（寧波電業(yè)局，浙江寧波315016）

電力信息化

基于TCP/IP網(wǎng)絡(luò)對(duì)變電站SCADA系統(tǒng)遠(yuǎn)程操作的探討

王均華

（寧波電業(yè)局，浙江寧波315016）

針對(duì)變電站SCADA后臺(tái)維護(hù)困難、遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備異?；蛘{(diào)控端監(jiān)控故障時(shí)變電站失去監(jiān)控的問(wèn)題，探討了基于TCP/IP網(wǎng)絡(luò)的SCADA系統(tǒng)遠(yuǎn)程管控模式，給出基于KVM技術(shù)的遠(yuǎn)程管控系統(tǒng)方案，分析了SCADA系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控、數(shù)據(jù)備份等的實(shí)現(xiàn)機(jī)制和遠(yuǎn)程維護(hù)模式下的安全措施。

變電站；SCADA系統(tǒng)；遠(yuǎn)程管控；虛擬存儲(chǔ)；安全

地區(qū)電力局所轄變電站數(shù)量多、分布廣，站內(nèi)數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控系統(tǒng)變電站（SCADA）常規(guī)維護(hù)、畫面和數(shù)據(jù)編輯、數(shù)據(jù)備份均需檢修人員遠(yuǎn)距離奔赴現(xiàn)場(chǎng)操作；數(shù)據(jù)備份時(shí)需攜帶工具、外帶存儲(chǔ)設(shè)備對(duì)后臺(tái)機(jī)安全威脅大、帶離現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)備份完好留存難度大等均為棘手問(wèn)題。當(dāng)變電站遠(yuǎn)動(dòng)或調(diào)控端（包括集控站、調(diào)度端及新調(diào)控中心）監(jiān)控失去時(shí)，將給電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)嚴(yán)重影響。借助TCP/IP網(wǎng)絡(luò)在調(diào)控端實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站SCADA系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控、數(shù)據(jù)編輯及備份，可解決上述弊端。

1 原后臺(tái)系統(tǒng)維護(hù)方式的缺點(diǎn)

1.1 后臺(tái)SCADA系統(tǒng)檢修維護(hù)耗時(shí)費(fèi)力

變電站日漸增多，而檢修人員幾乎零增長(zhǎng)。對(duì)于較偏遠(yuǎn)的變電站，1條線路更改命名（畫面和數(shù)據(jù)庫(kù)編輯修改）工作成本高昂（需2名檢修人員、司機(jī)、工程車及近1天時(shí)間）；變電站SCADA系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)備份常留存于后臺(tái)機(jī)硬盤，如將之帶離現(xiàn)場(chǎng)，則需攜帶移動(dòng)存儲(chǔ)介質(zhì)或筆記本電腦及網(wǎng)線，既繁瑣又易使系統(tǒng)染上病毒，每次后臺(tái)數(shù)據(jù)修改都會(huì)面對(duì)此類問(wèn)題；后臺(tái)SCADA系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后，常出現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)異?；虿凰⑿?、應(yīng)用軟件異常退出等問(wèn)題，雖然重啟后臺(tái)或監(jiān)控軟件即可解決，但須人員趕至現(xiàn)場(chǎng)，既耗時(shí)又費(fèi)力。

1.2 數(shù)據(jù)庫(kù)丟失或損壞時(shí)問(wèn)題棘手

SCADA長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后，極易出現(xiàn)硬盤壞死、CPU硬件嚴(yán)重異常等故障。在修復(fù)系統(tǒng)時(shí)，需更換計(jì)算機(jī)或硬盤、重裝操作系統(tǒng)、恢復(fù)結(jié)構(gòu)化查詢語(yǔ)言（SQL）數(shù)據(jù)庫(kù)及監(jiān)控軟件等。舊硬盤上數(shù)據(jù)徹底毀壞且存于別處的數(shù)據(jù)庫(kù)丟失或不完整等都令后臺(tái)無(wú)法恢復(fù)至故障前狀態(tài)。無(wú)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)庫(kù)備份時(shí)，即便設(shè)法將后臺(tái)SCADA數(shù)據(jù)重建（根據(jù)主單元轉(zhuǎn)發(fā)表人工再配置），因變電站設(shè)備均在運(yùn)行而無(wú)法逐一核對(duì)“四遙”（即遙測(cè)、遙信、遙控、遙調(diào)），最終仍不能投用。

