变电站远动机无缝切换的实现和校核

陈建洪 陈月卿 林 捷 邱建斌 王家兴

（1.福建省电力有限公司输变电设备检修分公司，福州 350003；2.福州超高压输变电局，福州 350003）

随着电力调度 SCADA主站高级应用的发展，越来越多的变电站要求“四遥”数据传输可靠、稳定。尤其是超高压枢纽变电站，其调度主站多达三四个，远动机所承载的“四遥”数据更显重要。

目前，很多综合自动化变电站已运行多年，进入了升级改造阶段。常规的做法就是新上的综自系统和旧综自系统并列运行，每改造一个间隔就将旧综自系统对应“四遥”信息移到新上的综自系统。这样的做法存在一些不足，其一就是每改造一个间隔时，各个调度主站都要进行SCADA数据库修改和图形修改，由于每次改造都需要整个SCADA主站进行数据修改并同步，会影响运行中的 SCADA主站的可靠性和稳定性；其二就是由于各个调度主站都要进行相关修改后才能同变电站进行“四遥”数据校核，工作效率极低。所以，一种无需调度主站进行任何改动的方案是解决上述问题的关键技术之一，远动机无缝切换的成功尝试为此提供一条途径。

1 远动切换实施方案

图1为某变电站远动系统的示意图，图中左半部分为旧远动系统，采用双网络双主机结构，远动通讯规约有IEC101和IEC104两种，图中右半部分就是新上的远动系统。

远动机无缝切换的总体方案就是：先把原远动机 CSM300E中的全站数据（指含所有调度端的数据）接入到新的远动机 CSC1321中，由 CSC1321把来自于 CSM300E的采集数据对各调度端按原有规约、原有远动点表进行信息转发，CSM300E按IEC104规约将信息传送给CSC1321，如图2所示。

图1 远动系统改造前示意图

图2 远动机无缝切换示意图

整个变电站综自升级改造工程分三个阶段进行：

第一阶段：新远动系统搭建。把两台新远动机CSC1321连接到新站控层双以太网，对CSC1321进行单机调试，包括与调度主站的通讯配置和与CSM300E的数据采集配置，为CSC1321接入电力数据网、模拟通道和 CSM300E做前期准备。这个阶段CSC1321和CSM300E之间没有任何联系，电力数据网通道和模拟通道仍接在 CSM300E上，仍由CSM300E和各级调度主站进行通信。

第二阶段：远动机无缝切换。这个阶段先在2#CSC1321和2#CSM300E之间建立单独的IEC104规约通信连接，2#CSM300E通过这个IEC104规约通讯连接把各级调度端所需的全部数据实时传送到2#CSC1321。然后断开2# CSM300E与电力数据网、模拟通道和原站控层A/B网的链接，由2#CSC1321同电力数据网、模拟通道进行链接，调度主站的第2路远动数据由新远动主机2#CSC1321上送，如图2所示。将带有 CSC2000模拟规约软件的调试笔记本电脑接入2#CSM300E，利用 CSC2000规约模拟软件同调度SCADA主站前置机进行“四遥”调试。待信息全部校核正确后，把电力数据网通道和模拟通道从1#CSM300E上切换到2#CSC1321，由2#CSC1321用全部来自2#CSM300E的实时数据接管和各级调度进行通信，实现远动的无缝切换。这个过程肯定会造成和各级调度端通信的暂时中断，但其时间极为短暂，故而称之为“无缝”。这个过程要做好数据备份以及异常后的及时恢复，同时要在一定的时间内观察切换到新远动机2#CSC1321运行的稳定性。整个过程完全稳定可靠后，再采用同样的方法进行第1路远动数据的接入与调试，至此，整个远动机无缝切换工作全部结束。

第三阶段：“四遥”数据按间隔改造接入新远动系统。即按照各间隔具体的改造进度，由新远动主机CSC1321用直接采集该间隔新测控装置和保护装置的数据去转发给各级调度，即用直采直送的数据去替换来自原远动机 CSM300E的数据，未改造间隔的数据仍由原远动机 CSM300E转发。整个改造工程结束后，可将原远动系统退役。

2 CSC2000模拟规约软件开发

2.1 软件系统构架

CSC2000规约是一组协议的总称，其中包括网络通信协议、装置内部通信协议和装置与MMI通信协议三大类[1]，已成功应用于变电站综合自动化系统中，目前福建省所有500kV变电站均采用北京四方继保自动化股份有限公司开发的CSC2000变电站综合自动化系统。

CSC2000规约模拟软件协议内容仅涉及网络通信协议，该通信结构为简约型三层（物理层、链路层和应用层）增强性结构。软件采用了模块化的设计思想，设计了CSC2000通信模块、数据库管理模块、信号触发模块、人机交互模块，如图3所示。

CSC2000通信模块用于解析和生成与站控层设备通信的CSC2000规约报文；数据库管理模块用于实现软件配置信息的导入，内部实时和历史数据读写存储管理服务，数据库支持远动配置文件、监控后台数据库文件、保护装置信息模板文件；信号触发模块实现手动和自动触发动态数据的模拟功能；人机交互模块用于根据数据库配置信息自动生成相应配置的测试界面，提供调试运行模式及环境参数设置，提供信息显示输出及人工干预输入界面。

图3 软件系统构架示意图

2.2 主要功能模块设计

CSC2000规约模拟软件设计了遥信校对模块、遥测校对模块、遥控接收和反校模块、保护事件和告警校对模块等。CSC2000规约模拟软件除了需要实现上述几个主要模块功能，还需要具备SOE功能、GPS对时功能、测控装置复归等功能。

