智能變電站事件順序記錄時(shí)序混亂分析及處理

蔣體茂，謝金冉，胡建明，丁山，劉光源，謝青洋

（1.云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司紅河供電局，云南 蒙自 661100；2.云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司文山供電局，云南 文山 663000；3.云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院，昆明 650217）

0 前言

電力生產(chǎn)控制系統(tǒng)中，事件順序記錄（Sequence Of Event, SOE）能有效記錄事件發(fā)生的時(shí)間及類型。在發(fā)生事故事件時(shí)，SOE能明確記錄開關(guān)變位、報(bào)警信息的發(fā)生順序，為事故事件調(diào)查和原因分析直觀提供事故前1分鐘和事故后2分鐘的相關(guān)信息[1-3]。根據(jù)《南方電網(wǎng)智能變電站IEC61850工程通用應(yīng)用模型》技術(shù)規(guī)范的要求，智能終端和測控單元應(yīng)具備記錄詳細(xì)遙信變位信息和SOE的功能，同時(shí)應(yīng)具備接收IRIG-B碼時(shí)鐘同步信號校正裝置時(shí)間的功能，且能夠完成對變位信號的UTC（Coordinated Universal Time, UTC, 協(xié)調(diào)世界時(shí)間）標(biāo)記；監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)能夠正確接收、解析和顯示相關(guān)報(bào)警信息和SOE信息，滿足對變電站內(nèi)一、二次設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)視功能，并且能夠提供事故事件發(fā)生前后的SOE信息記錄。

相比傳統(tǒng)綜合自動(dòng)化變電站，智能化變電站的“三層兩網(wǎng)”模式引入了過程層的設(shè)計(jì)概念。因此，在日常維護(hù)和投運(yùn)驗(yàn)收時(shí)，需要新增對過程層設(shè)備進(jìn)行性能檢查、測試和功能校驗(yàn)[9-10]。對于過程層采用“模采網(wǎng)跳”模式智能變電站的驗(yàn)收，為保證告警信號的可信度和完整度，需要對智能終端和測控單元進(jìn)行功能性能測試和驗(yàn)收，包括配置文件（SCD、CID、CCD等）、二次回路接線及圖實(shí)核對、GOOSE傳送機(jī)制測試、開入信號模擬觸發(fā)及接收測試、時(shí)標(biāo)精度測試、硬接點(diǎn)開入防抖測試和SOE分辨率測試等[4-5]。

本文對文山局某500 kV智能變電站驗(yàn)收過程中發(fā)現(xiàn)的后臺監(jiān)控系統(tǒng)SOE信息時(shí)序混亂缺陷進(jìn)行了分析，通過測試找到并確認(rèn)了影響智能變電站后臺監(jiān)控SOE時(shí)間準(zhǔn)確度的原因，提出了智能變電站開展SOE功能的驗(yàn)收和相關(guān)事件事故調(diào)查分析的建議。

1 智能變電站SOE時(shí)序混亂問題

在文山局某500 kV智能變電站驗(yàn)收過程中，發(fā)現(xiàn)后臺監(jiān)控系統(tǒng)SOE信息時(shí)序混亂，其缺陷現(xiàn)象為：

1）部分間隔開關(guān)/刀閘變位的SOE信息時(shí)標(biāo)與智能終端記錄的SOE時(shí)標(biāo)相同，但諸如“控制回路斷線、彈簧未儲(chǔ)能和備用開入”等常規(guī)信號，二者之間的時(shí)標(biāo)卻相差3 ms；

