调控一体化远动信息交互及应用方案的探讨

唐云辉，胡敦平，黄银汉，庞小平，顾 寅

（国电南瑞科技股份有限公司，江苏南京 210061）

1 引言

目前国内变电站综合自动化系统数据远传基本都采用直接转发的形式，传输速度和传输的数据量都受到了很大的限制，无法满足调控一体化对远动信息的需求。为满足远动信息对大运行体系的全面支撑，势必对远动数据格式和远传方式进行优化，即满足优化调控数据、直传告警信息和远程浏览全景的要求。但目前远动信息存在告警信息内容不规范、图形文件格式不统一问题。

告警信息内容不规范：目前变电站是由不同的电力设计院设计，加之各设备厂家自身产品性质不同，导致各个变电站的站内遥信信号命名差异很大。因此，在变电站综合自动化系统调试期间与主站端核对信号时，相同原理的信号会出现不同的遥信定义。随着变电站数量增多，各主站自动化维护及调度人员承受的压力越来越大，信息管理也越加困难。如果能有一个统一的告警规范，那么对整个电力系统的告警信息管理是非常有利的。

图形文件格式不统一：当前，各级调度系统中的图形（如各厂站接线图）是由开入、刀闸、变压器等特定的电力设备图元组成，这些设备图元都是由监控系统设备制造商制定的样式，不同厂家的监控系统采用各自不同的图形格式，致使不同结构系统间不能直接进行图形数据交互。如果主站要获得其中一方产家的图形信息，就要根据该产家发送的数据重新生成表示双方数据的图形信息。这样不仅给主站造成重复性工作，而且可能因为不断重新生成而丢失原图形的某些信息，使得生成的图形信息不完整，这给应用和开发都带来很大不便。如果不同电力监控系统之间能够进行图形信息的直接交互，则可以使接收方获得更加直观的信息，这也是随着技术发展产生的必然需求。因此，如何实现图形数据的标准化，成为调度自动化系统急于解决的问题和科研人员新的研究热点［1］。

针对以上情况，国调中心依据《大运行体系技术支撑建设指导意见》的要求，按照“调控一体化”建设模式，将采用新建或升级方式，通过调度技术支持系统实现监控信息的交互及应用［2］。大量设备监控信息的接入对调度技术支持系统建设提出新要求，梳理业务需求、明晰变电站监控数据接入方式成为当务之急。因此，为了解决大量数据接入管理问题，在原有远动系统信息优化基础上提出了告警直传、远程图形浏览功能。

2 技术要求

2.1 优化调控数据

2.1.1 电网运行数据

主要用以满足电网调度指挥与电网运行分析需求为目的，在原调度采集的远动数据基础上完善及规范变电运行监视数据［3］。主站采集的数据应符合智能电网调度技术支持系统的信息模型要求。主要采集数据包括遥测数据和位置信号。

遥测数据：①线路有功、无功、单相电流，线路电压；主变三侧有功、无功、单相电流；母联（分段）有功、无功、三相电流；②串补电容、高压电抗无功、电流；低压电容、电抗无功、电流；③二分之三接线方式断路器电流；母线电压，频率；电网三相电压，330kV及以上电压等级取线路电压，220kV及以下电压等级取母线电压；有载调压变压器档位、温度；电抗器温度；站内交、直流电源电压、电流。

开关、刀闸位置：断路器合相位置；隔离开关合相位置；接地刀闸合相位置。

2.1.2 电网故障信号

电力调度值班员判断电网故障及分析处理的依据，主要用来反映站内继电保护动作的结果及进行相应故障分析。通过采集、监视保护信号来判断和分析现场故障［4］。采集形式包括：全站事故总信号（将各电气间隔事故信号进行组合，采用“触发加自动复归”方式形成全站事故总信号）；间隔保护跳闸信号（多重保护配置的间隔按“重要单列，次要归并”的原则梳理保护信号）；开关机构三相不一致跳闸，开关失灵保护动作信号；重合闸信号。

2.1.3 设备监控信号

图书预约工作往往面临许多现实的困难，比如：图书预约失效率高以及读者不理解等[8]。图书馆必须认真地研究导致图书预约失效率高的原因，积极地采取有针对性的解决方案。图书馆可定期调整预约制度，修改流通借阅权限，最大限度地提高预约书籍的到馆率[9]。

设备监控信号指调控中心监控值班员所要进行的遥控、遥调操作的设备对象及其运行状态信号。通过采集设备运行状态信号来分析判断是否能进行遥控操作，以及遥控操作后设备状态反映。

遥控对象：断路器分/合（含同期合）；主变分接头升/降，急停，中性点地刀分/合；电容器、电抗器投/切；继电保护重合闸软压板投/退；稳控装置软压板投/退。

设备运行状态信号：按间隔反映一次变电设备和二次设备及回路异常告警及运行状态，并且反映站内交、直流电源异常告警及运行状态。

2.2 直传告警信息

告警直传要求将变电站系统实时告警信息经图形网关机筛选、处理和优化后打包，再经过专用通道直接传送到主站，经监控主机完成告警条文的标准化处理后分类显示在相应告警窗上，主站运行人员可以通过告警窗第一时间监视变电站一、二次设备故障及运行状态。告警信息由站端系统安装标准处理后直接发送字符串编码，主站端系统直接接收后推送告警窗，同时主站端系统实时保存历史告警信息。

