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1、2 0 1 0年第 3期 天津电力技术 l 7 变电站监控系统调试中的问题及解决方法 天津市电力公司高压供电分公司(天津 3 0 0 2 0 0)刘雪飞 0引言 随着计算机技术、网络技术和通信技术的发展 及其在电力系统中的广泛应用，变电站监控系统的 技术水平正在迅速提高。系统网络化和体系开放性 成为自动化系统的发展趋势，以太网技术顺应这种 趋势，被引入到变电站 自动化系统过程层的采集、测 量单元和间隔层的保护、控制单元以及站控层网络 中，构成基于网络控制的分布式变电站 自动化系统。在变电站监控系统初起阶段，一般都采用传统 的 R S一4 8 5、C A N B U S、F D K B U S、
2、WO R L D F I P、L O N-WO R K S等现场总线传输变 电站内实时信息。这一 时期的监控系统网络结构一般都存在着带宽狭窄、传输信息实时性差、网络结构单一、仲裁策略复杂、通信误码率高、抗电磁干扰能力弱；后台和远动系统 功能不完善、操作复杂、支持规约简单、可维护性差 等缺点。我公司自1 9 9 9年投运第一个分散分布式综合 自动化变电站后，新建变电站都采用综合 自动化模 式并对传统非综合 自动化老站进行逐步改造。目 前，公司第一代综合自动化变电站内的二次设备已 经运行 l 0多年，传统现场总线组网模式下的缺点 日 益显现，同时设备的硬件故障率大幅上升。近期公司决定采用当前成熟的
3、主流综合 自动化 设备替换原有设备，提高二次设备的健康水平。我 公司维护的是电压等级为 2 2 0 k V及 5 0 0 k V的变电 站，其中各电压等级的变电站后 台和远动系统结构 类似，具有普遍性；对网络结构而言，2 2 0 k V终端站 的网络节点数量最多甚至超过 5 0 0 k V的变电站，对 网络传输速度和质量要求较为苛刻。文章 以一个 2 2 0 k V终端站为例讨论 变电站监控系统在调试中 遇到的问题及解决方法。笔者认为这些问题和方法 具有普遍性，现总结如下与大家分享。1 2 2 0 k V终端变电站的基本情况 2 2 0 k V终端 变电站 有三个 电压 等级，分别是 2 2
4、0 k V、3 5 k V、1 0 k V。站内一般装有 1 5 0 M V A变 压器 3台；2 2 0 k V母线 3条，2 2 0 k V进出线 6回；3 5 k V馈出线 2 4回，电容器 6组，电抗器 3组；1 0 k V馈 出线 2 4回。电容器 3 组 以及所用变两台。3 5 k V及 1 0 k V采用保护测控一体装置直接下放到开关室，装于相应间隔的开关柜上。2 2 0 k V线路测控装置、变 压器测控装置、低频低压 自动减载装置、3 5 k V及 l O k V的备 自投装置、2 2 0 k V线路保护装置集中组屏，装于保护室内。站内3 5 k V和 1 0 k V的保护测控
5、一 体装置及站内后台系统为同一厂家设备。全站主要 采用以太网通信，规约转换装置通过 R S 4 8 5总线与 外厂家的线路保护装置、变压器测控装置、站内直流 模块及其它辅助装置通信。全站挂接在以太网上的 测控装置总计 1 0 0多台，挂接在 R S 4 8 5总线上的装 置为 l 0多台。全站遥信量 3 0 0 0个左右，遥测量 6 O O 个左右，遥控量 1 0 0个左右。2 站内监控系统后台 后台系统一般由两台服务器兼操作员站和一台 工程师站组成。服务器为装有 O r a c l e数据库的 S u n U l t r a 4 5工作站，操作 系统为 S o l a r i s l 0。有