1.3 數(shù)據(jù)備份安全性低且無(wú)法解析高級(jí)應(yīng)用

數(shù)字化智能變電站逐漸推廣，SCADA系統(tǒng)的信息量很大，數(shù)據(jù)庫(kù)備份愈顯重要。且ICD，SSD，SCD，CID文件包含全站所有設(shè)備的二次信息，其作用不可替代，在變電站調(diào)試完時(shí)會(huì)備份于后臺(tái)機(jī)，但這些文件帶離變電站妥善保存的安全性不足。

數(shù)字化變電站站控層采用DL/T 860協(xié)議實(shí)現(xiàn)信息建模與共享，目前由主控室多臺(tái)計(jì)算機(jī)構(gòu)建一體化信息平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)可視化、智能告警及分析決策、源端維護(hù)、站域控制、拓?fù)湮宸赖雀呒?jí)應(yīng)用功能，原遠(yuǎn)動(dòng)無(wú)法解析這些功能，應(yīng)將此類高級(jí)功能直接延伸至調(diào)控端。

1.4 調(diào)控端對(duì)變電站的監(jiān)控不足

調(diào)控端目前接收的信號(hào)由站內(nèi)遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)，通常僅為各站信息的一部分，對(duì)發(fā)現(xiàn)全站設(shè)備缺陷的作用有限。

當(dāng)遠(yuǎn)動(dòng)通道為音頻模擬通道時(shí)，站內(nèi)遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)或主單元串口發(fā)送的數(shù)據(jù)經(jīng)調(diào)制解調(diào)器D/A轉(zhuǎn)換后，變?yōu)橐纛l信號(hào)，再由通信設(shè)備處理后經(jīng)遠(yuǎn)動(dòng)通道傳至調(diào)控端。在遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)、調(diào)制解調(diào)器、音頻配線等設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，調(diào)控端將失去監(jiān)控；當(dāng)站內(nèi)遠(yuǎn)動(dòng)數(shù)據(jù)由網(wǎng)口或數(shù)字透?jìng)髟O(shè)備傳輸時(shí)，設(shè)備故障同樣導(dǎo)致失去監(jiān)控。另外，調(diào)控端監(jiān)控系統(tǒng)故障或癱瘓時(shí)，將失去對(duì)變電站的監(jiān)控，嚴(yán)重影響電網(wǎng)安全運(yùn)行。

2 KVM遠(yuǎn)程模式

2.1 KVM技術(shù)原理

應(yīng)用數(shù)字KVM技術(shù)建立基于IP遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)的管控系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)后臺(tái)SCADA的遠(yuǎn)程維護(hù)。

KVM是鍵盤（Keyboard）、顯示器（Video）和鼠標(biāo)（Mouse）的英文縮寫。KVM技術(shù)利用1套鍵盤、鼠標(biāo)和顯示器，訪問(wèn)和操作1臺(tái)以上的主機(jī)，可在不同操作系統(tǒng)的多臺(tái)計(jì)算機(jī)之間切換。后臺(tái)機(jī)不裝任何驅(qū)動(dòng)或軟件，僅將其顯卡、聲卡輸出及鼠標(biāo)和鍵盤操作信息經(jīng)KVM特殊處理后，借助TCP/IP網(wǎng)絡(luò)將SCADA系統(tǒng)直接延伸至調(diào)控端。

KVM系統(tǒng)前端通過(guò)視頻選路器（Video Crosspoint Switch）從所有輸入模擬RGB信號(hào)選擇所需通道，采用高清視頻模數(shù)轉(zhuǎn)換A/D對(duì)VGA輸入視頻進(jìn)行采集，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列FPGA完成圖像的差異比較和視頻壓縮，并由PowerPC處理器統(tǒng)一與網(wǎng)絡(luò)側(cè)的數(shù)據(jù)交互、加密和管理。

