保山供電局故障錄波組網分站系統的設計與應用

熊紅英　周鍵宇　何光層　楊俊峰

摘要：故障錄波組網分站系統是地調對轄區110 kV故障錄波器開展在線狀態監測工作及掌握電網故障情況的有效手段，也是對故障錄波主站系統的延伸和補充。現以保山供電局的故障錄波組網分站系統設計為例，闡述了分站系統的設計背景、軟硬件配置情況，介紹了分站系統基于B/S/C模式的架構特點，分析了分站系統具體功能模塊的設計要點。

關鍵詞：故障錄波;組網系統;智能化;調度決策

0 引言

故障錄波組網分站系統[1-2]是網、省、地三級調度模式下，地調一級對省調一級主站系統在110 kV系統的延伸，也是保信系統在傳輸不可靠及自動化程度不高的情況下，滿足地調繼電保護人員第一時間獲取故障情況的快速渠道，改變了過去由人工驅車下站的落后方式，能夠大幅縮短地區電網故障的獲取時間，為地調決策機構及時提供復電依據，縮小停電范圍。

1 設計背景

故障錄波組網分站系統相較于故障錄波遠傳系統，具有以下優點：（1）人工調取方式和自動巡檢模式相結合，運行效率佳。（2）實時區和管理區信息自動流轉，智能化程度高。（3）主動識別故障信息，監視評估一次間隔[3-4]，大數據診斷。（4）故障信息發布更快速。

故障錄波組網分站系統相較于保信系統，具有以下優點：（1）取消保信子站，通信流程環節少，信息上傳直接、快速。（2）處理電網擾動所產生的海量錄波數據時，效率更高、分析更準。（3）獨立故障診斷功能。分站系統只需要接收原始錄波數據即可展開獨立故障分析和診斷工作，而保信系統只能從廠站就地接收故障報告，靈活性差。

系統設計時要考慮到錄波器的使用期限長，型號和版本更迭復雜，接口標準化和信息一致性滯后的問題。此外，錄波器私有信息過多，分站系統要求有兼容性和容錯性，否則將導致系統運行不穩定，故障分析結論不可靠，降低調度決策水平。

2 系統配置

2.1? ? 硬件配置

系統硬件配置標準應包含一套數據庫服務器（雙機熱備）、一套通信服務器（雙機熱備）、一臺存儲服務器、一臺Web服務器、一臺中心交換機、一個維護工作站、一臺橫向安全隔離裝置和KVM切換裝置。故障錄波組網分站系統硬件配置如圖1所示。

支撐核心業務的數據庫服務器和通信服務器均采用冗余雙機熱備方式，可提高數據交互可靠性和錄波數據存儲的安全性。KVM切換裝置同時在多個服務器之間開展就地軟件部署和硬件故障診斷，工作站提供遠程運維手段，用于一般運維和系統升級。橫向隔離裝置用于滿足二次系統信息安全防護需求，保證實時區的信息往管理區單向發布，不接受管理區信息的反向滲透。

2.2? ? 軟件配置

故障錄波組網分站系統軟件配置包括數據庫服務模塊、數據分析模塊、常規信息發布服務模塊（Web/短信）、基于移動終端的APP發布模塊、各廠商錄波信息采集模塊、IEC 61850信息采集模塊、安全防護跨區同步模塊、錄波圖形分析模塊、錄波信息管理模塊、看門狗模塊、通信監視模塊、工作站維護模塊以及省-地錄波信息一體化服務模塊等。

軟件配置的目標為：操作系統和應用系統有效隔離;內核態和應用態業務切割合理;用戶權限和操作記錄清晰，可回溯;接入審計日志系統并受控;后臺監護與界面管理雙軌制運行，滿足服務和運維同步進行的需求。

此外，軟件還可制定通信遠傳、數據過濾、信息存儲、自行看護、文檔整理、數據庫優化、模塊橫向互聯等機制，漢化界面，確保操作符合用戶習慣。

3 基于B/S/C模式的系統架構

故障錄波組網分站系統由Web應用服務器、通信服務器、數據庫服務器三者構成。其中，通信服務器和數據庫服務器部署在實時區，通過調度數據網，建立分站調度側機房與廠站側故障錄波裝置的連接，形成C/S交互結構，實現61850/103規約的遠傳通信，實現錄波數據的主動周期性采集和被動驟發性數據采集。Web應用服務器與通信服務器之間依然采用C/S結構，實現實時區與管理區的數據同步，同時對管理區提供Web發布服務，以B/S方式實現瀏覽客戶向分站系統請求的網頁訪問。

Web應用服務器承載的信息，全部基于通信服務器對擾動錄波數據的故障診斷、信息篩選，保證實時區往管理區單向同步的數據最小化、實用化和精準化。Web應用服務器運行的數據庫，與實時區數據庫服務器的數據庫形成對應子集關系，以最有價值和最優通信交互代價完成快速推送，滿足瀏覽客戶界面上的實時動態顯示及電網故障的實時預警需求。

除了提供實時信息采集和自動故障診斷功能，Web服務器還提供錄波器臺賬管理、比對定值[5]、召喚模擬量/開關量、記錄SOE事件、系統自身的自檢及告警、統計、查詢、歸集及導出和打印服務。Web服務器提供獨立的客戶端版離線分析軟件，支持故障波形展示、二次分析、矢量和序量計算、各次諧波、阻抗軌跡等高級分析，支持帶權限的用戶登錄服務。

