丁峰，陸承宇，阮黎翔，王松，吳棟萁

（國網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州310014）

變電站監(jiān)控系統(tǒng)智能化改造過渡方式研究

丁峰，陸承宇，阮黎翔，王松，吳棟萁

（國網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州310014）

針對變電站監(jiān)控系統(tǒng)智能化改造過程中遇到的站內(nèi)信息缺失、防誤閉鎖邏輯不完整及主站無法監(jiān)控全站設(shè)備等難題，研究采用狀態(tài)信息代理裝置來模擬智能終端發(fā)布信息，以保證全站監(jiān)控聯(lián)閉鎖、調(diào)控信息等功能的完整。該方法可使監(jiān)控系統(tǒng)智能化改造工作量小、停電時間短、易于安全掌控，實現(xiàn)新老監(jiān)控系統(tǒng)的平穩(wěn)過渡，對國內(nèi)常規(guī)變電站的智能化改造具有一定的借鑒意義。

監(jiān)控系統(tǒng)；智能化改造；狀態(tài)信息代理

0 引言

智能變電站以IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，貫徹“統(tǒng)一建模、網(wǎng)絡(luò)傳輸、信息共享”的理念，實現(xiàn)了站內(nèi)信息資源的優(yōu)化配置，提高了電網(wǎng)安全運行水平。智能變電站在國內(nèi)正處于大面積推廣時期，新建的110 kV及以上變電站基本為智能變電站。而傳統(tǒng)變電站監(jiān)控系統(tǒng)一方面隨著運行時間的增長，設(shè)備老化導(dǎo)致出現(xiàn)運行障礙的幾率顯著增加，部分采用進(jìn)口監(jiān)控設(shè)備的變電站面臨著缺少備品和技術(shù)服務(wù)的困境；另一方面受監(jiān)控系統(tǒng)的軟硬件功能限制，對集中監(jiān)控等新業(yè)務(wù)的承載能力較差。因此急需對這類傳統(tǒng)變電站監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行智能化改造。

早期投運的變電站在電網(wǎng)中往往是重要的樞紐站，這就決定了其監(jiān)控系統(tǒng)的改造不可能在全站停電的情況下進(jìn)行，甚至同一間隔多次停電也十分不易，只能伴隨一次設(shè)備按間隔、分批分次有計劃進(jìn)行。因此改造過程中的新舊系統(tǒng)過渡不可避免，甚至?xí)永m(xù)很長一段時間。智能化改造將對原有監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行整體更換，新通信規(guī)約體系（IEC 61850）與原有監(jiān)控系統(tǒng)并不兼容，形成了過渡階段監(jiān)控系統(tǒng)的整體性要求與逐間隔改造的矛盾。過渡方式成為改造方案中需重點考慮的內(nèi)容，直接影響著改造工作量和改造風(fēng)險的大小。

1 現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)改造技術(shù)局限性

傳統(tǒng)改造方式在逐間隔停電的制約下，調(diào)試方案設(shè)計著眼于一個間隔，工作安排在停電后開展，除完成本間隔相關(guān)調(diào)試內(nèi)容外，還須組織與相鄰間隔的試驗。新老2套監(jiān)控系統(tǒng)同時獨立運行，已完成改造的間隔由新系統(tǒng)監(jiān)控，未改造的間隔仍然通過原有系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，待全部間隔改造完成后，原有監(jiān)控系統(tǒng)退出運行。在過渡期間，新老監(jiān)控系統(tǒng)中的部分間隔層測控裝置無法接收跨間隔的相關(guān)數(shù)據(jù)，造成以下問題：

（1）新老監(jiān)控系統(tǒng)站控層主機(jī)數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)均不完整，影響運行人員的監(jiān)視與操作。

（2）新老監(jiān)控系統(tǒng)間隔層和站控層監(jiān)控聯(lián)閉鎖均不完善，致使變電站智能化改造存在安全運行隱患。

（3）監(jiān)控改造過程中可能需要一次設(shè)備的多次停電配合，電網(wǎng)運行方式安排困難。

2 基于狀態(tài)信息代理裝置的改造過渡方法

采用分階段改造方式進(jìn)行變電站智能化改造的過程中，勢必存在新老系統(tǒng)和設(shè)備同時運行的過渡過程。實現(xiàn)新老系統(tǒng)間的信息交互是避免該過程中眾多問題的有效途徑。本文研發(fā)1種新型狀態(tài)信息代理裝置，收集常規(guī)監(jiān)控系統(tǒng)采集的信息并在新系統(tǒng)過程層以智能終端的方式發(fā)布，對其對應(yīng)的間隔層裝置來說，類似從實際的智能終端獲取數(shù)據(jù)。

