婁德章,王 浩,張 樂,劉 永,魯 明

(國網(wǎng)徐州供電公司,江蘇 徐州 221006)

0 引言

變電站的隔離開關(guān)和斷路器等設(shè)備運行前,需要通過調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)將其接入至D5000智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng),并對其遙控、遙信、遙測等信號進行校核,校核合格后才能投入運行[1]。新投入設(shè)備和檢修設(shè)備等遙控信號校核過程如下:主站端在D5000上執(zhí)行遙控命令(隔離開關(guān)和斷路器等分合閘),廠站端檢查設(shè)備實際動作情況,并與主站端通過電話進行核對[2]。已經(jīng)通過遙控校核的設(shè)備在未發(fā)生二次回路變更及本體更換等情況下無需進行二次校核。

遙控信號校核通常在非運行設(shè)備上進行,在特殊情況下需要對運行設(shè)備的信號進行校核。目前,運行設(shè)備遙控信號常規(guī)校核方法主要通過人工觀察預(yù)置報文信號進行判斷[3],該方法原理簡單、應(yīng)用快捷,在遙控信號數(shù)量較少時校核速度較快。但對于遙控信號較多的校核工作,該方法效率較低、工作耗時長。本文以運行設(shè)備遙控信號接入新集控系統(tǒng)為背景,研發(fā)一種運行設(shè)備遙控信號校核裝置,該裝置在實現(xiàn)信號安全校核的前提下,可大幅提高校核速率。

1 存在問題

2020年,按照國網(wǎng)公司重點工作任務(wù)要求,國網(wǎng)徐州供電公司率先開展新集控系統(tǒng)建設(shè)。在新集控系統(tǒng)建設(shè)完成后,需要將原有接入D5000系統(tǒng)的遙測、遙信、遙控等信號接入新集控系統(tǒng),并進行信號正確性校驗。由于遙控信號校核不能影響設(shè)備正常運行,并且需要滿足各項管理規(guī)范要求,而遙控信號有數(shù)萬條以上,其常規(guī)校核需要在主站端通過人工操作完成,預(yù)計需要上百個工作日,無法滿足新集控系統(tǒng)投運節(jié)點要求。

2 常規(guī)校核流程

以D5000系統(tǒng)進行運行設(shè)備遙控信號校核為例。D5000系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于電網(wǎng)調(diào)度控制領(lǐng)域,是電網(wǎng)調(diào)度、監(jiān)視、控制的中樞系統(tǒng),變電站運行狀態(tài)信息均通過調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)上傳至D5000系統(tǒng),其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 D5000系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

運行設(shè)備遙控信號常規(guī)校核采用檢查遙控預(yù)置命令或測量出口電壓的方法。由主站端在D5000系統(tǒng)發(fā)出遙控預(yù)置命令,現(xiàn)場總控收到遙控預(yù)置命令后將其轉(zhuǎn)發(fā)給對應(yīng)的測控裝置,測控裝置在收到遙控預(yù)置命令后對被遙控設(shè)備進行檢測,判斷遙控性質(zhì)和對象正確,再按照現(xiàn)場總控至D5000系統(tǒng)的路徑返回校核結(jié)果。D5000系統(tǒng)在規(guī)定時間內(nèi)收到的返校報文與遙控預(yù)置命令一致,表明遙控命令可以執(zhí)行[4]。在執(zhí)行遙控預(yù)置命令前,主站端進行值班通道切換操作,將需要進行校核的通道切換為值班通道。為防止運行設(shè)備誤操作,廠站端采取的安全措施包括將所有非校核設(shè)備的“遠方/就地”切換開關(guān)切換至“就地”,將所有設(shè)備遙控出口壓板退出。某平面網(wǎng)關(guān)機常規(guī)校核流程如圖2所示。

圖2 常規(guī)校核流程

常規(guī)校核過程中,主、廠站端始終保持電話溝通,每驗收一條信號均需雙方進行人工核對無誤后才能進行下一條信號驗收。

2021年7—9月,采用常規(guī)校核方法對徐州市11座變電站遙控信號進行校核,耗時如表1所示。由表1可知,11座變電站單間隔平均校核時間為51.7 min,完成徐州市所有變電站遙控信號校核時間預(yù)計300個工作日左右。

表1 常規(guī)校核方法耗時

3 校核裝置設(shè)計

新集控系統(tǒng)不改變廠站端原有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),僅在一、二平面數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)機以上部分與D5000系統(tǒng)存在差別,其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

