一起500 kV 斷路器調(diào)度遙控失敗原因分析及解決方案

（國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司檢修分公司，杭州 311232）

0 引言

500 kV 交流輸電網(wǎng)是我國(guó)超高壓輸電的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，承擔(dān)著我國(guó)電力輸送和電能分配的重要任務(wù)，保障著整個(gè)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)[1]。

隨著國(guó)家電網(wǎng)公司“大運(yùn)行”和“調(diào)控一體化”建設(shè)的不斷推進(jìn)，當(dāng)前大多數(shù)變電站都推行無人值班，遙控的可靠性對(duì)電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行有著重要影響。在實(shí)際運(yùn)行中，遙控失敗時(shí)有發(fā)生，使得調(diào)控一體化系統(tǒng)的可靠性大打折扣，影響停送電操作、事故處理及電網(wǎng)安全運(yùn)行[2]。同時(shí)，計(jì)算機(jī)技術(shù)尤其現(xiàn)代通信技術(shù)的快速發(fā)展，為500 kV 變電站區(qū)域集中監(jiān)控提供了技術(shù)支撐。為實(shí)現(xiàn)上述建設(shè)目標(biāo)，浙江省調(diào)開展了調(diào)控一體化運(yùn)行管理模式，并建立起相應(yīng)的調(diào)控技術(shù)支撐功能。由此，500 kV 變電站的監(jiān)控業(yè)務(wù)逐步移交至省調(diào)監(jiān)控，省調(diào)監(jiān)控也肩負(fù)起重大的設(shè)備管理責(zé)任[3-5]。

然而，由于早期建設(shè)的500 kV 變電站多數(shù)已運(yùn)行近10 年，當(dāng)初投運(yùn)的變電站監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備能力已不能充分滿足當(dāng)前各項(xiàng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需要。同時(shí)，省調(diào)集中監(jiān)控業(yè)務(wù)模式開展時(shí)間尚短，變電站許多隱蔽缺陷未能全部消除。因此，較容易出現(xiàn)變電站到省調(diào)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的中斷缺陷。特別是雙通道都中斷后，省調(diào)監(jiān)控便失去了對(duì)該站的監(jiān)控能力，降低了對(duì)大電網(wǎng)的調(diào)控能力，在緊急情況下不能作出有效反應(yīng)。遙控不成功可能造成設(shè)備運(yùn)行狀況下降，擴(kuò)大事故影響范圍，對(duì)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行造成重大影響[6-8]。

文獻(xiàn)[9-10]從通道、二次回路、通信流程等宏觀方面對(duì)變電站常見的遙控問題進(jìn)行了分析，沒有涉及遠(yuǎn)動(dòng)遙控的具體細(xì)節(jié)問題。文獻(xiàn)[11]雖然從應(yīng)用層報(bào)文層面分析調(diào)度遙控選擇、執(zhí)行、返校詳細(xì)過程，但沒有分析影響遙控的詳細(xì)參數(shù)及控制機(jī)制。

某日，浙江省調(diào)對(duì)某500 kV 變電站（以下簡(jiǎn)稱“N 站”）220 kV 線路H 進(jìn)行斷路器復(fù)役遙控，多次操作均失敗，導(dǎo)致省調(diào)只能下放監(jiān)控權(quán)，由運(yùn)行人員使用站內(nèi)監(jiān)控后臺(tái)進(jìn)行操作，嚴(yán)重影響了調(diào)度的遙控成功率指標(biāo)。針對(duì)該問題進(jìn)行原因分析，開展模擬試驗(yàn)，提出具體解決方案，并通過變電站現(xiàn)場(chǎng)工作對(duì)方案的有效性進(jìn)行驗(yàn)證。

1 變電站監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)

早期500 kV 變電站監(jiān)控系統(tǒng)多采用國(guó)外通信設(shè)備，N 站采用“南瑞科技NSC300 遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)+西門子AK1703 總控單元+AM1703 測(cè)控裝置”模式，其結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 H 站監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)

在該種模式下，總控單元起著承上啟下的作用，對(duì)下與各間隔測(cè)控通信，對(duì)上與監(jiān)控后臺(tái)及遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)通信。其采用主備模式，主機(jī)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)交互，備機(jī)僅接收數(shù)據(jù)。遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)與總控單元通信，上傳遙信、遙測(cè)，下發(fā)遙控、遙調(diào)[12]。在站控層，遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)與西門子總控主備雙機(jī)采用雙網(wǎng)熱備用運(yùn)行方式，同時(shí)與1 號(hào)西門子總控雙網(wǎng)、2 號(hào)西門子總控雙網(wǎng)建立TCP（傳輸控制協(xié)議）鏈路，西門子總控通過上送心跳報(bào)文通知遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)哪臺(tái)總控為主機(jī)。遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)與西門子總控主機(jī)按IEC 104 協(xié)議正常通信，與西門子總控備機(jī)通過S 格式報(bào)文和U 格式測(cè)試鏈路報(bào)文保持IEC 104 鏈路。