遥信模块校对和遥测校对模块根据数据库信息，采用广播方式进行上送遥信和遥测报文，实现与应用系统（如 SCADA主站）的校对功能，遥信模块可以带SOE时标同时上送，遥测模块发送的是测控装置二次值，一次值需要乘以变比进行核对；遥控接收和反校模块用于模拟测控装置进行接收监控后台或调度端SCADA主站下发的遥控命令,通过遥控反校确认和遥控执行确认两个步骤进行校核；保护事件和告警校对模块根据保护装置信息模板文件和间隔地址，模拟上送保护事件和告警的报文信息，实现校对功能；CSC2000规约模拟软件具备与站内GPS 对时系统进行通信的功能，可接受主站的广播时钟报文，与电网系统时钟保持同步，作为SOE的标准时标。

3 “四遥”数据校核

调度端需要添增大量的变电站遥测、遥信、遥控等信息，以实现远方监控功能。为此，变电站远动机需要进行配置的修改，为不影响设备的正常运行，先修改一台远动机，利用CSC2000规约模拟软件同调度端SCADA主站前置机进行“四遥”调试，如图4所示。待全站数据完全核对正确后，再修改另外一台远动机。

图4 “四遥”调试示意图

CSC2000规约模拟软件数据源取变电站运行中的监控后台、保护管理机或原远动机，分别获取全站遥信、遥测、遥控标签和保护装置信息模板，作为正确的数据源依据。如图2，CSC2000变电站综合自动化系统是基于A/B网为组网的数据交换，A/B网采用CSC2000规约进行数据交互。CSC2000规约模拟软件的实质功能就是模拟变电站的测控装置和保护管理机进行遥测、遥信、保护事件和告警的数据上送，以及模拟测控装置接收监控后台或调度端SCADA主站下发的遥控命令。所以，除了图1的调试模式外，带有CSC2000规约模拟软件的调试笔记本电脑也可以直接接入A网或B网，同监控后台或者调度端 SCADA主站进行“四遥”调试。但是由于现场的测控装置也接入A/B网运行，CSC2000规约模拟软件所发出的模拟数据会瞬间被现场的测控装置刷新，需要将测控装置网线临时拔掉，对于单网络单远动机的变电站，建议采用该方法进行调控一体化“四遥”调试。

3.1 遥信、遥测、保护事件和告警调试

对于遥信、遥测调试，可分别调用CSC2000规约模拟软件的“遥信校对”和“遥测校对”模块，导入遥信或遥测的文本文件，点击所要校对的条目，软件就可以上送CSC2000报文，与调度端SCADA主站直接校对，方法直观简单，就不深入介绍。

由于保护装置事件和告警信息占全站自动化信息一半以上，对保护事件和告警进行组包发送会大大减少全站遥信的信息量。这种组包方法就是对通过远动机IEC101/IEC104规约进行ASDU部分扩展[2]，扩展出符合 IEC103规约格式进行上送保护事件和告警的专用 ASDU，即 ASDU的具体内容按 IEC101/IEC104规约的规定组包，发送时套上IEC101/IEC104规约的信息头。

调试前需要从保护管理机获取保护装置信息模板，编制成CSC2000规约模拟软件所能识别的文件，如RCS923A.siyao。如图5，调试时先打开导入该文件，配上内网地址，就可以模拟该地址所对应的间隔保护装置上送保护事件和告警信息，该信息也可以带上SOE同时进行核对调试。

图5 保护事件和告警调试

3.2 遥控调试

用CSC2000规约模拟软件模拟测控装置接收遥控令，通过校验遥控信息是否正确来达到遥控调试的目的。由于遥控信息是采用点对点的方式，需要将笔记本电脑 IP改成测控装置的 IP，CSC2000规约模拟软件通过导入遥控文本文件，点击所要核对的条目，笔记本电脑IP自动被改为所要核对的测控装置IP，同时遥控校验信息也转到该条目。遥控分遥控反校确认和遥控执行确认两个步骤进行校核，当调度端 SCADA主站下发遥控选择命令时，CSC2000规约模拟软件就会接收到命令，弹出如图6的对话框，核对信息正确后可以点击“遥控反校正确上送”的确认键，调度端 SCADA主站接收到反校正确信息后，进一步下发遥控执行命令，CSC2000规约模拟软件同样会弹出遥控执行对话框，点击正确确认后，SCADA主站就会收到该信息后等待控制对象的变位，如果这时采用CSC2000规约模拟软件的遥信校对模块来模拟该控制对象的变位，SCADA主站就会完成遥控成功的全部过程。如果遥控对象不对应或者返校出错等等都会导致遥控的失败，利用该校对方法来完成遥控调试。

图6 遥控调试

CSC2000规约模拟软件除了具备上述几个功能，还具备SOE功能、GPS对时功能、测控装置复归等功能。

4 结论

远动机实现无缝切换后，调度端不需要进行任何改动，只需要“四遥”数据校核就可以，避免了之前每核对一个间隔就要修改、同步数据并校核的现象。根据某500kV变电站现场经验，基本上一个间隔改造的“四遥”数据校核时间基本上在半小时就可完成，而之前经常是半天都无法完成，效果极为明显。远动机无缝切换的成功试验，不仅大大提高工作效率，而且避免调度端修改并同步数据时对SCADA主站造成影响，具有一定的推广意义。同时CSC2000规约模拟软件具有高效、便捷的特点，可应用于远动机无缝切换调试中。

[1]CSC2000变电站自动化系统网络通信规约.北京四方继保自动化股份有限公司,2003:1-8.

[2]李明生,唐建中. IEC60870_5_101_104保护扩展及应用[J].四川电力技术,2010(8):19-20.