3.1 功能設(shè)計

校核裝置通過檢測遙控預(yù)置命令的正確性對遙控信號進行檢測,按照安裝位置不同分為2部分。

a.批量遙控預(yù)置功能如下:①支持導(dǎo)入遙控預(yù)置列表文件,該文件主要信息包括待校核廠站名稱、待校核設(shè)備名稱與點號;②支持從遙控點庫點選或全選生成預(yù)置列表文件;③支持在設(shè)備預(yù)置前后發(fā)送啟、停特征報文;④支持人工干預(yù)和定時間隔發(fā)送批量預(yù)置命令;⑤支持選擇指定平面網(wǎng)關(guān)機發(fā)送命令。

b.廠站端校核裝置能仿真現(xiàn)場測控裝置與待校核平面網(wǎng)關(guān)機進行通信,并對新集控系統(tǒng)發(fā)出的預(yù)置校核命令做出回應(yīng);同時接收由平面網(wǎng)關(guān)機下發(fā)的遙控預(yù)置報文,由廠站端下發(fā)的遙控預(yù)置報文,由數(shù)據(jù)網(wǎng)下發(fā)的IEC104格式報文,并進行三方對比。工作信息流程如圖4所示。

圖4 校核裝置工作信息流程

3.2 硬件設(shè)計

校核裝置硬件結(jié)構(gòu)如圖5所示,主要包括上位機通信模塊、電源模塊、微控制單元、后臺機通信模塊、網(wǎng)關(guān)機通信模塊、104報文通信模塊[5]。

圖5 校核裝置硬件結(jié)構(gòu)

上位機通信模塊與電腦進行通信,對裝置進行配置,并將校核報告輸出至電腦;微控制單元對來自后臺機通信模塊、網(wǎng)關(guān)機通信模塊、上位機通信模塊的報文數(shù)據(jù)進行對比,同時生成校核報告;后臺機通信模塊與現(xiàn)場后臺機進行通信,接收來自現(xiàn)場后臺機的遙控信號預(yù)置報文;網(wǎng)關(guān)機通信模塊能夠向上發(fā)送返校報文,接收遙控預(yù)置報文;104報文通信模塊接收鏡像網(wǎng)關(guān)機轉(zhuǎn)發(fā)的IEC104格式報文。

3.3 軟件設(shè)計

校核裝置軟件采用模塊化設(shè)計,如圖6所示,主要包括后臺機交互模塊、網(wǎng)關(guān)機交互模塊、104報文分析模塊、信息對比模塊等。各模塊之間相互獨立,通過消息機制進行數(shù)據(jù)交互。

圖6 校核裝置軟件架構(gòu)

后臺機交互模塊處理來自站內(nèi)后臺機的遙控預(yù)置信息,支持不同后臺機的私有規(guī)約;網(wǎng)關(guān)機交互模塊處理與數(shù)據(jù)平面網(wǎng)關(guān)機交互的數(shù)據(jù)信息,包括模擬報文生成、報文信息解析等,支持IEC103及IEC61850規(guī)約;104報文分析模塊對IEC104格式的遙控報文進行解析;信息對比模塊對上述3個模塊獲得的遙控命令信息進行對比,并最終生成遙控信號校核報告;上位機模塊配置下裝。

3.4 校核流程

本文以新集控系統(tǒng)和二平面網(wǎng)關(guān)機遙控信號校核為例來說明校核流程。校核開始前,一平面網(wǎng)關(guān)機在值班狀態(tài),二平面網(wǎng)關(guān)機退出;廠站端將所有遙控設(shè)備的“遠方/就地”切換開關(guān)切換至“就地”,并退出所有測控裝置遙控出口壓板;二平面網(wǎng)關(guān)機從站控層交換機退出,直接與校核裝置相連,此時二平面網(wǎng)關(guān)機和變電站設(shè)備沒有任何電氣聯(lián)系[6]。以上措施完成后,主站端利用批量預(yù)置模塊按照遙控預(yù)置列表文件進行批量預(yù)置,同時廠站端通過監(jiān)控后臺按照預(yù)置列表文件依次發(fā)出遙控預(yù)置命令,待所有校核設(shè)備全部預(yù)置完成后,校核裝置自動生成遙控校核報告。校核標準流程如圖7所示。

圖7 校核裝置校核流程

4 關(guān)鍵技術(shù)

