梁 賓，胡文平，王曉蔚，李均強(qiáng)，李宣義

(國(guó)網(wǎng)河北省電力公司電力科學(xué)研究院，石家莊 050021)

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變電站綜合自動(dòng)化調(diào)試試驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

梁 賓，胡文平，王曉蔚，李均強(qiáng)，李宣義

(國(guó)網(wǎng)河北省電力公司電力科學(xué)研究院，石家莊 050021)

針對(duì)河北省南部電網(wǎng)變電站綜合自動(dòng)化設(shè)備入網(wǎng)檢測(cè)手段有限的問題，介紹變電站綜合自動(dòng)化調(diào)試試驗(yàn)平臺(tái)，分析自動(dòng)化設(shè)備入網(wǎng)檢測(cè)方案和廠站監(jiān)控系統(tǒng)軟件版本庫(kù)管理，為河北省南部電網(wǎng)變電站綜合自動(dòng)化設(shè)備入網(wǎng)檢測(cè)和軟件性能測(cè)試提供可量化的評(píng)估手段。

綜合自動(dòng)化；入網(wǎng)檢測(cè)；一致性測(cè)試；軟件版本庫(kù)

1 概述

常規(guī)變電站的綜合自動(dòng)化設(shè)備(簡(jiǎn)稱“綜自設(shè)備”)在電力調(diào)度系統(tǒng)中起著數(shù)據(jù)、信號(hào)采集和通信功能，隨著電力系統(tǒng)自動(dòng)化水平提高，其規(guī)模越來(lái)越復(fù)雜，重要性越來(lái)越高。河北省南部電網(wǎng)(簡(jiǎn)稱“河北南網(wǎng)”)綜自設(shè)備在出廠聯(lián)調(diào)合格后直接投入運(yùn)行，由于受站內(nèi)條件限制，投運(yùn)前和故障后均缺乏對(duì)綜合自動(dòng)化設(shè)備必要的檢測(cè)手段和方法?；诖?，下文提出利用D5000智能調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)平臺(tái)，搭建調(diào)試試驗(yàn)系統(tǒng)，模擬各種綜自設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及信息，并通過對(duì)測(cè)試方案的研究，實(shí)現(xiàn)對(duì)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)功能和設(shè)備性能的檢測(cè)和試驗(yàn)。

該系統(tǒng)所搭建的模擬D5000主站系統(tǒng)和變電站綜合自動(dòng)化測(cè)試平臺(tái)(簡(jiǎn)稱“綜自測(cè)試平臺(tái)”)可以對(duì)新投運(yùn)變電站綜自設(shè)備進(jìn)行入網(wǎng)測(cè)試，提高供電可靠性；可以對(duì)新版本軟件進(jìn)行測(cè)試和試運(yùn)行，防止其直接運(yùn)行對(duì)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響；有利于縮短故障處理時(shí)間，加強(qiáng)對(duì)綜自設(shè)備的管理，提高河北南網(wǎng)自動(dòng)化專業(yè)人員技術(shù)水平。

2 系統(tǒng)測(cè)試原理

變電站綜合自動(dòng)化調(diào)試試驗(yàn)系統(tǒng)是為搭建一個(gè)小型的電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)模擬測(cè)控/保護(hù)裝置、遠(yuǎn)動(dòng)通信裝置、時(shí)間同步裝置等自動(dòng)化設(shè)備的各種實(shí)際運(yùn)行情況，實(shí)現(xiàn)廠站端設(shè)備與主站的數(shù)據(jù)、信號(hào)傳輸，并能下發(fā)主站的遙控命令。在進(jìn)行綜自設(shè)備檢測(cè)和試驗(yàn)時(shí)，將待檢設(shè)備進(jìn)行地址設(shè)定，接入廠站端TCP/IP通信網(wǎng)絡(luò)，通過監(jiān)控后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)工具添加相應(yīng)設(shè)備的參數(shù)，再通過通道轉(zhuǎn)發(fā)表發(fā)送到模擬D5000系統(tǒng)，將其接入到調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，便可對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的功能和性能測(cè)試。若待測(cè)設(shè)備只能采用串口103通信方式，則需經(jīng)協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置進(jìn)行信息交互，再經(jīng)遠(yuǎn)動(dòng)通信裝置接入到廠站端TCP/IP通信網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)原理見圖1。

圖1 調(diào)試試驗(yàn)系統(tǒng)原理

3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)由模擬D5000主站系統(tǒng)和變電站綜自測(cè)試平臺(tái)2個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成。模擬D5000主站系統(tǒng)采用分層設(shè)計(jì)原則，包括硬件平臺(tái)、操作系統(tǒng)平臺(tái)、統(tǒng)一應(yīng)用支撐平臺(tái)、數(shù)據(jù)庫(kù)、基本應(yīng)用平臺(tái)。