目前，變電站監(jiān)控系統(tǒng)改造一般分階段進(jìn)行，前期先改造站控層設(shè)備，包括主機(jī)和遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)。這種模式導(dǎo)致遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)與總控單元采自不同廠家，通信標(biāo)準(zhǔn)并不完全統(tǒng)一[13]。尤其NSC300 為后期改造新增，并在一次設(shè)備“不停電”情況下調(diào)試，試驗(yàn)往往不夠充分，易使NSC300 與AK1703通信配合存在遺留缺陷[14]。

2 問題排查與測(cè)試

2.1 遙控機(jī)制介紹

調(diào)度端發(fā)起遙控操作的命令，遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)作出應(yīng)答并轉(zhuǎn)發(fā)至總控裝置，總控將收到的遙控命令下發(fā)給相應(yīng)的測(cè)控裝置，由測(cè)控裝置實(shí)際出口。詳細(xì)步驟如圖2 所示。

圖2 調(diào)度遙控過程

由于西門子AK1703 總控裝置不具備遙控“選擇”“執(zhí)行”命令的反校功能，因此對(duì)于調(diào)度端下發(fā)的遙控“選擇”“執(zhí)行”命令，均由遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)應(yīng)答（反校）。當(dāng)遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)回應(yīng)調(diào)度端發(fā)出“執(zhí)行”命令后，再向總控裝置下發(fā)“執(zhí)行”。

2.2 調(diào)度遙控過程分析

針對(duì)缺陷發(fā)生的可能原因，對(duì)遠(yuǎn)動(dòng)采集、傳輸環(huán)節(jié)進(jìn)行分析。

根據(jù)省調(diào)提供的遙控記錄表查看當(dāng)日的104報(bào)文，可見遙控過程的第1—4 步完整、正確。但并未見第5 步，遙控命令丟失，即遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)未向總控裝置發(fā)出遙控執(zhí)行的命令，如圖3 所示。現(xiàn)場(chǎng)已安裝EPA（電力規(guī)約錄波分析儀）對(duì)調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)和站控層網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行監(jiān)聽記錄，如圖4 所示。

圖3 調(diào)度遙控失敗報(bào)文記錄

圖4 EPA 通道監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò)設(shè)置

當(dāng)天13:00—14:00 EPA 錄取的站控層A 網(wǎng)及B 網(wǎng)報(bào)文如表1 所示。由表1 可知，遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)未向總控發(fā)送遙控執(zhí)行報(bào)文。

表1 EPA 遙控報(bào)文記錄

調(diào)閱省調(diào)幾日前對(duì)H 線斷路器分閘操作的報(bào)文，發(fā)現(xiàn)當(dāng)日第一次遙控失敗，第二次遙控成功。失敗原因也是遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)未發(fā)出遙控分閘命令。

調(diào)閱EPA 記錄的遙控成功報(bào)文，省調(diào)下發(fā)至遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)報(bào)文如下：

遠(yuǎn)動(dòng)下發(fā)至總控的報(bào)文如下：

下發(fā)的遙控報(bào)文中信息體地址為2C 60 00，遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)將此轉(zhuǎn)換成25 00 00，對(duì)應(yīng)遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)第37號(hào)裝置（H 線線路測(cè)控），遙控成功后立即上送變位信息。調(diào)度第二次分閘操作成功，說明調(diào)度遙控H 線斷路器并不是一直失敗，有時(shí)可遙控成功。而且，在監(jiān)控后臺(tái)均可遙控成功。

由以上分析可知，調(diào)度遙控不成功的原因在于遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)與總控之間的通信機(jī)制問題。

3 問題原因分析

3.1 遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)站控層A 網(wǎng)報(bào)文分析

1 號(hào)遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)IP 地址為192.9.200/201.81，2 號(hào)遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)IP 地址為192.9.200/201.91，西門子1 號(hào)總控IP 地址為192.9.200/201.61，西門子2 號(hào)總控IP 地址為192.9.200/201.71。