2）部分間隔的所有SOE信息時(shí)標(biāo)與智能終端記錄的SOE時(shí)標(biāo)均相差3 ms。

監(jiān)控系統(tǒng)SOE信息時(shí)序混亂，不利于日常巡檢和維護(hù)時(shí)對站內(nèi)一、二次設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行直觀判斷，這對電網(wǎng)的安全、高效和穩(wěn)定運(yùn)行埋下隱患[6]。且在發(fā)生事故事件時(shí)，混亂的SOE信息時(shí)序不能夠直觀提供事故事件前后開關(guān)變位和報(bào)警信息，給事故事件的調(diào)查和原因分析帶來不便[7-8]。針對此缺陷和變電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范要求，現(xiàn)場需對監(jiān)控系統(tǒng)SOE信息時(shí)序混亂的缺陷進(jìn)行相關(guān)測試、分析，并提出整改意見，完成缺陷處理和總結(jié)。

2 原因分析及處理方案研究

2.1 智能變電站開關(guān)量采集及對時(shí)原理研究

該500 kV智能變電站按照《南方電網(wǎng)110kV-500kV智能變電站標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)V2.1》進(jìn)行設(shè)計(jì)和建設(shè)，其過程層為“模采網(wǎng)跳”模式，開關(guān)量的變位信息由智能終端采集后，轉(zhuǎn)換成GOOSE信息經(jīng)過程層網(wǎng)絡(luò)傳輸至間隔層測控單元，測控單元對收到的GOOSE變位報(bào)文進(jìn)行解析，并轉(zhuǎn)換為MMS信息經(jīng)站控層網(wǎng)絡(luò)傳輸至站控層監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)控系統(tǒng)完成報(bào)文信息的解析和顯示。其簡單示意如圖1。

圖1 開關(guān)量采集、處理及信息轉(zhuǎn)發(fā)過程

全站配置公用的時(shí)間同步系統(tǒng)，采用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)和全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS標(biāo)準(zhǔn)授時(shí)信號進(jìn)行時(shí)鐘校正，各繼電保護(hù)小室時(shí)鐘擴(kuò)展裝置接收公用時(shí)間同步系統(tǒng)光纖IRIG-B碼進(jìn)行時(shí)鐘校正。智能終端的對時(shí)方式為光纖IRIG-B碼對時(shí)，智能測控單元的對時(shí)方式為IRIG-B（DC）碼對時(shí)，后臺監(jiān)控系統(tǒng)的對時(shí)方式為SNTP對時(shí)。其示意如圖2。

圖2 各層設(shè)備的對時(shí)方式

以某500 kV間隔為例，現(xiàn)場對其斷路器測控單元（間隔層）和A套智能終端（過程層）的對時(shí)精度進(jìn)行測試，測試時(shí)選取其中一個(gè)備用開入點(diǎn)進(jìn)行測試。其測試記錄和結(jié)果如表1、表2所示，該間隔測控單元和智能終端對時(shí)精度誤差為0 ms，表明二者皆能無誤差完成對變位信號的時(shí)標(biāo)標(biāo)記，由此可排除因測控單元和智能終端的對時(shí)功能紊亂而導(dǎo)致的后臺監(jiān)控系統(tǒng)SOE信息時(shí)序混亂。并且后臺監(jiān)控系統(tǒng)中部分開關(guān)/刀閘的SOE信息時(shí)標(biāo)與智能終端中SOE時(shí)標(biāo)相同，也可排除因GOOSE信息和MMS信息傳輸過程中傳送機(jī)制存在缺陷而導(dǎo)致的3 ms誤差。