6、的后台系 统设计了单独的采用 Wi n d o w s 操作员工作站，操作 员工作站从服务器读取全站的实时信息量，并将遥 控报文转发给服务器去执行。2 1 监控软件不支持光字牌 系统 目前，大多数供电公司要求微机监控系统的后 台保留原控制屏上光字牌的功能。即要求光字牌的 显示分两部分，一部分为实时值，表示该信号实际当 前值，另一部分为警示标志，用于标识该信号是否曾 经动作过，若动作过。除非运行人员手动复归(报警 确认)为止，该标 志应一直点亮(红色)。由于警示 标志可以合成一个总信号，一旦该信号点亮，运行人 员马上就知道有信号动作过了，通过光字牌系统可 以很快检索出报警信号，然后进行相应的处理
7、。某型号监控系统 的后 台不支持警示标志，只有 实时值。该系统用显示实时值的圆点是否闪烁来标 识该信号是否动作过，但是闪烁信号不能合成。这 样造成的结果是：当全站某一信号动作之后，运行人 员需要在几十个画面近 3 0 0 0个信号中找到有变化 的那一个，这显然是不可取的。另一型号的监控系统后台用点亮标示实时值，用光字信号周围的方框是否闪动做为警示标志，用 于标识该信号是否动作过，这已经符合基本的光字 l 8 天津电力技术 2 0 1 0年第 3期 信号功能，但是该方框不能合成，同样不能实现检索 功能。解决方法：厂家升级了后台软件 实现了光字牌 系统功能。但是大量计算公式的加入，并且都是扫 描执
8、行量，使得监控系统的实时性有所下降，所以后 台服务器的硬件水平是个需要关注的问题。2 2 软报 文信号无 法做成光 字信 号 在某型号监控系统中，只有接人到测控装置相 应遥信开入端的信号，也就是只有硬接点信号，在后 台才可以做成光字信号；那些由保护测控装置产生 的具体保护动作信号(软报文信号)如过流 I 段 I I 段保护动作、零序保护动作、方向过流保护动作等具 体保护动作则无法形成光字信号。解决方法：目 前只能把保护装置相应保护的开 出用电缆连接到测控装置的开入端，使其成为“硬 接点”信号，然后在后 台制作相应 的光字牌。对于 低压保护只是引入了一个“保护动作跳闸”信号，具 体是哪一种保护动
9、作，需要到现场去看。这只是不 得已采用的解决方法，好多有用的信号由于开人接 点数 目的限制而无法形成光字。最彻底的解决方法 是厂家应该更改其后台应用层程序，实现该功能。2 3 从后台报警窗中无法区分 C O S和 S O E 一般情况下在一个信号动作后，测控装置会先 向后台传送一个遥信变位的报文，后送一个 S O E的 报文。由于遥信变位的报文优先级 比较高，一般后 台先收到遥信变位，后收到 S O E报文。后台在接收 到遥信变位报文后，按照后台收到的时间给这个变 位加上一个时标显示在报警窗中，同样 S O E的报文 也应该这样处理。但是该监控系统的后台将两类时 标在同一窗口的同一列显示，根本
10、无法区分 C o S和 S O E。解决方法：修改了监控系统后台应用层程序，实 现 C o S和S O E的区分。2 1 4 数据库中更改线路的调度编号相当麻烦 在大多数厂家的监控系统数据库更改调度编号 是比较简单的，由于老调度编号的画面和库中的调 度编号是对应的，它们两个的对应关系是以前建立 好的，所以一般改编号的流程是这样的：首先更改数 据库中的调度编号，然后用绘图软件更改画面的调 度编号即可。但是在某型号监控系统数据库中，更 改调度编号之后，需要根据新的拓扑图重新添库，在 这个过程中将有大量的不确定因素，所有四遥量与 数据库的对应需要重新核实，相当予重做一个新站 一样。有的新建变电站的调