2.1 改造實施原則

（1）在監(jiān)控系統(tǒng)改造過程中，監(jiān)控系統(tǒng)功能正常，變電站運行人員和遠(yuǎn)方調(diào)度均可正常實現(xiàn)對全站設(shè)備的監(jiān)視和控制。

（2）監(jiān)控系統(tǒng)改造過程中，新老監(jiān)控系統(tǒng)可接收變電站內(nèi)所有數(shù)據(jù)，確保站內(nèi)防誤閉鎖的完整性。

（3）監(jiān)控系統(tǒng)改造工作與一次設(shè)備改造同步實施和投運，按一次設(shè)備停電計劃編制現(xiàn)場實施方案。

2.2 改造過渡方法技術(shù)原理

智能變電站中開關(guān)場信息由智能終端采集，并以GOOSE（面向通用對象的變電站事件）通信方式向間隔層的測控和保護(hù)裝置發(fā)布。測控裝置同樣以GOOSE報文的方式轉(zhuǎn)發(fā)部分接收到的一次設(shè)備狀態(tài)信息，作為其他間隔測控裝置進(jìn)行防誤閉鎖的判據(jù)。

GOOSE報文傳輸服務(wù)模型采用發(fā)布者/訂閱者的LLC（結(jié)構(gòu)和邏輯鏈路控制協(xié)議）的單向無確認(rèn)機(jī)制，確保了數(shù)據(jù)在流量較大情況下通信的實時性。GOOSE報文在傳輸過程中使用了OSI模型中的應(yīng)用層、表示層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層協(xié)議。其中，GOOSE報文在應(yīng)用層定義了PDU（協(xié)議數(shù)據(jù)單元），數(shù)據(jù)經(jīng)過表示層編碼后，直接映射到數(shù)據(jù)鏈路層，最后在物理層通過介質(zhì)進(jìn)行傳輸。GOOSE報文通過組播形式發(fā)送，可直接跳過網(wǎng)絡(luò)層，通過MAC地址確認(rèn)其傳輸目標(biāo)，并且無會話協(xié)議。網(wǎng)絡(luò)上所有邏輯節(jié)點會在同一時刻接受GOOSE報文，并存入各自緩存區(qū)。

GOOSE報文傳輸機(jī)制簡潔高效，通信服務(wù)流程清晰，通信參數(shù)屬性和組播地址范圍界定清楚，采用硬件設(shè)備完全可以實現(xiàn)實時網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的GOOSE通信仿真?？紤]一次設(shè)備狀態(tài)信息的信息源范圍，采用1套硬件設(shè)備即可實現(xiàn)整個變電站智能終端的GOOSE通信仿真。

由此，可設(shè)想1臺面向間隔智能終端的基于信息建模和IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)的狀態(tài)信息代理裝置。該裝置按間隔模擬智能終端與測控裝置通信，所涉及一次對象的實際狀態(tài)從匯集了全站數(shù)據(jù)的老系統(tǒng)站控層取得。

2.3 狀態(tài)信息代理的實現(xiàn)方法

狀態(tài)信息代理裝置用于聯(lián)系新老監(jiān)控系統(tǒng)，達(dá)到“老系統(tǒng)實時采集，新系統(tǒng)動態(tài)獲取”的代理發(fā)布效果。為實現(xiàn)該功能，狀態(tài)信息代理裝置主要通過“模型解析”、“信息關(guān)聯(lián)”和“觸發(fā)策略”3個環(huán)節(jié)完成信息代理功能。

（1）模型解析。解析整個變電站自動化系統(tǒng)配置文件，即SCD模型文件，選擇過程層的智能終端設(shè)備，提取有效的GOOSE控制塊通信參數(shù)；結(jié)合IEC 61850模型的定義，根據(jù)邏輯節(jié)點類型、公共數(shù)據(jù)類型和實例數(shù)據(jù)描述等多種信息匹配識別出GOOSE輸出數(shù)據(jù)集中的控制信息和狀態(tài)信息。