表1 某500 kV間隔測控單元對時(shí)精度測試記錄

表2 某500 kV間隔A套智能終端對時(shí)精度測試記錄

2.2 智能變電站監(jiān)控系統(tǒng)開關(guān)量SOE時(shí)標(biāo)機(jī)制研究

根據(jù)《南方電網(wǎng)智能終端技術(shù)規(guī)范》，斷路器、隔離刀閘等位置GOOSE信號應(yīng)帶UTC時(shí)標(biāo)信息，每個(gè)時(shí)標(biāo)應(yīng)緊跟相應(yīng)的信號排放；間隔層IED以及過程層智能終端需產(chǎn)生SOE，間隔層裝置與智能終端虛端子關(guān)聯(lián)時(shí)標(biāo)時(shí)采用GOOSE報(bào)文的時(shí)標(biāo)，不關(guān)聯(lián)時(shí)標(biāo)時(shí)采用本裝置時(shí)標(biāo)。除智能終端外，測控單元也具備為開關(guān)量標(biāo)記時(shí)標(biāo)的功能，當(dāng)其收到智能終端發(fā)送的GOOSE變位報(bào)文時(shí)，測控單元通過解析報(bào)文發(fā)送時(shí)間，可得到相應(yīng)GOCB（GOOSE控制塊）內(nèi)信號產(chǎn)生變位的時(shí)間，并上送至后臺監(jiān)控系統(tǒng)。站內(nèi)開關(guān)量SOE信息時(shí)標(biāo)來源如圖3所示。

圖3 開關(guān)量SOE時(shí)標(biāo)來源

為了進(jìn)一步研究智能變電站SOE時(shí)標(biāo)產(chǎn)生的機(jī)制，需對智能終端開入響應(yīng)時(shí)間進(jìn)行測試。智能終端開入響應(yīng)時(shí)間是指開關(guān)/刀閘的輔助接點(diǎn)等硬接點(diǎn)開入信號變位到智能終端發(fā)出相應(yīng)GOOSE變位報(bào)文的時(shí)間，經(jīng)測試該站某500 kV間隔智能終端的開入響應(yīng)時(shí)間為3 ms，如表3所示。

表3 智能終端開入響應(yīng)時(shí)間測試結(jié)果表

之后，對智能終端和測控單元分別開展SOE分辨率測試，選取某500 kV開關(guān)A/B/C三相的合位位置和該間隔備用開入44/45/46，分別記錄智能終端及后臺監(jiān)控系統(tǒng)中信息變位的SOE時(shí)標(biāo)。

如表4測試結(jié)果，該500 kV開關(guān)A/B/C三相合位位置的SOE信息時(shí)標(biāo)在智能終端和監(jiān)控系統(tǒng)中一致，但備用開入44/45/46的時(shí)標(biāo)卻相差3 ms。現(xiàn)場懷疑開關(guān)/刀閘變位類的開關(guān)量和常規(guī)報(bào)警信號開關(guān)量的時(shí)標(biāo)來源不同，導(dǎo)致后臺監(jiān)控系統(tǒng)SOE信息的時(shí)標(biāo)顯示混亂。現(xiàn)場查看SCD文件虛端子連接和訂閱情況，該間隔測控單元從A套智能終端訂閱的A/B/C三相合位位置GOOSE信息除對象（數(shù)據(jù)對象Pos）、值（數(shù)據(jù)屬性stVal）外，還訂閱了時(shí)標(biāo)（時(shí)標(biāo)t）信息，而備用開入44/45/46卻僅僅訂閱了Pos對象和stVal值。據(jù)此推測，造成后臺監(jiān)控系統(tǒng)SOE信息時(shí)標(biāo)混亂的情況與SCD文件中測控單元與智能終端虛端子訂閱GOOSE信息時(shí)標(biāo)t的情況有關(guān)系。

為了驗(yàn)證以上推論，選取500 kV第一串間隔（開關(guān)/刀閘變位開入GOOSE信息不訂閱時(shí)標(biāo)t）和500 kV第二串間隔（開關(guān)/刀閘變位GOOSE信息訂閱時(shí)標(biāo)t）進(jìn)行測試。通過在智能終端裝置處提取SOE報(bào)文和在監(jiān)控后臺查看SOE信息得到，由于500 kV第一串間隔測控單元訂閱了智能終端發(fā)出開關(guān)/刀閘變位GOOSE信息的時(shí)標(biāo)t，測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)智能終端和后臺監(jiān)控系統(tǒng)的SOE信息時(shí)標(biāo)一致；由于500 kV第二串間隔測控單元沒有訂閱智能終端發(fā)出開關(guān)/刀閘變位GOOSE信息的時(shí)標(biāo)t，測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，后臺監(jiān)控系統(tǒng)的SOE信息與智能終端裝置中SOE時(shí)標(biāo)相差了3 ms。根據(jù)表3智能終端開入響應(yīng)時(shí)間測試結(jié)果可得，這3 ms正好是智能終端把硬接點(diǎn)開入變位轉(zhuǎn)換為GOOSE變位報(bào)文的時(shí)間，再次證明了如果測控單元沒有訂閱開入信號的時(shí)標(biāo)t，那么其傳給后臺監(jiān)控的SOE時(shí)標(biāo)為測控單元解析收到的GOOSE變位報(bào)文發(fā)出的時(shí)間。