該系統(tǒng)是在D5000智能電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，根據(jù)變電站綜自設(shè)備檢測(cè)的需要進(jìn)行精簡(jiǎn)，在系統(tǒng)功能上僅保留了數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)工具、廠站接線圖、SCADA應(yīng)用等基礎(chǔ)應(yīng)用，具備畫面操作、告警直傳、信息采集、遙控操作、時(shí)鐘同步等功能，在硬件組成上保留操作員工作站、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、前置采集服務(wù)器等設(shè)備，操作系統(tǒng)采用Linux操作系統(tǒng)，也可兼容其他操作系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫(kù)采用Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 模擬D5000主站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

變電站綜自測(cè)試平臺(tái)通過構(gòu)成一個(gè)典型的變電站綜自系統(tǒng)，能與模擬D5000主站系統(tǒng)通過以太網(wǎng)接口(RJ45)進(jìn)行104規(guī)約通信，接收主站的遙控、遙調(diào)命令，與模擬省調(diào)主站D5000系統(tǒng)構(gòu)成一個(gè)完整的調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)，能為變電站綜自設(shè)備測(cè)試和驗(yàn)收提供平臺(tái)支持。

該平臺(tái)由遠(yuǎn)動(dòng)通信裝置、測(cè)控裝置、四合一保護(hù)測(cè)控裝置、模擬斷路器、監(jiān)控主機(jī)、廠站交換機(jī)組成，并為自動(dòng)化檢測(cè)設(shè)備的接入預(yù)留接口。

4 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

變電站綜合自動(dòng)化調(diào)試試驗(yàn)系統(tǒng)以滿足變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)全方位測(cè)試需求為出發(fā)點(diǎn)，能夠完成系統(tǒng)各類型設(shè)備的實(shí)時(shí)閉環(huán)仿真測(cè)試，如設(shè)備功能、性能測(cè)試、實(shí)時(shí)四遙測(cè)試，規(guī)約測(cè)試及報(bào)文解析等功能 。

4.1 IEC60870-5-104遠(yuǎn)動(dòng)規(guī)約一致性測(cè)試

河北南網(wǎng)常規(guī)變電站采用IEC 60870-5-104遠(yuǎn)動(dòng)規(guī)約(簡(jiǎn)稱“IEC 104”規(guī)約)進(jìn)行調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)和變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信。IEC104規(guī)約因?yàn)槠潇`活、簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)的優(yōu)勢(shì)，在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用越發(fā)廣泛，但由于在制定過程中預(yù)留的可定制項(xiàng)較多，不同廠家、設(shè)備的規(guī)約解釋與處理方式不盡相同，給廠站遠(yuǎn)動(dòng)信息接入帶來(lái)了一定的困難 。因此，有必要進(jìn)行符合地區(qū)實(shí)際情況的廠站端設(shè)備規(guī)約一致性測(cè)試，提升電網(wǎng)廠站自動(dòng)化信息接人標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化水平。

物理層要求：RJ45或光纖接口，IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)。

傳輸層要求：傳輸規(guī)則，端口號(hào)：2404；連接過程，使用授權(quán)地址外的TCP方位，被控站應(yīng)拒絕；啟/停傳輸機(jī)制的應(yīng)用；發(fā)送序號(hào)及接收序號(hào)的應(yīng)用；超時(shí)時(shí)間的判斷。

應(yīng)用層要求：ASDU格式；初始化過程；查詢方式獲取數(shù)據(jù)過程；事件的獲取過程；站召喚過程；延時(shí)獲取過程；時(shí)鐘同步過程。

4.2 綜合自動(dòng)化設(shè)備入網(wǎng)檢測(cè)

4.2.1 遠(yuǎn)動(dòng)通信裝置

a. 遠(yuǎn)動(dòng)連接測(cè)試。遠(yuǎn)動(dòng)裝置運(yùn)行模式是否按冗余配置，運(yùn)動(dòng)規(guī)約鏈路建立檢查，遠(yuǎn)動(dòng)裝置復(fù)位時(shí)是否有異常遙信和遙測(cè)上送，主備機(jī)模式下切換功能是否正常和遙信是否正確上送，雙機(jī)模式下，雙機(jī)數(shù)據(jù)的一致性和對(duì)主站的相應(yīng)情況。

b. 遠(yuǎn)動(dòng)功能測(cè)試,包括站內(nèi)設(shè)備通信狀態(tài)監(jiān)視，遠(yuǎn)動(dòng)裝置通信狀態(tài)監(jiān)視，遙信邏輯組合功能，遙測(cè)數(shù)據(jù)傳送越死區(qū)，遙測(cè)數(shù)據(jù)過載能力，遠(yuǎn)動(dòng)數(shù)據(jù)品質(zhì)位，組態(tài)工具檢查，對(duì)時(shí)功能測(cè)試。