（2）信息獲取。可依據(jù)系統(tǒng)實際情況，選取遠(yuǎn)動、總控或后臺等連接對象，通過傳統(tǒng)的站內(nèi)規(guī)約建立起通信連接，依轉(zhuǎn)發(fā)表的定義，快速獲取間隔一次設(shè)備的狀態(tài)變化情況。

（3）關(guān)聯(lián)和觸發(fā)策略設(shè)定。將轉(zhuǎn)發(fā)表中的信息點和GOOSE數(shù)據(jù)集中的邏輯節(jié)點對象進(jìn)行關(guān)聯(lián)。GOCB（面向通用對象變電站事件控制塊）通過引用數(shù)據(jù)集，對模型中邏輯節(jié)點的數(shù)據(jù)對象及屬性值不斷發(fā)送查詢請求，一旦發(fā)現(xiàn)狀態(tài)屬性發(fā)生變化，立刻更新緩存中數(shù)據(jù)內(nèi)容，并通過組播向外發(fā)送GOOSE報文。

在改造過渡過程中，狀態(tài)信息代理裝置的應(yīng)用方式如下：對于尚未改造的間隔設(shè)備，利用狀態(tài)信息代理裝置與老監(jiān)控系統(tǒng)通信來獲取一次設(shè)備狀態(tài)，并仿真對應(yīng)的智能終端在過程層中發(fā)布；對于已改造完成的間隔，由現(xiàn)場智能終端實際采集和發(fā)布，從而使得新監(jiān)控系統(tǒng)能接收全站一次設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)。這樣能保證新監(jiān)控系統(tǒng)擁有獨立、完整、穩(wěn)定的防誤閉鎖功能，且在各間隔接入過程中無需調(diào)整，即可實現(xiàn)常規(guī)變電站向智能變電站的平滑過渡，如圖1所示。

圖1 新老監(jiān)控系統(tǒng)通信方式

2.4 改造方案的技術(shù)優(yōu)勢

在進(jìn)行開關(guān)場全景數(shù)據(jù)采集的同時，保證新系統(tǒng)間隔層和站級層設(shè)備的整體性，對于智能化改造來說非常有價值。

網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膬?yōu)點之一是承擔(dān)信息傳遞任務(wù)的網(wǎng)絡(luò)通信易于復(fù)原，可自檢確認(rèn)?，F(xiàn)場只要網(wǎng)絡(luò)連接完整、正確，能通過自檢，其系統(tǒng)功能可認(rèn)為與實驗室驗證時保持一致。在間隔改造期間完成本間隔智能終端的二次回路輸入輸出驗證，不涉及其他間隔。因此，可將主要的試驗工作前置，先安排完成集成測試，再整體遷移至現(xiàn)場，避免常規(guī)改造工作中停運其他相關(guān)間隔進(jìn)行試驗的要求，具有實際意義。

2.5 改造流程

在實際工程中，具體的工作流程如下：

（1）首先完成SCD文件及新監(jiān)控系統(tǒng)全部設(shè)備的聯(lián)調(diào)試驗。期間完成的閉鎖邏輯等試驗，在現(xiàn)場調(diào)試階段可不再安排。

（2）向狀態(tài)信息代理裝置導(dǎo)入SCD文件，提取各智能終端的GOOSE控制參數(shù)及通信地址等，形成仿真數(shù)據(jù)并驗證。

（3）根據(jù)GOOSE數(shù)據(jù)集中所需的信息，定制老監(jiān)控系統(tǒng)總控（或遠(yuǎn)動等）與狀態(tài)信息代理裝置的信息轉(zhuǎn)發(fā)表并形成關(guān)聯(lián)。有條件的，可進(jìn)行離線驗證。

（4）現(xiàn)場完成新監(jiān)控系統(tǒng)各層級設(shè)備的安裝和連接，構(gòu)建完成新監(jiān)控系統(tǒng)（此時尚未接入開關(guān)場設(shè)備）。

（5）斷開所有智能終端與過程層網(wǎng)絡(luò)的連接，改由狀態(tài)信息代理裝置接入過程層網(wǎng)絡(luò)，并仿真變電站內(nèi)所有智能終端與各測控裝置的通信。

（6）建立狀態(tài)信息代理裝置與老系統(tǒng)的通信連接。確認(rèn)新系統(tǒng)反映的一次設(shè)備狀態(tài)與實際顯示一致。

（7）單個間隔改造。停止代理裝置所對應(yīng)的GOOSE報文發(fā)送，恢復(fù)實際智能終端的通信連接。核對信息采集與現(xiàn)場的一致性，進(jìn)行必要的設(shè)備傳動試驗。