2.2 數(shù)字KVM

模擬信號(hào)受到傳輸距離（一般不超過(guò)300 m）限制，加之遠(yuǎn)程管理計(jì)算機(jī)的需求日漸增大，催生了利用Over IP技術(shù)的數(shù)字KVM系統(tǒng)。KVM Over IP技術(shù)是建立在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，通過(guò)TCP/IP連接訪問(wèn)遠(yuǎn)程KVM控制器，由遠(yuǎn)程KVM控制器通過(guò)VGA線和USB線與被控機(jī)進(jìn)行連接，調(diào)控端能通過(guò)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)對(duì)KVM控制器的控制，進(jìn)一步遠(yuǎn)程管理多臺(tái)被控機(jī)。

3 對(duì)變電站后臺(tái)SCADA系統(tǒng)的遠(yuǎn)程管控

3.1 實(shí)現(xiàn)模式

數(shù)字式KVM的實(shí)現(xiàn)前提是調(diào)控端和變電站之間要有網(wǎng)絡(luò)通道。目前縣區(qū)110 kV變電站與調(diào)控端之間音頻模擬信號(hào)通過(guò)脈沖編碼調(diào)制（PCM）接至光端機(jī)，以2 Mbit/s的速率經(jīng)SDH網(wǎng)絡(luò)傳輸。如變電站和調(diào)控端要建立IP遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)連接，則在兩端安裝網(wǎng)絡(luò)設(shè)備即可。220 kV變電站近年來(lái)配置交換機(jī)、路由器和加密認(rèn)證裝置，逐步建立了至調(diào)控端的2 Mbit/s光纖電力數(shù)據(jù)網(wǎng)。該網(wǎng)絡(luò)承載了電量、保護(hù)信息和故障信息的通信業(yè)務(wù)。KVM遠(yuǎn)程管控系統(tǒng)可利用原網(wǎng)絡(luò)通道，且不影響原業(yè)務(wù)。

后臺(tái)遠(yuǎn)程管控系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示，在變電站安裝1臺(tái)KVM控制器，每臺(tái)KVM控制器均配置1個(gè)IP地址，在調(diào)控端的2臺(tái)管控機(jī)上分別安裝集中認(rèn)證的主備系統(tǒng)。用戶只需通過(guò)IE瀏覽器訪問(wèn)認(rèn)證系統(tǒng)，就可對(duì)各站后臺(tái)機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程管控。

3.2 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)拷貝的虛擬存儲(chǔ)功能

虛擬存儲(chǔ)功能是指能夠把遠(yuǎn)控機(jī)的光驅(qū)、硬盤分區(qū)、ISO文件和U盤，虛擬映射到被控后臺(tái)機(jī)上，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的傳輸和讀寫。

圖1 SCADA后臺(tái)遠(yuǎn)程管控系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

虛擬存儲(chǔ)實(shí)現(xiàn)自遠(yuǎn)控機(jī)到被控后臺(tái)機(jī)的數(shù)據(jù)映射需要3個(gè)子模塊協(xié)同工作，其原理如圖2所示。Client媒體接口層實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)控端的光驅(qū)、硬盤分區(qū)、ISO文件和U盤的數(shù)據(jù)讀寫。該接口層不僅需讀寫遠(yuǎn)控端文件，還需實(shí)現(xiàn)相應(yīng)對(duì)象的文件索引信息的讀取，以便在被控端顯示；網(wǎng)絡(luò)媒體協(xié)議傳輸層和485媒體協(xié)議傳輸層均采用自定義的封裝格式實(shí)現(xiàn)虛擬媒體數(shù)據(jù)的交互；EID設(shè)備上的USB Client遵從USB 2.0通信協(xié)議，根據(jù)遠(yuǎn)控端選擇的虛擬存儲(chǔ)類型實(shí)現(xiàn)USB CDROM和USB Mass Storage Device。