c. 遠(yuǎn)動(dòng)性能測(cè)試,包括遠(yuǎn)動(dòng)裝置緩存機(jī)制，斷掉遠(yuǎn)動(dòng)與模擬主站連接后，模擬產(chǎn)生大于遠(yuǎn)動(dòng)緩存能力的遙信變位，再恢復(fù)連接，看SOE和COS是否正確上送。

d. 雪崩處理能力測(cè)試。短時(shí)間內(nèi)大量遙信(8 000條)發(fā)生時(shí)，遠(yuǎn)動(dòng)通信裝置應(yīng)能正確上送信號(hào)，不多不丟。

4.2.2 時(shí)間同步裝置

截止2015年底，河北南網(wǎng)共有時(shí)鐘同步裝置1 060套。通過對(duì)對(duì)時(shí)準(zhǔn)確率的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，同步裝置本身存在對(duì)時(shí)不準(zhǔn)確的情況，占12.50%；廠站內(nèi)各業(yè)務(wù)(設(shè)備)與時(shí)間同步裝置存在對(duì)時(shí)不準(zhǔn)確的情況，占1.25%。

檢測(cè)內(nèi)容包括衛(wèi)星捕獲時(shí)間檢測(cè)，基本功能性能檢測(cè)，時(shí)間同步輸入、輸出信號(hào)類型檢測(cè)，脈沖信號(hào)檢測(cè)，IRIG-B碼(DC)信號(hào)檢測(cè)，IRIG-B碼(AC)信號(hào)檢測(cè)，串行口時(shí)間報(bào)文檢測(cè)，網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步檢測(cè)，守時(shí)功能檢測(cè)。

4.3 軟件版本庫(kù)管理

截至2015年底，河北省南部電網(wǎng)管轄范圍內(nèi)廠站監(jiān)控系統(tǒng)共842套。參與110 kV及以上電壓等級(jí)廠站監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)的廠商共有28家，廠站監(jiān)控系統(tǒng)型號(hào)超過70個(gè)。

隨著調(diào)度自動(dòng)化技術(shù)的快速發(fā)展，廠站監(jiān)控系統(tǒng)軟件更新加快，新版本在實(shí)際運(yùn)行過程中存在穩(wěn)定性差等問題，為調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的安全運(yùn)行帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)。管理流程見圖3。

建立廠站監(jiān)控系統(tǒng)軟件版本數(shù)據(jù)庫(kù)，廠家發(fā)布新版本時(shí)，先通過該系統(tǒng)進(jìn)行功能性測(cè)試，并針對(duì)新版本的升級(jí)功能進(jìn)行檢測(cè)，然后試運(yùn)行進(jìn)行穩(wěn)定性測(cè)試，合格后再登記入庫(kù)。

圖3 軟件版本庫(kù)管理流程

5 結(jié)束語(yǔ)

通過建設(shè)變電站綜自調(diào)試試驗(yàn)系統(tǒng)，為廠站端自動(dòng)化設(shè)備的管理提供了新的手段，提高了調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性，同時(shí)對(duì)自動(dòng)化設(shè)備故障的排查處理提供了有力工具，從而有利于提高調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的技術(shù)水平。

[1] 劉煥志，胡劍鋒，李 楓，等.變電站自動(dòng)化仿真測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2012,36(9):109-112.

[2] 趙家慶，姜學(xué)寶，周 謹(jǐn)，等.電網(wǎng)SCADA系統(tǒng)在線仿真測(cè)試裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2005,29(4):97-99.

[3] 趙 淵，沈智健.基于TCP/IP的IEC60870-5-104遠(yuǎn)動(dòng)規(guī)約在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電網(wǎng)技術(shù)，2003,27(10):56-60.

本文責(zé)任編輯：丁 力

Design and Application on Substation Integrated Automation Test System

Liang Bin,Hu Wenping,Wang Xiaowei,Li Junqiang,Li Xuanyi

(1.State Grid Hebei Electric Power Research Institute,Shijiazhuang 050021,China)

To solve the problem of Hebei South Power Grid substation integrated automation equipment access network test means is very limited, this paper build a substation integrated automation test platform based on D5000 master station system, research on the access network test scheme of automation equipment and software version base management of substation supervisory control system, provides a quantitative evaluation tools of substation integrated automation equipment access network test and software performance tese for Hebei South Power Grid.

integrated automation; access network test；conformance testing；software version base

2016-08-05

梁 賓(1986-)，男，工程師，主要從事電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化運(yùn)行評(píng)價(jià)分析。

TM63

B

1001-9898(2016)05-0014-03