11、度编号变更多次，正式投 入的调度编号与调试编号相差很大，重新核实对应 关系的工作给更改调度编号带来 了很大的工作量，因为每一个间隔都有一张图而且还有若干不同电压 等级的分图以及与之相对应的光字系统，这使得该 监控系统的可维护性太差。解决方法：只能由厂家更改其后台程序，简化更 改调度编号的繁琐过程。2 5跨平 台通信处理的不好 采用 Wi n d o w s 操作员工作站和 U n ff服务器的 后台监控系统，因为跨平台通信处理不当，在调试过 程中当大量遥信变位和 S O E报文上送至服务器时，操作员站实时性很差而且频繁死机。解决方法：由厂家升级 了操作员站与服务器之 间的通信服务程序，到目前为
12、止尚未发生死机现象。2 6 站内测控装置遥信防抖 目前几乎所有的测控装置都对遥信进行必要的 防抖，用以剔除遥信节点接触不 良引起的抖动信息，提高遥信的可靠性。但是在与集控中心传动“重合 闸”这一硬接点信号时，总是发现实际保护测控装 置的重合闸过程已经正确完成，而集控和后台却没 有收到上传的遥信变位信息。解决方法：调整这一信号的遥信防抖时间，避免 这一信号被滤除。2 7 站内后台调取保护定值和故障滤波数据 长久以来 2 2 0 k V终端站的 3 5 k V和 1 0 k V没有 接入单独的故障录波装置。当发生故障时，只能由 监控系统查看事件记录，区分保护的动作顺序，对故 障电流大小、保护的动作
13、情况等没有具体的记录，影 响事故处理的速度。而保护测控一体的新装置能够 实现录波功能但是调用这些数据需要单独的软件和 硬件设备，过程极其繁琐。解决方法：监控系统后台增加了必要的应用软 件，实现了调取保护测控装置定值以及读取装置故 障录波的功能。这对防止继电保护人员误整定以及 故障分析提供了强大的技术支持。2 2 站 内监控 系统 网络 2 2 1 站内布线 由于设计院没有明确监控系统网络应该如何布 线以及布何种网线，站 内的通信网络主要是 由厂家 设计并布置，某厂家可能是 出于成本考虑。从 3 5 k V 和 1 0 k V开关室到保护室的网络接口屏布置的级联 线为电以太网，五类屏蔽双绞线长度
14、达 7 0 m左右。开关室内电磁环境恶劣而复杂，五类屏蔽双绞线适 2 0 1 0年第 3 期 天津电力技术 1 9 应于办公 环境，抗 电磁 干扰能力有限，这 给“四遥 量”的正确传送埋下了巨大的隐患。目前站内 3 5 k V 和 1 0 k V电压等级的馈线负荷不大，开关切除大负 荷电流产生电磁干扰现象并没有完全显现出来，所 以当前尚未发现遥信误报现象，但是随着各 电压等 级馈出线冲击负荷的增长、线路故障的发生、以及屏 蔽双绞线的老化，系统的可靠性肯定会受到影响。解决方法：将级联用双绞线更换为光纤，保护室 内网络接口屏增加两台 1 6口的光 以太网交换机，；保护室内的电磁环境优于开关室内，设
15、备之间的连 接应采用超五类屏蔽双绞线，提高系统的抗电磁干 扰能力。2 2 2 站内交换设备 厂站交换设备采用广播式 H U B，站内总共 1 0 0 多台保护测控装置再加上后 台服务器和工程师站以 及远动工作站。站内所有网络通信的 I P地址都处 于同一网段，这种将全站装置挂接在一个广播式网 络上的做法，使得各通信装置对网络资源的竞争十 分激烈，不利于监控系统的实时性和可靠性。在实际运行中，时常发现大量测控装置的与后 台服务器的断链重连现象，有的甚至不再重连，需要 人为断电复归才能恢复，使该间隔失去监控。解决方法：将广播式 H U B更换为交换机或者允 许广播报文通过的路由器(主要考虑对时广播