（8）重復(fù)步驟7。完成全部間隔改造后，撤出狀態(tài)信息代理裝置。

2.6 技術(shù)性能要求

從以上監(jiān)控系統(tǒng)智能化改造流程可以看到狀態(tài)信息代理裝置起到了核心作用。因此裝置必須具備以下技術(shù)條件：

（1）能夠?qū)肴維CD文件，具備模型分析和配置功能。

（2）支持全站多個設(shè)備的在線實時仿真。

（3）具備模擬單點、雙點類型信息GOOSE報文，并可嵌入特定的時間值。

（4）可通過各類方式啟動對應(yīng)智能終端的GOOSE報文模擬發(fā)送，指定數(shù)據(jù)狀態(tài)值可關(guān)聯(lián)。

從2.5所述流程來看，從現(xiàn)場行為發(fā)生到新系統(tǒng)接收到對應(yīng)信息，期間需經(jīng)歷老測控裝置、老系統(tǒng)站級層設(shè)備、狀態(tài)信息代理裝置等各級設(shè)備的信息傳遞，其所形成的時延一般在3 s左右，大致能滿足過渡期間對防誤閉鎖和遠(yuǎn)動等應(yīng)用的時間要求。在各級信息傳遞和報文轉(zhuǎn)換過程中，報文中所含的SOE（事件順序記錄系統(tǒng)）時間標(biāo)識均能被正確識別和轉(zhuǎn)發(fā)，新老系統(tǒng)所獲得的同一事件的SOE時間是一致的。

2.7 其它配套技術(shù)措施

（1）老監(jiān)控系統(tǒng)間隔層設(shè)備運行時間較長、功能有限，大多采用私有通信規(guī)約，一些早期進(jìn)口設(shè)備無法兼容現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)的103或104規(guī)約，因此新監(jiān)控系統(tǒng)很難通過狀態(tài)信息代理裝置向老系統(tǒng)間隔層設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)。對于已改造并接入新監(jiān)控系統(tǒng)的間隔設(shè)備，新老監(jiān)控系統(tǒng)仍獨立采集該間隔設(shè)備全部狀態(tài)信息，即在改造過程中通過備用的一次設(shè)備輔助接點來保證老監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備防誤閉鎖信號采集的完整性，直至改造全部完成。

當(dāng)然還可考慮通過狀態(tài)信息代理裝置將新系統(tǒng)的GOOSE信號轉(zhuǎn)換為硬接點開出信號，來模擬一次設(shè)備實際狀態(tài)并接入老監(jiān)控系統(tǒng)間隔設(shè)備，以實現(xiàn)老系統(tǒng)閉鎖的完整性。但這樣必須鋪設(shè)大量臨時電纜，工程結(jié)束還需要再拆除。

（2）500 kV 3/2接線的中開關(guān)間隔在改造后可置于冷備用或檢修狀態(tài)，直至整串改造完成后再恢復(fù)成串運行，以有效簡化其對邊開關(guān)二次回路的影響，降低保護(hù)、防誤閉鎖等的復(fù)雜性。

（3）在遠(yuǎn)動裝置改造過程中，新遠(yuǎn)動裝置需增加通道，改造完成后的設(shè)備通過新通道上送數(shù)據(jù)至調(diào)度，未改造完成的老間隔數(shù)據(jù)通過原有通道上送調(diào)度，新老設(shè)備的數(shù)據(jù)在各級調(diào)度主站進(jìn)行合并。

老遠(yuǎn)動裝置在相應(yīng)的測控裝置退出運行后遠(yuǎn)動轉(zhuǎn)發(fā)表不做處理，數(shù)據(jù)唯一性由主站負(fù)責(zé)處理。新遠(yuǎn)動裝置在改造初始就可配置完整的遠(yuǎn)動轉(zhuǎn)發(fā)表，隨著站內(nèi)設(shè)備的改造進(jìn)行相應(yīng)的遙信、遙測和遙控聯(lián)調(diào)試驗。

（4）改造過程中為盡量減少對變電站運行人員現(xiàn)場監(jiān)控的影響，對告警窗口進(jìn)行特殊設(shè)置以屏蔽后期改造信號，告警窗口里只會看到前期已改造好的信號。同時在站控層主機(jī)畫面區(qū)分已改造設(shè)備和未改造設(shè)備，便于運行人員操作。