調(diào)取當(dāng)日遙控期間遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)站控層A 網(wǎng)報(bào)文，1 號(hào)遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)與2 臺(tái)總控裝置A 網(wǎng)報(bào)文如下：

TCP 連接（標(biāo)識(shí)：SYN）：

TCP 確認(rèn)（標(biāo)識(shí)：ACK，RST）：

TCP 連接（標(biāo)識(shí)：SYN）：

TCP 確認(rèn)（標(biāo)識(shí)：ACK，RST）：

TCP 連接（標(biāo)識(shí)：SYN）：

TCP 確認(rèn)（標(biāo)識(shí)：ACK，RST）：

2 號(hào)遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)與2 臺(tái)總控裝置A 網(wǎng)報(bào)文與1 號(hào)遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)相似，此處不再列出。

從以上報(bào)文可以看出，當(dāng)時(shí)2 臺(tái)遠(yuǎn)動(dòng)站控層A 網(wǎng)運(yùn)行都不正常，遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)鏈接西門子總控，但西門子總控拒絕鏈接。過程如下：1 號(hào)遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)（192.9.200.81）向1 號(hào)西門子總控（192.9.200.61）和2 號(hào)西門子總控（192.9.200.71）發(fā)起TCP 鏈接，但都被拒絕，西門子總控回[ACK，RST]。2 號(hào)遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)（192.9.200.91）向1 號(hào)西門子總控（192.9.200.61）和2 號(hào)西門子總控（192.9.200.71）發(fā)起TCP 鏈接，也都被拒絕。

調(diào)閱報(bào)文還發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)站控層A 網(wǎng)仍有正常的遙測(cè)報(bào)文上送變化遙測(cè)數(shù)據(jù)。

由以上分析可知，1 號(hào)遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)、2 號(hào)遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)站控層A 網(wǎng)通信存在異常，但并非完全中斷。

3.2 遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)站控層B 網(wǎng)報(bào)文分析

調(diào)取當(dāng)日遙控期間遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)站控層B 網(wǎng)報(bào)文，發(fā)現(xiàn)1 號(hào)遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)、2 號(hào)遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)與1 號(hào)西門子總控有U 格式鏈路測(cè)試報(bào)文及S 格式確認(rèn)報(bào)文，可以判斷出1 號(hào)西門子總控為備機(jī)運(yùn)行。

1 號(hào)遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)、2 號(hào)遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)與2 號(hào)西門子總控有正常數(shù)據(jù)收發(fā)，可以判斷出2 號(hào)西門子總控為主機(jī)運(yùn)行。

由以上分析可知，在調(diào)度遙控時(shí)，1 號(hào)遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)、2 號(hào)遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)站控層B 網(wǎng)運(yùn)行正常，正常情況下調(diào)度應(yīng)能遙控成功，但實(shí)際卻遙控失敗。

3.3 遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)告警信息分析

由于現(xiàn)場(chǎng)遠(yuǎn)動(dòng)與西門子總控A 網(wǎng)通信異常，產(chǎn)生大量告警信息，已將當(dāng)日記錄覆蓋，現(xiàn)分析截取最近時(shí)間段的告警信息。當(dāng)時(shí)遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)與西門子總控A 網(wǎng)仍舊通信異常，421 號(hào)自診斷信息表示鏈接關(guān)閉，422 號(hào)自診斷信息表示鏈接成功，C009C83DH 表示1 號(hào)西門子總控，C009C847H表示2 號(hào)西門子總控。遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)通信異常自診斷信息如圖5 所示。

圖5 遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)自診斷信息

可以看出鏈路中斷→鏈接成功→鏈路中斷的周期約為15 s，與遙控失敗當(dāng)日EPA 抓取的A網(wǎng)報(bào)文鏈路連接周期一致。正是在鏈接成功至鏈路中斷的15 s 周期內(nèi)，西門子總控正常向遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)上送遙信、遙測(cè)數(shù)據(jù)。這就解釋了為何1 號(hào)遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)、2 號(hào)遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)站控層A 網(wǎng)通信存在異常，卻仍有正常的遙測(cè)報(bào)文上送。

3.4 遙控失敗原因分析

NSC300 遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)與西門子總控TCP 鏈路連接成功后會(huì)初始化相關(guān)參數(shù)，如IEC 104 鏈路初始化標(biāo)志、總召標(biāo)志等，這些參數(shù)按裝置區(qū)分，A網(wǎng)和B 網(wǎng)各有一份，相互獨(dú)立；另有部分遙控參數(shù)，如遙控對(duì)象、單（雙）點(diǎn)遙控、步調(diào)調(diào)節(jié)命令、是否帶時(shí)標(biāo)等遙控屬性也會(huì)初始化為無效。表2列出部分控制方向的參數(shù)，這些遙控參數(shù)也是按裝置區(qū)分，但A 網(wǎng)和B 網(wǎng)共用。