圖2 虛擬存儲(chǔ)功能子模塊協(xié)同工作原理

3.3 虛擬存儲(chǔ)系統(tǒng)中SCSI命令處理流程

在虛擬存儲(chǔ)系統(tǒng)中，虛擬的存儲(chǔ)設(shè)備是由遠(yuǎn)程KVM控制器和遠(yuǎn)控端存儲(chǔ)設(shè)備兩部分組成。KVM控制器和遠(yuǎn)控端存儲(chǔ)設(shè)備間聯(lián)系通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸SCSI（小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口）命令和提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)或狀態(tài)，處理流程如圖3所示。

圖3 虛擬存儲(chǔ)系統(tǒng)中SCSI命令及數(shù)據(jù)傳輸處理流程

此處應(yīng)用的SCSI技術(shù)實(shí)際上就是iSCSI技術(shù)，是一個(gè)供硬件設(shè)備使用的可以在IP協(xié)議上層運(yùn)行的SCSI指令集，這種指令集合可以實(shí)現(xiàn)在IP網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行SCSI協(xié)議，使其能夠在諸如高速千兆以太網(wǎng)上進(jìn)行路由選擇。iSCSI技術(shù)是一種新儲(chǔ)存技術(shù)，將現(xiàn)有SCSI接口與以太網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合，使服務(wù)器可與使用IP網(wǎng)絡(luò)的儲(chǔ)存裝置互相交換資料。

4 遠(yuǎn)程維護(hù)模式下的工作票及安全措施

4.1 可遠(yuǎn)程進(jìn)行的工作

可遠(yuǎn)程進(jìn)行的工作包括：線路改命名、電流互感器更換或變比調(diào)整后改系數(shù)、數(shù)據(jù)備份、軟件打補(bǔ)丁、后臺(tái)機(jī)或軟件重啟和基本輸入輸出系統(tǒng)（BIOS）檢查等。如出現(xiàn)后臺(tái)機(jī)硬件故障需更換，則需檢修人員前往現(xiàn)場(chǎng)。

4.2 遠(yuǎn)控機(jī)的認(rèn)證系統(tǒng)

遠(yuǎn)控機(jī)上的認(rèn)證系統(tǒng)作為管控系統(tǒng)的外圍安全屏障，需完整地記錄遠(yuǎn)程檢修人員的姓名、工號(hào)、登錄和退出狀態(tài)及時(shí)間，可設(shè)定多種級(jí)別的用戶權(quán)限，檢修人員應(yīng)擁有專門的權(quán)限，其登錄密碼對(duì)非檢修人員應(yīng)高度保密；非檢修人員在管控系統(tǒng)中將無(wú)權(quán)限進(jìn)行遠(yuǎn)程維護(hù)，避免對(duì)變電站后臺(tái)數(shù)據(jù)的意外修改。

4.3 增加的技術(shù)安全措施

遠(yuǎn)程維護(hù)模式下，工作票（可調(diào)控端打?。┥瞎ぷ鞯攸c(diǎn)變?yōu)檎{(diào)控端的遠(yuǎn)程管控機(jī)。由調(diào)控端運(yùn)行人員許可工作票，在傳統(tǒng)檢修安全措施的基礎(chǔ)上增加技術(shù)安全措施。對(duì)于目前絕大多數(shù)用網(wǎng)口通信的后臺(tái)機(jī)，增加遠(yuǎn)程將后臺(tái)機(jī)網(wǎng)卡停用的技術(shù)安全措施，如此可在數(shù)據(jù)編輯或備份狀態(tài)下停止后臺(tái)機(jī)與站控層網(wǎng)絡(luò)或主單元實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換。工作開(kāi)始先做好后臺(tái)原數(shù)據(jù)的備份以防意外，工作完成后再啟用網(wǎng)卡（或串口），從而避免遠(yuǎn)程維護(hù)對(duì)變電站實(shí)時(shí)運(yùn)行的意外影響。

在遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)編輯和備份完成后，可由調(diào)控端運(yùn)行人員在遠(yuǎn)控機(jī)上遠(yuǎn)程檢查變電站后臺(tái)上的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和畫面等，確認(rèn)無(wú)誤后終結(jié)工作票。在現(xiàn)場(chǎng)有運(yùn)行人員時(shí)，可由現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行人員檢查后臺(tái)數(shù)據(jù)無(wú)誤后電話匯報(bào)至調(diào)控端終結(jié)工作票。

4.4 遠(yuǎn)程遙控

后臺(tái)管控系統(tǒng)中的遠(yuǎn)程遙控只有在極少數(shù)緊急情況下才有操作的必要，如現(xiàn)有調(diào)度通道中斷且變電站現(xiàn)場(chǎng)存在緊急故障，加之運(yùn)行人員無(wú)法趕至現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，方需考慮。在保證變電站后臺(tái)遙控號(hào)、調(diào)度編號(hào)、操作人和監(jiān)護(hù)人口令完全正確的情況下，遠(yuǎn)程遙控操作與在站內(nèi)后臺(tái)進(jìn)行時(shí)類同。為保證緊急情況下遠(yuǎn)程遙控萬(wàn)無(wú)一失，建議后臺(tái)管控系統(tǒng)建成初期，對(duì)所轄變電站的遠(yuǎn)程遙控用實(shí)際傳動(dòng)來(lái)嚴(yán)格核查正確后方可投用。

即便在無(wú)管控系統(tǒng)的現(xiàn)有調(diào)控模式下，開(kāi)關(guān)遙控很多時(shí)候均由運(yùn)行人員至變電站現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行。從遠(yuǎn)程遙控的安全性考慮，在非萬(wàn)分緊急的情況下不建議采用。

5 結(jié)語(yǔ)

在數(shù)字化變電站日漸推廣的情形下，站級(jí)SCADA數(shù)據(jù)量大增、高級(jí)功能無(wú)法至調(diào)控端，對(duì)其實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控、數(shù)據(jù)編輯及備份的需求更加迫切?；赥CP/IP網(wǎng)絡(luò)對(duì)變電站SCADA系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控、數(shù)據(jù)編輯及備份的實(shí)施，將拓展調(diào)控端的監(jiān)控范圍、改變維護(hù)單位的檢修模式，適應(yīng)電網(wǎng)安全運(yùn)行和發(fā)展的需要。

[1]郭崗，宋銘利.遠(yuǎn)程控制在計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室中的應(yīng)用與實(shí)現(xiàn)[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2006（3）∶112-114.

[2]AVOCENT CORPORATION.Simple remote management infrastructure[EB/OL].[2007-04-20].http∶//www.avocent. com.

[3]JOHN HYDE.USB設(shè)計(jì)應(yīng)用實(shí)例[M].北京∶中國(guó)鐵道出版社，2003.

（本文編輯：陸瑩）

Discussion on Remote Operation of Substation SCADA System Based on TCP/IP Network

WANG Jun-hua
（Ningbo Electric Power Bureau，Ningbo Zhejiang 315016，China）

The maintenance of supervisory control and data acquisition（SCADA）system for substations is difficult.And when the substation remote terminal units（RTU）are in abnormal operation or the dispatch& control center monitoring faults occur，the monitoring of substations fails.In order to solve these problems, this paper discusses the mode of remote management and supervisory control of substation SCADA system based on TCP/IP network and proposes a scheme of the remote management and monitoring system based on KVM technique.Through the analysis on the implementation mechanism of remote monitoring，data editing and backup of SCADA system，it elaborates safety precautions in remote maintenance mode.

substation；SCADA system；remote management and supervisory control；virtual storage；safety

TM631∶TM764.2

：B

：1007-1881（2012）09-0075-04

2012-01-30

王均華（1978-），男，江蘇東臺(tái)人，碩士，工程師，從事繼電保護(hù)及自動(dòng)化專業(yè)研究工作。