16、报文 的传送)。对更换为交换机的情况，可以根据实际 一次设备的布置划分相应 的 V L A N(例如每段母线 划分一个 V L A N，站内后台、远动 以及级联线划分为 一个 V L A N)，将资源竞争限制在有限的范围内，从 而大幅降低网络冲撞，提高信息传输的可靠性。3 远动 系统 3 1 远动规 约及通道 目前公司所有的综合 自动化变电站都是无人值 守的变电站，所以站 内所有信息均要求远传到集控 中心。到集控中心的远传通道为两路网络通道和一 路模拟备用通道；到两级调度中的天津市调为两路 网络通道和一路模拟备用通道，到两级调度中的城 区调度为两路网络通道，并且两级调度的网络通道 为远动装置一
17、个网口提供。集控中心网络通道要求使用的通信规约是华北 1 0 4，两级调度中心网络通道要求使用的通信规约为 天津 1 0 4；此外天津市调和集控 中心模拟通道的通 信规约都为华北 1 0 1。当前采用的远动装置一般有 四个网口，A、B网口用于连接站内，C网口用于连接 两级调度中心，D网 口用于连接集控中心。尽管华北电网有限公司和天津市电力公司此前 已经对子站人网的华北 1 0 1和天津 1 04 规约组织过 测试，并且最终各厂家都通过 了相应的测试。但是 各个厂家并没有就通过测试的规约程序制定唯一的 版本，而是在一个通用规约上通过更改选项设置达 到相应要求的。在调试验收过程中需要重新验证规 约
18、选项的正确性，给调试带来了很多不必要的工作，没有充分利用规约测试的成果，浪费了大量的宝贵 时间。解决方法：各厂家应该针对通过测试的规约制 定一个唯一的版本，以减少调试工作量节约调试验 收时间。3 2与调 度和集控 通信 3 2 1 远动机主备运行 当前的远动装置一般都是主备的运行方式，即：两台机器一台做主机一台做备机，也就是分当前主 机和当前备机。下面讨论一下不同切换策略下，备 机允许 拒绝主站的T C P连接所存在的问题。3 2 1 1 根据主备双机与站 内测控装置通信状态 进行切换 当前主机发现与站内的测控装置通信都中断，并在一段时间内尝试连接数次无果，而当前备机与 站内测控装置通信正常，
19、则当前主机与当前备机进 行切换，当前主机切换为当前备机，当前备机切换为 当前 主机。存在的主要问题：对于网络通道：如果 当前备机不拒绝主站 的 T C P连接。由于只有当前主机处理来自间隔层的数 据报文，当子站的主备机因满足条件而进行切换时，调度中心和集控中心主站是毫不知情的，如果主站 连接到了当前备机，主站只能通过总召才能刷新主 站的实时数据库，而变化遥测、变化遥信和 S O E报 文是不能主动上送 的并且总召的数据也不是当前实 时数据。在这种情况下，主站不具备判断能力，也就 不能主动切换到子站的另外一台机器也就是子站当 前主机上去。如果当前备机拒绝 主站的 T C P连接。当子站 主备机切
20、换时，由于备机拒绝 T C P连接，主站只能 连接到当前主机上去，这样实现了所有信息的实时 上传。但是如果当前主机到调度中心的通道中断而 当前备机通道是良好的，此时 由于两台远动与站内 测控装置通信都正常，不满足子站的主备机切换条 件。所以，主站无法通过当前备机的良好通道连接 备机以获取子站“四遥”信息，使得调度中心和集控 2 0 天津电力技术 2 0 1 0年第 3期 中心虽然分别有两个独立通道，但是只能使用当前 主机的那个远传通道，造成了通道资源的巨大浪费。对于专线通道：由于 串 口数据 的接收和发送 时 由当前主机来管理的，所 以串口是一直在线的。但 是主备机通信的通道是复合在与站内测控
21、装置通信 当中的，如果子站内网测控装置很多，网络重负荷造 成阻塞时，主备机通信就可能中断，当前备机也会切 换为当前主机。这样两台远动都将作为主机运行，而专线通道采用的是 问答式规约 I E C 6 0 8 7 0 5 1 0 1，这势必造成专线通道数据收发的混乱。3 2 1 2 根据主备双机远动通道的状态进行切换 当主机发现与远方主站通信都 中断，并在一段 时间内尝试连接数次无果，而备机与远方主站通信 正常，则主机与备机进行切换，主机切换为当前备 机，备机切换为当前主机。存在的主要问题：对于网络通道：如果 当前 备机不拒绝主站 的 T C P连接。调度中心和集控中心主站肯定能通过良 好的通道与
