運行設備遙控信號校核裝置的研發與應用

婁德章,王 浩,張 樂,劉 永,魯 明

(國網徐州供電公司,江蘇 徐州 221006)

0 引言

變電站的隔離開關和斷路器等設備運行前,需要通過調度數據網將其接入至D5000智能電網調度控制系統,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]。新投入設備和檢修設備等遙控信號校核過程如下:主站端在D5000上執行遙控命令(隔離開關和斷路器等分合閘),廠站端檢查設備實際動作情況,并與主站端通過電話進行核對[2]。已經通過遙控校核的設備在未發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備上進行,在特殊情況下需要對運行設備的信號進行校核。目前,運行設備遙控信號常規校核方法主要通過人工觀察預置報文信號進行判斷[3],該方法原理簡單、應用快捷,在遙控信號數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。本文以運行設備遙控信號接入新集控系統為背景,研發一種運行設備遙控信號校核裝置,該裝置在實現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,按照國網公司重點工作任務要求,國網徐州供電公司率先開展新集控系統建設。在新集控系統建設完成后,需要將原有接入D5000系統的遙測、遙信、遙控等信號接入新集控系統,并進行信號正確性校驗。由于遙控信號校核不能影響設備正常運行,并且需要滿足各項管理規范要求,而遙控信號有數萬條以上,其常規校核需要在主站端通過人工操作完成,預計需要上百個工作日,無法滿足新集控系統投運節點要求。

2 常規校核流程

以D5000系統進行運行設備遙控信號校核為例。D5000系統廣泛應用于電網調度控制領域,是電網調度、監視、控制的中樞系統,變電站運行狀態信息均通過調度數據網上傳至D5000系統,其網絡結構如圖1所示。

圖1 D5000系統網絡結構

運行設備遙控信號常規校核采用檢查遙控預置命令或測量出口電壓的方法。由主站端在D5000系統發出遙控預置命令,現場總控收到遙控預置命令后將其轉發給對應的測控裝置,測控裝置在收到遙控預置命令后對被遙控設備進行檢測,判斷遙控性質和對象正確,再按照現場總控至D5000系統的路徑返回校核結果。D5000系統在規定時間內收到的返校報文與遙控預置命令一致,表明遙控命令可以執行[4]。在執行遙控預置命令前,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。為防止運行設備誤操作,廠站端采取的安全措施包括將所有非校核設備的“遠方/就地”切換開關切換至“就地”,將所有設備遙控出口壓板退出。某平面網關機常規校核流程如圖2所示。

圖2 常規校核流程

常規校核過程中,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計300個工作日左右。

表1 常規校核方法耗時

3 校核裝置設計

新集控系統不改變廠站端原有網絡結構,僅在一、二平面數據網關機以上部分與D5000系統存在差別,其網絡結構如圖3所示。

3.1 功能設計

校核裝置通過檢測遙控預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.批量遙控預置功能如下:①支持導入遙控預置列表文件,該文件主要信息包括待校核廠站名稱、待校核設備名稱與點號;②支持從遙控點庫點選或全選生成預置列表文件;③支持在設備預置前后發送啟、停特征報文;④支持人工干預和定時間隔發送批量預置命令;⑤支持選擇指定平面網關機發送命令。

b.廠站端校核裝置能仿真現場測控裝置與待校核平面網關機進行通信,并對新集控系統發出的預置校核命令做出回應;同時接收由平面網關機下發的遙控預置報文,由廠站端下發的遙控預置報文,由數據網下發的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 硬件設計

校核裝置硬件結構如圖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、網關機通信模塊、104報文通信模塊[5]。

圖5 校核裝置硬件結構

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、網關機通信模塊、上位機通信模塊的報文數據進行對比,同時生成校核報告;后臺機通信模塊與現場后臺機進行通信,接收來自現場后臺機的遙控信號預置報文;網關機通信模塊能夠向上發送返校報文,接收遙控預置報文;104報文通信模塊接收鏡像網關機轉發的IEC104格式報文。

3.3 軟件設計

校核裝置軟件采用模塊化設計,如圖6所示,主要包括后臺機交互模塊、網關機交互模塊、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據交互。

圖6 校核裝置軟件架構

后臺機交互模塊處理來自站內后臺機的遙控預置信息,支持不同后臺機的私有規約;網關機交互模塊處理與數據平面網關機交互的數據信息,包括模擬報文生成、報文信息解析等,支持IEC103及IEC61850規約;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

本文以新集控系統和二平面網關機遙控信號校核為例來說明校核流程。校核開始前,一平面網關機在值班狀態,二平面網關機退出;廠站端將所有遙控設備的“遠方/就地”切換開關切換至“就地”,并退出所有測控裝置遙控出口壓板;二平面網關機從站控層交換機退出,直接與校核裝置相連,此時二平面網關機和變電站設備沒有任何電氣聯系[6]。以上措施完成后,主站端利用批量預置模塊按照遙控預置列表文件進行批量預置,同時廠站端通過監控后臺按照預置列表文件依次發出遙控預置命令,待所有校核設備全部預置完成后,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 關鍵技術

4.1 IEC104規約信息提取

新集控系統通過電力數據網連接至平面網關機,通信方式采用IEC104規約,遙控命令通過104報文中的信息地址映射到監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和服務端IP分別為新集控系統IP和平面網關機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和平面網關機;然后通過104報文的Type字段,識別104遙控報文并通過品質位判斷遙控預置命令,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,完成新集控系統發起的遙控信息解析。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規約信息提取

智能變電站的平面網關機通過IEC61850規約與站內其他設備進行通信[8]。信息提取時,首先通過報文IP層,識別客戶端IP和服務端IP分別為待校核的平面網關機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關機和保護測控裝置;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規約信息提取

常規變電站的平面網關機通過IEC103規約與站內其他設備進行通信[9]。進行信息提取時,首先通過報文IP層,識別客戶端IP和服務端IP分別為待校核的平面網關機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關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 應用分析

目前,校核裝置已經在國網徐州供電公司得到全面應用,該裝置具有以下優勢[11-13]。

a.利用程序對校核設備進行批量自動預置,無需進行人工預置。

b.校核裝置能批量接收預置信號并進行存儲。

c.對IEC104規約遙控對象、網關機遙控對象、監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,使待校核平面網關機與運行設備完全電氣隔離,無信號誤出口風險。

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

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、執行安全措施等時間基本固定,當間隔越多時,平均校核時間越少。

6 結語

本文研制的運行設備遙控信號校核裝置,解決了常規校核方法校核速度慢、存在信號誤出口風險的問題,為運行設備遙控信號校核提供了一種速度快、安全系數高的解決方案,能夠實現新集控系統快速、高效、安全接入。