4.1 IEC104規(guī)約信息提取

新集控系統(tǒng)通過電力數(shù)據(jù)網(wǎng)連接至平面網(wǎng)關(guān)機,通信方式采用IEC104規(guī)約,遙控命令通過104報文中的信息地址映射到監(jiān)控信息點表的遙控點號[7]。信息提取時,首先通過報文IP層,識別客戶端IP和服務(wù)端IP分別為新集控系統(tǒng)IP和平面網(wǎng)關(guān)機IP;其次通過報文TCP層,識別TCP端口號為104,確定通信報文屬于待校核的新集控系統(tǒng)和平面網(wǎng)關(guān)機;然后通過104報文的Type字段,識別104遙控報文并通過品質(zhì)位判斷遙控預(yù)置命令,提取信息對象地址;最后通過信息體地址值減去0x6001(一般遙控信息起始地址為0x6001),得到遙控點號,從遙控信息點表中通過遙控點號獲得遙控描述,完成新集控系統(tǒng)發(fā)起的遙控信息解析。IEC104報文遙控解析樹如圖8所示。

圖8 IEC104報文遙控解析樹

4.2 IEC61850規(guī)約信息提取

智能變電站的平面網(wǎng)關(guān)機通過IEC61850規(guī)約與站內(nèi)其他設(shè)備進行通信[8]。信息提取時,首先通過報文IP層,識別客戶端IP和服務(wù)端IP分別為待校核的平面網(wǎng)關(guān)機IP和保護測控裝置IP;其次通過報文TCP層,識別TCP端口號為102,確定通信報文屬于待校核的平面網(wǎng)關(guān)機和保護測控裝置;然后查看報文為寫命令,路徑功能約束為“CO”,識別遙控報文并提取遙控對象路徑;最后通過遙控路徑獲得遙控對象描述值。IEC61850遙控報文解析樹如圖9所示。

圖9 IEC61850報文遙控解析樹

4.3 IEC103規(guī)約信息提取

常規(guī)變電站的平面網(wǎng)關(guān)機通過IEC103規(guī)約與站內(nèi)其他設(shè)備進行通信[9]。進行信息提取時,首先通過報文IP層,識別客戶端IP和服務(wù)端IP分別為待校核的平面網(wǎng)關(guān)機IP和保護測控IP;其次通過報文TCP層,識別TCP端口號為1048,確定通信報文屬于待校核的平面網(wǎng)關(guān)機和保護測控裝置通信鏈路;然后查看103報文為寫命令,識別103遙控報文并提取遙控對象路徑;最后通過遙控路徑獲得遙控對象描述值[10]。IEC103遙控報文解析樹如圖10所示。

圖10 IEC103報文遙控解析樹

5 應(yīng)用分析

目前,校核裝置已經(jīng)在國網(wǎng)徐州供電公司得到全面應(yīng)用,該裝置具有以下優(yōu)勢[11-13]。

a.利用程序?qū)π：嗽O(shè)備進行批量自動預(yù)置,無需進行人工預(yù)置。

b.校核裝置能批量接收預(yù)置信號并進行存儲。

c.對IEC104規(guī)約遙控對象、網(wǎng)關(guān)機遙控對象、監(jiān)控后臺遙控對象的一致性進行批量自動對比,并生成校核報告。

d.過程更加安全。采用校核裝置模擬測控裝置,使待校核平面網(wǎng)關(guān)機與運行設(shè)備完全電氣隔離,無信號誤出口風(fēng)險。

e.對設(shè)備運行影響更小。常規(guī)信號校核時,所有設(shè)備均無法進行遠方遙控操作,影響設(shè)備正常運行。而校核裝置仍有1個平面網(wǎng)關(guān)機與設(shè)備連接,不影響設(shè)備遠方操作。

采用校核裝置對徐州市11座變電站遙控信號進行校核,校核耗時如表2所示。

表2 校核裝置信號校核耗時

由表2可知,校核裝置單間隔校核耗時平均為1.5 min,比常規(guī)校核方法效率提升97%;廠站端待校核間隔越多,校核速度越快,這是因為切換平面、執(zhí)行安全措施等時間基本固定,當(dāng)間隔越多時,平均校核時間越少。

6 結(jié)語

本文研制的運行設(shè)備遙控信號校核裝置,解決了常規(guī)校核方法校核速度慢、存在信號誤出口風(fēng)險的問題,為運行設(shè)備遙控信號校核提供了一種速度快、安全系數(shù)高的解決方案,能夠?qū)崿F(xiàn)新集控系統(tǒng)快速、高效、安全接入。