22、子站相连。但是主站如果连接到当前备 机，则同样主站只能通过总召才能刷新主站的实时 数据库，变化遥测、变化遥信和 S O E报文是不能上 送的并且总召的数据也不是当前实时数据。在这种 情况下，主站无法判断哪个是主机哪个是备机，也就 不能主动切换到子站的当前主机上去。如果当前备机拒绝主站的 T C P连接。当子站 主备机切换时，由于备机拒绝 T C P连接，主站 只能 连接到当前主机上去，这样实现 了所有信息的实时 上传。但是如果当前主机与站内测控装置通信的通 道中断而当前备机通道是 良好的，此时两台远动到 主站的通道都是良好的，不满足主备机切换条件，所 以变化遥测、变化遥信和 S O E报文是不
23、能上送，即 使总召上送的数据也是当前主机与站内通道中断前 一刻的数据。对于专线通道：由于串口数据的接收和发送时 由当前主机来管理，所 以串口是一直在线的。但是 当前主机与站内通信中断时，不满足主备切换条件，同样不能上送子站的实时数据。当主备机通信出现 问题时，两台远动都将以主机运行，同样会造成灾难 性后果。此外，由于远动装置到调度中心和集控中心的 通道是分别配置的，切换策略究竟 以哪个通道状态 作为参考也是一个需要解决的问题。很难做到调度 中心和集控中心的兼顾，而影响任何一个主站的通 信，都将会影响到电力系统的安全稳定运行。解决方法：采用根据于站内测控装置通信状态 进行切换的策略，修改远动程序
24、改进备机功能，使备 机也能接收和处理 间隔层测控装置发来的实时报 文，同时，如果当前备机收到主站发来的遥控报文，则通过主备机通道，将遥控信息转发到当前主机，由 当前主机下发遥控命令到对应的测控装置；对专线 通道而言，由于采用主备机的运行方式，模拟通道只 有主站与当前主机之间的通信报文。3 2 1 3 远动机间通道中断又恢复的情况处理 两台远动机正常运行时一主一备，主备机间的 信息交互通过单独通道完成。如果当前主机正常运 行而主备机通道确实 中断，那么当前备机 自动切成 主机，此时相当于双主机运行，将引起专线通道的收 发混乱；若问隔一段时间主备机通道又恢复运行，大 多数厂家设备不能 自行将其 中
25、一台即使降级为备 机，使专线通道恢复正常运行。解决方法：由厂家完善主备切换策略，增加当主 备机间通信 中断又恢复情况下的当前主机选举工 作，尽快消除因两远动机双主运行导致的专线通道 不可用的缺点。一 3 2 2 远动机双主机运行 两台远动机互相之间没有任何联系，互相独立 运行，两台远动装置的运行环境完全相同，结构模式 更为简单明了。避免了因主备切换策略的不同而影 响远动系统的可用性。调度中心和集控中心根据远 动通道传输质量的优劣选择使用哪台远动装置，这 大大提高了数据传输的正确性。存在问题：专线通道只有一条，如果专线通道只 连在一台远动机上，那么当这台远动机出现问题时，会有两个通道不可用；或者
26、增加一 台通道切换装 置，一台远动有问题，马上切到另外一台。保证两个通道 运行。4 控 制权切换的 问题 按照规程规定，集控中心和站端是不能共享控 制权的，必须保证控制权的唯一性，实现对集控中 b 站端的遥控闭锁。另外，集控中心在进行某一子 站新投入设备的控制时，也要求把其余各站的控制 权切换到相应的站端，确保集控中心不会控错站，控 制权的切换是由集控主站运行人员通过遥控操作实 现。但是某型号的监控系统控制权的切换是通过手 动扳动远动屏上的一个控制把手实现的。由于集控 站监视的子站都是无人值守的，如果每切换一次控 制权都要派人到站端去扳动把手，这是不可想象的。此外，按照规程要求，如果控制权在集
