熊紅英　周鍵宇　何光層　楊俊峰

摘要：故障錄波組網分站系統(tǒng)是地調對轄區(qū)110 kV故障錄波器開展在線狀態(tài)監(jiān)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(tǒng)的延伸和補充。現(xiàn)以保山供電局的故障錄波組網分站系統(tǒng)設計為例，闡述了分站系統(tǒng)的設計背景、軟硬件配置情況，介紹了分站系統(tǒng)基于B/S/C模式的架構特點，分析了分站系統(tǒng)具體功能模塊的設計要點。

關鍵詞：故障錄波;組網系統(tǒng);智能化;調度決策

0 引言

故障錄波組網分站系統(tǒng)[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(tǒng)在110 kV系統(tǒng)的延伸，也是保信系統(tǒng)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(qū)電網故障的獲取時間，為地調決策機構及時提供復電依據(jù)，縮小停電范圍。

1 設計背景

故障錄波組網分站系統(tǒng)相較于故障錄波遠傳系統(tǒng)，具有以下優(yōu)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(qū)和管理區(qū)信息自動流轉，智能化程度高。（3）主動識別故障信息，監(jiān)視評估一次間隔[3-4]，大數(shù)據(jù)診斷。（4）故障信息發(fā)布更快速。

故障錄波組網分站系統(tǒng)相較于保信系統(tǒng)，具有以下優(yōu)點：（1）取消保信子站，通信流程環(huán)節(jié)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(shù)據(jù)時，效率更高、分析更準。（3）獨立故障診斷功能。分站系統(tǒng)只需要接收原始錄波數(shù)據(jù)即可展開獨立故障分析和診斷工作，而保信系統(tǒng)只能從廠站就地接收故障報告，靈活性差。

系統(tǒng)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(tǒng)要求有兼容性和容錯性，否則將導致系統(tǒng)運行不穩(wěn)定，故障分析結論不可靠，降低調度決策水平。

2 系統(tǒng)配置

2.1? ? 硬件配置

系統(tǒng)硬件配置標準應包含一套數(shù)據(jù)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(tǒng)硬件配置如圖1所示。

支撐核心業(yè)務的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)交互可靠性和錄波數(shù)據(jù)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(tǒng)升級。橫向隔離裝置用于滿足二次系統(tǒng)信息安全防護需求，保證實時區(qū)的信息往管理區(qū)單向發(fā)布，不接受管理區(qū)信息的反向滲透。

2.2? ? 軟件配置

故障錄波組網分站系統(tǒng)軟件配置包括數(shù)據(jù)庫服務模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、常規(guī)信息發(fā)布服務模塊（Web/短信）、基于移動終端的APP發(fā)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(qū)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(jiān)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(tǒng)和應用系統(tǒng)有效隔離;內核態(tài)和應用態(tài)業(yè)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(tǒng)并受控;后臺監(jiān)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(shù)據(jù)過濾、信息存儲、自行看護、文檔整理、數(shù)據(jù)庫優(yōu)化、模塊橫向互聯(lián)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(tǒng)架構

故障錄波組網分站系統(tǒng)由Web應用服務器、通信服務器、數(shù)據(jù)庫服務器三者構成。其中，通信服務器和數(shù)據(jù)庫服務器部署在實時區(qū)，通過調度數(shù)據(jù)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(xiàn)61850/103規(guī)約的遠傳通信，實現(xiàn)錄波數(shù)據(jù)的主動周期性采集和被動驟發(fā)性數(shù)據(jù)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(xiàn)實時區(qū)與管理區(qū)的數(shù)據(jù)同步，同時對管理區(qū)提供Web發(fā)布服務，以B/S方式實現(xiàn)瀏覽客戶向分站系統(tǒng)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(shù)據(jù)的故障診斷、信息篩選，保證實時區(qū)往管理區(qū)單向同步的數(shù)據(jù)最小化、實用化和精準化。Web應用服務器運行的數(shù)據(jù)庫，與實時區(qū)數(shù)據(jù)庫服務器的數(shù)據(jù)庫形成對應子集關系，以最有價值和最優(yōu)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(tài)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(tǒng)自身的自檢及告警、統(tǒng)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(jiān)視和擾動數(shù)據(jù)采集功能，包括接口接入、協(xié)議解析、數(shù)據(jù)傳輸、編碼譯碼，還有與之配套的通信狀態(tài)、鏈路質量、數(shù)據(jù)庫關聯(lián)及線程狀態(tài)報告以及其他實時業(yè)務。

通信服務器還提供錄波數(shù)據(jù)格式解析和故障分析功能。錄波數(shù)據(jù)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(tǒng)連續(xù)運行的穩(wěn)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(shù)據(jù)的不可預測性，在電網擾動時，錄波數(shù)據(jù)蜂擁而上，對通信服務器的數(shù)據(jù)接收、分析和存儲構成了壓力?？紤]到錄波器的無效啟動占比超過99%，為了兼顧分站系統(tǒng)對電網故障反映的實時性，應該確保故障數(shù)據(jù)優(yōu)先分析，因此可以結合錄波數(shù)據(jù)的開關量變位狀態(tài)信息對故障進行初判，減少無效擾動數(shù)據(jù)對分析模塊的持久占用。

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

（3）背靠背方式實時區(qū)數(shù)據(jù)同步到管理區(qū)的跨區(qū)交互?？紤]到橫向隔離裝置屬于第三方以及運行過程中可能出現(xiàn)的非可控因素，通信服務器和Web服務器進行單向數(shù)據(jù)傳遞及單包確認時，規(guī)約以背靠背方式設計，優(yōu)點是：首先對雙側任何一端發(fā)起均不敏感;其次是在橫向隔離裝置出現(xiàn)死機、斷電等嚴重故障后重啟時，分站系統(tǒng)的跨區(qū)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(tài)監(jiān)視。一種是對錄波器進行周期性狀態(tài)查詢，以后臺常態(tài)化方式進行，包括告警和新數(shù)據(jù)，當有新的狀態(tài)時及時對其接收和處理;另一種是由分站側的工作站發(fā)起的臨時人工指令，隨機性強、權限高，并且不影響后臺常態(tài)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(xiàn)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(tǒng)的暫停和性能下降。（4）非侵入式特性。分站系統(tǒng)的運行，對錄波器裝置的運行不造成任何影響，不改變現(xiàn)有運行方式及網絡拓撲結構，不特別建模，不對其他系統(tǒng)提出假設需求。（5）穩(wěn)定運行。分站系統(tǒng)具有長期自愈、自持和自修復功能，發(fā)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(tǒng)出現(xiàn)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(huán)境、數(shù)據(jù)和配置，最近一次的時間間隔設置為15 min。（7）擴展性強。系統(tǒng)能夠適應服務器更換、操作系統(tǒng)升級、數(shù)據(jù)庫升級及網絡架構的調整需求，并執(zhí)行改變運行方式。（8）自動追蹤錄波器狀態(tài)的能力。包括錄波器定值配置、模擬量信號變化、通信狀態(tài)改變、型號及規(guī)約改變等。（9）具有告警能力。系統(tǒng)能自動根據(jù)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(tǒng)計查詢功能。

6 結語

故障錄波組網分站系統(tǒng)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(yōu)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(yè)協(xié)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(tǒng)構建了在線故障錄波信息監(jiān)視、兼顧網絡安防信息傳輸、實時區(qū)和非實時區(qū)數(shù)據(jù)同步、自主故障分析診斷、Web快速發(fā)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(tǒng)繼電保護。