4 通信服務器

安裝在通信機房的服務器對變電站側提供實時的通信監視和擾動數據采集功能，包括接口接入、協議解析、數據傳輸、編碼譯碼，還有與之配套的通信狀態、鏈路質量、數據庫關聯及線程狀態報告以及其他實時業務。

通信服務器還提供錄波數據格式解析和故障分析功能。錄波數據以COMTRADE格式存儲，限于標準制定的滯后性和廠家型號的多樣性，COMTRADE存在工程化版本雜亂和互不兼容的缺陷，需要通信服務器具備額外的容錯和矯正能力。因此，通信服務器保障了整個分站系統連續運行的穩定性和可靠性。

關鍵問題及解決辦法：

（1）通信和分析模塊實時交互。分站與錄波器的通信連接具有一對多屬性，加上錄波數據的不可預測性，在電網擾動時，錄波數據蜂擁而上，對通信服務器的數據接收、分析和存儲構成了壓力。考慮到錄波器的無效啟動占比超過99%，為了兼顧分站系統對電網故障反映的實時性，應該確保故障數據優先分析，因此可以結合錄波數據的開關量變位狀態信息對故障進行初判，減少無效擾動數據對分析模塊的持久占用。

（2）建立高效的數據庫引擎。分站系統的服務器數量眾多，加載的軟件模塊基于設計的數據一致性原則，數據庫是各軟件系統的最大公約數，直接關系到系統的穩定性和預定功能的可實現性。分站系統建立一個數據庫訪問托管池，將原本任意模塊都直接訪問數據庫的方式，升級為向托管池提交數據庫訪問請求，由托管池根據數據庫的處理能力及業務請求的優先級，開展任務排序和時機管理，提高數據庫運用效率。

（3）背靠背方式實時區數據同步到管理區的跨區交互。考慮到橫向隔離裝置屬于第三方以及運行過程中可能出現的非可控因素，通信服務器和Web服務器進行單向數據傳遞及單包確認時，規約以背靠背方式設計，優點是：首先對雙側任何一端發起均不敏感;其次是在橫向隔離裝置出現死機、斷電等嚴重故障后重啟時，分站系統的跨區同步模塊能自動識別和修復;最后是一方升級或維護時對另一方無影響，具有良好的低耦合特點。

5 分站功能設計

（1）錄波器狀態監視。一種是對錄波器進行周期性狀態查詢，以后臺常態化方式進行，包括告警和新數據，當有新的狀態時及時對其接收和處理;另一種是由分站側的工作站發起的臨時人工指令，隨機性強、權限高，并且不影響后臺常態化查詢方式。（2）網頁瀏覽器查詢。對錄波主站運行的歷史信息進行分類展示，支持按時間段、運維單位、故障類型等單個/組合條件查詢，以列表控件、屏幕展示、打印和導出等方式呈現結果。導出格式支持記事本、PDF和Word等常見形式。（3）邊緣特性。單個功能的加載和卸載、模塊升級等，不影響其他模塊，也不造成整個系統的暫停和性能下降。（4）非侵入式特性。分站系統的運行，對錄波器裝置的運行不造成任何影響，不改變現有運行方式及網絡拓撲結構，不特別建模，不對其他系統提出假設需求。（5）穩定運行。分站系統具有長期自愈、自持和自修復功能，發生嚴重故障和不可預見場景時具有學習能力及自行恢復運行能力，并記錄和報告缺陷情況。（6）災備能力。系統出現如勒索病毒等入侵情況時，應能恢復到最近一次正常運行的環境、數據和配置，最近一次的時間間隔設置為15 min。（7）擴展性強。系統能夠適應服務器更換、操作系統升級、數據庫升級及網絡架構的調整需求，并執行改變運行方式。（8）自動追蹤錄波器狀態的能力。包括錄波器定值配置、模擬量信號變化、通信狀態改變、型號及規約改變等。（9）具有告警能力。系統能自動根據告警類型確定告警目標及對象，支持夜間免騷擾模式。（10）具備獨立的同步對時[6-7]信號接口，支持主流對時方式。（11）電子工作票管理。在工作站上提供運維人員身份識別和權限認證功能，開展電子票開具和操作跟蹤、結票管理工作，支持歷史統計查詢功能。

6 結語

故障錄波組網分站系統充分挖掘了故障錄波信息在反映電網故障實時性和完整性方面的優勢，解決了保山供電局調控一體化決策過程中長期面臨的信息孤島、跨專業協調指揮渠道滯塞等問題，顯著縮短了電網事故的診斷分析時間。該系統構建了在線故障錄波信息監視、兼顧網絡安防信息傳輸、實時區和非實時區數據同步、自主故障分析診斷、Web快速發布、工作站運維等地調電網故障處理的智能化全自動解決方案，最大程度地提升了輸電可靠性，保障了保山電網的安全運行。

[參考文獻]

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收稿日期：2020-04-02

作者簡介：熊紅英（1983—），女，湖南邵陽人，工程師，研究方向：電力系統繼電保護。