27、控中心，2 0 1 0年第 3期 天津电力技术 2 l 而此时集控中心到子站的通道又恰好 中断，要求操 作队到站端操作的时候，控制权能够切 回站端，保证 站内后台能顺利进行遥控操作。解决方法：增加一个带 自保持功能的继电器，由 公用测控屏的一个遥控点控制。集控中心和站端后 台在遥控前都判断 自保持继电器引出接点的状态，实现主站和子站控制权 的互锁，通过遥控该接点的 分合实现控制权在集控中心和站端后台的切换。另外，由于当控制权在集控端而又遇通道中断 时，集控端闭锁了站端所有的遥控，包括对这一带 自 保持功能继电器的控制，所 以只能通过人工置数来 解除对后台遥控的闭锁，实现在通道异常情况下站 端后
28、台遥控命令的下发。5 结语 随着综合自动化监控系统的普遍应用和变电站 无人值班模式的广泛推广，监控系统的健壮性已经 成为保证电力系统安全、稳定运行的基石。文章中 所提到的监控系统中存在的问题真实存在，问题解 决后，达到了预期 的 目的，监控系统运行可靠而稳 定，给运行和维护人员带来了极大的便利。作者简介：刘雪飞(1 9 8 2一)，男，大学本科，主要从事电力系统 自 动化设备 的运行和维护工作 电网发展研究 中心圆满完成公 司三年降损规划工作 日前，电网发展研究中心圆满完成公司 2 0 1 1 2 0 1 3年降损规划编制工作，此项工作是根据国家电网公 司要求，公司营销部委托，电网发展研究 中
29、心依据天津电网线损管理实际情况及十二五规划目标负责完成，这也是我部门连续第二年承担此项工作。本次降损规划报告分析了天津电网目前电源、电网和用电结构现状，总结了天津公司在线损管理方面存 在的问题，从技术降损和管理降损两个角度挖掘了公司降损潜力，提出了公司节能降损工作的指导思想、规 划 目标和降损措施，对全面推动公司节能降损工作，提高企业经济效益具有一定参考价值。我们的工作不仅获得了公司的认可，也受到了华北电网有限公司领导、专家的肯定。在秦皇岛召开的“华北电网线损率三年计划报告”评审工作会上，电网发展研究中心代表天津市电力公司对天津电网2 0 1 1 2 0 1 3年降损规划工作做了汇报，与会的领
30、导专家认为：天津公司的报告内容全面，反映问题客观，重点突出，对目前天津公司线损管理中存在的问题分析透彻，报告对未来三年的降损工作具有指导作用，符合国家电网 公司深度要求。供稿部门：电网发展研究中心撰稿：张来 东北郊热电厂新建工程达标投产检查工作顺利完成 2 0 1 0年 7月 2 7日，东北郊热电厂新建工程达标投产复检工作顺利结束，标志着该工程达标投产工作全 部完成。东北郊热电厂新建工程达标投产工作在国电津能公司的组织下，电科院经营科、东北郊项 目部及各专业 所积极配合，分别于 2 0 1 0年 2月份通过 自检，5月份通过国电华北公司预检，7月份终于迎来国电集团的复 检检查团。本次复检分为质量与工艺组、技术指标组、档案管理组、调整试验组、安全管理组、综合组六个小 组进行。专家组经过两天的现场勘察、资料审核、整理评定，并结合前期预检情况，综合测算考评分数。最终 本期工程两台机组得分率均在 9 0 以上，达到火电机组达标投产的考评要求，标志着本期工程顺利达标投 产。总结会上，检查组专家对我院在东北郊工程中的调试工作给予充分肯定，同时对存在的不足也提出希望 和建议。我们将积极配合电厂做好该项工作的整改闭环工作，同时认真做好工程总结，为我院以后的调试工 作提供宝贵经验。供稿部门：东北郊项 目部撰稿：张宇