基于以上分析可得，在SCD文件中測控單元沒有訂閱智能終端開入變位時(shí)標(biāo)t是造成監(jiān)控后臺SOE與智能終端SOE時(shí)標(biāo)不一致的原因。

2.3 缺陷處理措施研究

確定缺陷原因后，現(xiàn)場檢查并更改SCD文件開關(guān)/刀閘變位信息虛端子連接，要求測控單元同時(shí)訂閱智能終端開入變位信息的Pos對象、stVal值和時(shí)標(biāo)t，并由修改后的SCD文件導(dǎo)出測控單元的CID文件和CCD文件下裝至相應(yīng)測控單元。最后，再次對監(jiān)控后臺SOE和智能終端SOE時(shí)標(biāo)的一致性進(jìn)行測試，結(jié)果顯示后臺監(jiān)控系統(tǒng)SOE時(shí)標(biāo)正常，不再混亂，說明該500 kV智能變電站SOE時(shí)序混亂的缺陷得到了解決。

3 結(jié)束語

通過分析某500 kV智能變電站驗(yàn)收中SOE時(shí)序混亂的原因，發(fā)現(xiàn)SCD文件中測控單元訂閱智能終端開入變位時(shí)標(biāo)t虛端子的情況會(huì)影響智能變電站后臺監(jiān)控系統(tǒng)SOE時(shí)標(biāo)的準(zhǔn)確度。若在配置SCD文件時(shí)測控單元訂閱了智能終端開關(guān)/刀閘變位信號的時(shí)標(biāo)t虛端子，則后臺監(jiān)控SOE時(shí)標(biāo)與現(xiàn)場開關(guān)/刀閘的變位時(shí)間一致；若測控單元沒有訂閱智能終端開關(guān)/刀閘變位信號的時(shí)標(biāo)t虛端子，則后臺測控SOE時(shí)標(biāo)會(huì)產(chǎn)生3 ms的誤差，經(jīng)上文現(xiàn)場測試和驗(yàn)證確認(rèn)，該誤差為智能終端將開入變位的硬接點(diǎn)信號轉(zhuǎn)化為GOOSE變位報(bào)文的時(shí)間。

綜上所述，為了保證智能變電站全站SOE時(shí)標(biāo)的與實(shí)際開關(guān)/刀閘變位時(shí)刻一致，本文建議在開展智能變電站驗(yàn)收時(shí)要注意檢查SCD文件中測控單元訂閱智能終端開入變位時(shí)標(biāo)t虛端子的情況。另外，在進(jìn)行智能變電站的事故事件調(diào)查時(shí)，若SCD文件中測控單元未訂閱智能終端發(fā)出的開關(guān)/刀閘變位時(shí)標(biāo)t的虛端子，則在分析相關(guān)開關(guān)/刀閘動(dòng)作時(shí)序時(shí)，不能參考監(jiān)控后臺SOE信息，而是應(yīng)以智能終端裝置中SOE信息為準(zhǔn)。

本文介紹的測試方法及處理過程，不僅為消除智能變電站類似缺陷提供了有益經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)也在智能變電站事故事件調(diào)查和原因分析等方面具有一定的參考價(jià)值。