表2 控制方向的參數(shù)信息

當(dāng)日，調(diào)度時(shí)現(xiàn)場(chǎng)B 網(wǎng)運(yùn)行正常，但由于A網(wǎng)鏈路處于頻繁鏈接成功→鏈路中斷狀態(tài)，造成遙控對(duì)象及屬性每隔15 s 就會(huì)被初始化為無效。調(diào)度遙控預(yù)置時(shí)，會(huì)記錄下該次遙控對(duì)象及屬性至相關(guān)裝置遙控參數(shù)區(qū)，當(dāng)調(diào)度遙控執(zhí)行時(shí)，會(huì)將執(zhí)行命令中的遙控對(duì)象及屬性與裝置遙控參數(shù)區(qū)記錄的遙控對(duì)象及屬性進(jìn)行比對(duì)，當(dāng)不一致時(shí)會(huì)禁止遙控。

所以，當(dāng)調(diào)度D5000 下發(fā)遙控選擇時(shí)均能成功。當(dāng)調(diào)度D5000 下發(fā)遙控執(zhí)行時(shí)：若在選擇和執(zhí)行命令期間A 網(wǎng)發(fā)生中斷，相關(guān)遙控參數(shù)被清除，則遙控不會(huì)執(zhí)行；而若在選擇和執(zhí)行命令期間A 網(wǎng)未發(fā)生中斷，則遙控正常。

調(diào)度遙控失敗的根源在于遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)同時(shí)判別站控層A，B 雙網(wǎng)鏈路狀態(tài)的判別機(jī)制不合理，當(dāng)其中一個(gè)網(wǎng)絡(luò)鏈路中斷時(shí)，遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)雙網(wǎng)鏈路公用的遙控參數(shù)都將初始化。

4 問題解決方案

4.1 解決方案

根據(jù)以上分析，南瑞科技廠家優(yōu)化了NSC300遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)程序，當(dāng)TCP 鏈路連接成功初始化相關(guān)參數(shù)時(shí)，對(duì)雙網(wǎng)共用的遙控參數(shù)增加另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)判斷功能，當(dāng)另外一個(gè)網(wǎng)絡(luò)處于正常狀態(tài)時(shí)，不再初始化雙網(wǎng)共用的遙控參數(shù)。即只有2 個(gè)網(wǎng)絡(luò)通信異常，才會(huì)清除相關(guān)裝置遙控參數(shù)區(qū)的遙控對(duì)象及屬性。

4.2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)驗(yàn)證

程序升級(jí)前，現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)系省調(diào)進(jìn)行2 號(hào)主變壓器3 號(hào)低壓電抗器遙控操作，多次不成功；程序升級(jí)后，再次聯(lián)系省調(diào)進(jìn)行遙控操作，均成功。

修改遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)判別機(jī)制后，調(diào)度反映該變電站未再出現(xiàn)遙控失敗情況。

針對(duì)“NSC300 遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)+AK1703 總控單元+AM1703 測(cè)控裝置”模式的監(jiān)控系統(tǒng)，后續(xù)安排了遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)程序升級(jí)，明顯提高了500 kV 變電站調(diào)度遙控成功率整體水平。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）早期變電站遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)改造后，由于通信標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一導(dǎo)致調(diào)度遙控成功率低。其原因在于國(guó)產(chǎn)遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)對(duì)站控層雙網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的判別機(jī)制不合理，一個(gè)網(wǎng)絡(luò)鏈路中斷就會(huì)導(dǎo)致遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)雙網(wǎng)鏈路公用的遙控參數(shù)初始化。

（2）針對(duì)“NSC300 遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)+AK1703 總控單元+AM1703 測(cè)控裝置”模式的監(jiān)控系統(tǒng)，優(yōu)化了NSC300 遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)程序，當(dāng)TCP 鏈路連接成功初始化相關(guān)參數(shù)時(shí)，對(duì)雙網(wǎng)共用的遙控參數(shù)增加另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)判斷功能，當(dāng)另外一個(gè)網(wǎng)絡(luò)處于正常狀態(tài)時(shí)，不再初始化雙網(wǎng)共用的遙控參數(shù)。

（3）遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)程序優(yōu)化后，經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)驗(yàn)證，調(diào)度遙控成功率整體水平得到了明顯提高。