節(jié)，年按照2個字節(jié)進(jìn)行處理，低字節(jié)在前，高字節(jié)在后，其他按照1個字節(jié)處理。這樣用7個連續(xù)的字節(jié)表示出最簡單的年月日和時分秒，若需要更精確的時間可以通過增加字節(jié)數(shù)，但要考慮中央處理器(CPU)的硬件負(fù)荷處理能力。例如數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)機(jī)的日歷和時間是“2017年8月28日13時14分15秒”，程序處理為:“E1 07 08 1C 0D 0E 0F”。

1．2 數(shù)據(jù)采集

日歷和時間的采集方式為:廠站端統(tǒng)一使用一套雙機(jī)互備的時鐘源設(shè)備，即時間同步裝置。該時間同步裝置以北斗定位系統(tǒng)(BD)和美國導(dǎo)航星全球定位系統(tǒng)(GPS)為時間基準(zhǔn)，且以BD為主、GPS為輔，采用IRIG-B(DC/AC)授時方式并按照網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議(NTP)具備對廠站內(nèi)被授時設(shè)備實現(xiàn)授時功能。廠站監(jiān)控系統(tǒng)或數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)機(jī)將接收的對時報文顯化為液晶輸出的同時，輸出為日歷和時間字符，然后將此字節(jié)塊緩存在固定內(nèi)存地址池的區(qū)域塊中，跟內(nèi)存地址匹配，以備其他應(yīng)用程序調(diào)用。

2 日歷/時間遙測的傳輸

2．1 傳輸機(jī)制

遙測傳輸在電力系統(tǒng)中有兩種應(yīng)用機(jī)制，一種是循環(huán)上送式，比如CDT、DISA等傳輸規(guī)約。一種是polling問答式，比如IEC 60870-5-101、IEC 60870-5-104等遠(yuǎn)動傳輸規(guī)約。當(dāng)前，電力系統(tǒng)調(diào)度自動化最典型的應(yīng)用是基于網(wǎng)絡(luò)的IEC 60870-5-104問答式傳輸協(xié)議(見圖1)。

圖1 問答式傳輸機(jī)制

IEC 60870-5-104采用主動傳輸和問答相結(jié)合。其幀格式有三種:編號的信息傳輸格式簡稱I格式;編號的監(jiān)視功能格式簡稱S格式;不編號的控制功能格式簡稱U格式［3］。

遙測傳輸應(yīng)用環(huán)境:IEC 60870-5-104一般用于調(diào)度主站與變電站之間或者不同系統(tǒng)之間的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信。遙測傳輸?shù)湫驮O(shè)備有交換機(jī)、路由器、光纖收發(fā)器、協(xié)議轉(zhuǎn)換器等。遙測傳輸基本規(guī)則:傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)絡(luò)之間互聯(lián)協(xié)議(TCP/IP)傳輸模式;平衡方式通信;客戶機(jī)/服務(wù)器(C/S)模式且端口號默認(rèn)為2404;通過對I幀格式報文的計數(shù)及確認(rèn)來保證信息傳輸?shù)陌踩浴＿b測傳輸協(xié)議結(jié)構(gòu):IEC 60870-5-104采用開放系統(tǒng)互連/參考模式(OSI/RM)七層協(xié)議中的5層。物理層:透明的傳輸比特流;數(shù)據(jù)連路層:將數(shù)據(jù)組裝成幀;網(wǎng)絡(luò)層:為分組交換網(wǎng)上的不同主機(jī)提供通信;運(yùn)輸層:應(yīng)用程序進(jìn)程交代下來的任務(wù);應(yīng)用層:面向用戶的應(yīng)用程序?qū)訑?shù)據(jù)［3］。

2．2 數(shù)據(jù)幀格式

遙測的幀格式隸屬于I格式。其傳輸?shù)膱笪念愋陀袃煞N:一種是固定時長的總召響應(yīng)遙測報文，系統(tǒng)通過設(shè)置程序配置參數(shù)表中的“全數(shù)據(jù)掃描間隔”來定時召喚，以確認(rèn)主站數(shù)據(jù)與廠站實際是一致的;另一種是主動上送的變化遙測。數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)機(jī)的日歷/時間是在按照毫秒或微秒發(fā)生變化，一直主動上送變位遙測。工程應(yīng)用中考慮到通道資源的利用效率，變化遙測屬于二級數(shù)據(jù)，建議采用毫秒級為變化閥值，默認(rèn)10 ms。在智能變電站中，其日歷/時間的遙測化響應(yīng)時間需滿足DL/T 1403—2015《智能變電站監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》第8章節(jié)所要求性能指標(biāo)。

3 典型應(yīng)用

按照上文既定的技術(shù)設(shè)計思路，廠站監(jiān)控系統(tǒng)日歷/時間遙測化在吉林東500 kV智能變電站得到具體實現(xiàn)和實際應(yīng)用。

3．1 實施步驟

第1步，數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)機(jī)嵌套日歷/時間處理程序進(jìn)行日歷/時間的遙測報文轉(zhuǎn)化。

第2步，根據(jù)既有的調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)通道和IEC 60870-5-104傳輸協(xié)議完成數(shù)據(jù)傳輸。

第3步，主站端調(diào)度系統(tǒng)D5000將接收的前置日歷/時間遙測報文按照傳輸協(xié)議進(jìn)行解析、提取和顯化。

3．2 應(yīng)用解析

日歷/時間遙測的典型報文應(yīng)用解析如下。

a．總召響應(yīng)幀:68(啟動符)1F(信息長度)06 00(發(fā)送序號，2個字節(jié))02 00(接收序號，2個字節(jié))09(類型標(biāo)識，帶品質(zhì)描述的遙測)87(可變結(jié)構(gòu)限定詞，有7個連續(xù)的遙測)fffff4傳送原因，7個字節(jié)，響應(yīng)總召喚)fffff3(公共地址，即遠(yuǎn)方數(shù)據(jù)終端(RTU)站址，2個字節(jié))fffff2(信息體地址，3個字節(jié)，從第0X4001即0號遙測開始)fffff1(遙測值0X07E1:2017年)00(品質(zhì)描述)fffff0遙測值0X0008:08月)00(品質(zhì)描述)ffffef(遙測值0X001C:28日)00(品質(zhì)描述)ffffee(遙測值0X000D:13時)00(品質(zhì)描述)ffffed(遙測值0X000E:14分)00(品質(zhì)描述)ffffec(遙測值0X000F:15 秒)00(品質(zhì)描述)［4］。

4 結(jié)論

本文研究的方法已在吉林東500 kV智能變電站應(yīng)用，運(yùn)行狀況良好。它一改調(diào)度主站過去只能依靠遠(yuǎn)程瀏覽技術(shù)獲取廠站系統(tǒng)時間偏差監(jiān)視，使調(diào)度主站對廠站監(jiān)控系統(tǒng)的時間故障不僅能獲取告警信息，還可以進(jìn)行廠站監(jiān)控系統(tǒng)時間故障的定性判斷，進(jìn)一步提升了遠(yuǎn)程時間故障診斷的能力。該方法配合調(diào)度主站告警直傳和圖形瀏覽系統(tǒng)，把時間是否連續(xù)變化作為丟幀與否的定性判斷，對采用廠站向主站逆向?qū)r報文傳輸?shù)脑诰€監(jiān)測有著啟發(fā)性的意義。