（5）改造中老的間隔層測控裝置不拆除，如果屏位不夠，可考慮以下方式：如果場地允許，可新建繼保小室解決；如果無法新建小室，可考慮通過增加少量屏位，先改造母線間隔，原母線屏保留，再逐個改造220 kV線路間隔，改造完的間隔即可拆除原屏柜。500 kV一串改造完成后即可拆除相應(yīng)屏柜。新上間隔屏柜可逐次安裝到空屏位。

3 監(jiān)控系統(tǒng)智能化改造安全措施

除一般的安全措施外，過渡過程中還須采取一些特殊的安全措施。

（1）新監(jiān)控系統(tǒng)軟件要求具備裝置IP地址和裝置名沖突檢查機(jī)制，避免因一體化監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫配置錯誤導(dǎo)致誤操作。同時要求遙信遙控雙向反校機(jī)制，避免因出現(xiàn)遙信關(guān)聯(lián)遙控錯誤而導(dǎo)致的誤操作。

（2）需防止?fàn)顟B(tài)信息代理裝置在操作中誤開放已隨改造進(jìn)程關(guān)閉的GOOSE數(shù)據(jù)集，否則將與實際智能終端數(shù)據(jù)產(chǎn)生沖突。

（3）送主站的全站事故總信號一般在遠(yuǎn)動裝置中由各間隔相關(guān)信號合并生成。為防止誤發(fā)或漏發(fā)，新系統(tǒng)遠(yuǎn)動裝置需隨改造的進(jìn)展不斷修改事故總的觸發(fā)條件。

（4）開關(guān)場內(nèi)跨間隔的二次接線繁多，保留、拆除、改接時均需認(rèn)真排查、謹(jǐn)慎實施?？煽紤]先改造母線間隔，改造后的母線間隔由新監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控，則老系統(tǒng)母線測控?zé)o需保留跨間隔電纜，只需保留母線設(shè)備到各線路間隔的二次電纜，每改造完一個間隔，即可拆除該間隔相應(yīng)電纜。改造后期二次電纜所剩不多時，在檢查清楚電纜的走向后，兩端同時拆除。

4 結(jié)語

“全站聯(lián)調(diào)、全景接入、逐間隔替換”的模式能較好地利用智能站的技術(shù)特點，保持新系統(tǒng)的完整性和功能完備性，過渡過程清晰，工作量小，停電時間短，易于安全掌控。作為核心設(shè)備，狀態(tài)信息代理裝置對安裝空間需求和網(wǎng)絡(luò)接口需求小，經(jīng)功能擴(kuò)展后，能用于集成測試、現(xiàn)場運行設(shè)備替代等應(yīng)用場合。

本文介紹的監(jiān)控系統(tǒng)改造方法已在500 kV雙龍變電站的整體改造中應(yīng)用，可為其他常規(guī)變電站的智能化改造提供借鑒。

[1]廖海龍，李俊堂，陳小輝.500 kV變電站智能化改造及工程調(diào)試方法[J].工業(yè)控制計算機(jī)，2013,26（7）∶131-133.

[2]馬全富，閆敬東.220 kV常規(guī)變電站智能化改造的技術(shù)關(guān)鍵[J].寧夏電力，2013，2∶30-33.

[3]Q/GDW 414-2011變電站智能化改造技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國電力出版社，2011.

（本文編輯：趙曉明）

Research on Transition Mode of Intelligentization Transformation of Substation Monitoring System

DING Feng，LU Chengyu，RUAN Lixiang，WANG Song，WU Dongqi
（State Grid Zhejiang Electric Power Research Institute，Hangzhou 310014，China）

Aiming at the lack of information，incomplete blocking logic and failure of master station in monitoring all equipment in intelligentization transformation of substation monitoring system，state information agency is used to simulate the information delivery of intelligent terminal in order to ensure monitoring interlocking and blocking，telecontrol information and other functions in the station are complete.The method can minimize workload and outage time of intelligentization transformation of monitoring system and make the safety of transformer work easy to control，achieving a smooth transition from the old system to a new one. This paper has reference significance to the domestic conventional substation intelligentization transformation.

monitoring system；intelligentization transformation；state information agency

TM764.2

B

1007-1881（2015）06-0020-04

2014-12-29

丁峰（1976），男，高級工程師，從事電力系統(tǒng)保護(hù)及自動化研究與試驗工作。