2.2.1 告警信息格式

直传告警信息参考系统日志的格式，标准的告警条文按照“级别、时间、名称、事件、原因”五段式进行描述［5］，以此来方便监控人员的告警查询及故障分析。由于调度监控多个子站，数据量大，需分级来监视，以保证在实时监视告警信息的同时，优先关注重要信息。多事件合并的告警时标，取启动综合分析流程的触发遥信SOE时标。名称描述要符合电网设备通用模型命名规范，同时按照告警类型的不同，规范动作表述词。此外，为了有助运行人员判断分析，要求附带变电站端监控系统对故障分析后的原因判断。

2.2.2 告警技术要求

主站端告警界面应以满足监控业务的需求为要求，除将接收到的告警条文分类显示在告警窗，还应具备分类检索、置牌屏蔽、按类组合、统计分析等功能。此外变电站端与主站端都应在实时监视的同时将告警信息及采样按时间序列保存历史记录文件，用于历史事件查阅、比对和分析。

2.3 远程浏览全景

要求提供远程浏览的手段实现变电站全景信息监视。调度监控值班员需要详细检查变电站运行信息时，可以通过“KVM、远方终端、图形网关”等方式直接浏览变电站内完整的图形和实时数据［6］。如主站端可以通过数字化的KVM切换器从变电站后台监控的接口中捕获模拟信息来实现对变电站系统运行状况、潮流走向、一次设备位置、光字信号等的直观了解，也可以通过远程客户端软件，远程登录变电站查看各项信息，或者部署远程图形网关机来实现和站内监控系统图形和数据的实时交换［7］。

3 方案设计

3.1 优化调控数据

该方案主要将一次信号及遥测量按线路、主变、母联等间隔为分类分别制定一套统一、规范的格式模板；将保护告警信号安照保护设备类型分别制定信息需求模板。这样根据一个变电站的规模，就能计算出该站需上传多少遥信与遥测。

3.2 变电站告警直传

该方案可通过两种方式来实现：①变电站侧利用原有的通信管理机，新增一条传送告警的链路，通过DL476/104协议与主站通信；②变电站侧结合现场的实际情况，增加一台独立的通信网关机，利用该设备通过DL476/104协议与主站通信，传送告警信息。其中告警图形网关机中的信号采集模块通过网络103协议或者IEC61850协议直接收取间隔层中的测控、保护装置的数据，并且存入自己的SCADA系统。当发生信号变化时，信号采集模块采集变化数据发送给告警信号转发模块，该模块负责把相应信号转换为标准的字符串编码，通过TCP与主站告警接收模块建立链接，使用DL476协议把相应字符串送给主站端。

其结构原理如图1所示。

图1 告警直传方案

3.3 图形远方浏览

该方案可在变电站端部署一台图形网关机，用来实现与调度端直接建立链接和安全认证、获取画面文件及数据刷新的功能。图形网关机中的信号采集模块通过网络103协议或者IEC61850协议直接收取间隔层中的测控、保护装置的数据，并且存入自己的SCADA系统，数据转发模块通过TCP与主站端建立链接。当主站端利用DL476协议发送打开图形请求后，图形网关机系统上传相应的图形G文件，同时上送相应G文件中的开关、测量等数据。具体实现过程如下：①主站请求浏览变电站画面，建立TCP/IP链接，建立DL476规约协议；②通过DL476规约ASCⅡ码传输的方式，传送符合《电力系统简单服务接口规范》标准的服务请求；③变电站解析该服务后，采用DL476规约文件块传输的方式，向主站传送G文件；④子站数据点分类编号传送给主站，主站进行确认；⑤子站按列表次序传送相应的遥信、遥测，第一次传送采用全遥信，全遥测上送的方式，之后变化上送；⑥主站调用新画面后，重复第2步，如果关闭画面，则发送停止该画面数据刷新命令；⑦不同用户端应建立不同的链路，子站至少同时支持16个以上链路。

其结构原理如图2所示。

图2 远方图形浏览实现方案

3.4 硬件构造

为实现告警直传和图形远程浏览功能，本图形网关机系统建议使用机架式双服务器（建议使用国产服务器）作为图形网关服务器，从安全角度出发选用linux内核操作系统。由于每台服务器需要双网接收间隔层数据，并且同时要与主站数据网通讯，因此每台配置4个100M/1000M网口来满足要求。同时配置一台KVM以及双机切换装置，满足后期维护的需求。图形网关机系统与站端综合自动化监控系统是并列运行的关系，任何一套系统的故障不影响另外一套系统的正常运行。

4 工程具体实施

某220kV智能变电站是国调中心首批试点告警直传以及图形网关功能的变电站。根据以上设计方案，对于220kV智能变电站，增加两台图形网关机（实现主备）以实现告警直传和远程浏览功能，提供对调控一体化的技术支撑。由于该站已投入实际运行，并且是无人值守站，如果采用改动原有远动通讯管理机的配置方案，势必在新功能的调试过程中会造成实时远传信息的中断，不利于变电站的安全运行监视。对于220kV变电站告警直传和远方图形浏览的实现，考虑现有系统的最小改动，方案采用单独增加两台图形网关机（兼告警直传功能）来实现该功能。该图形网关机安装国产安全操作系统，与站控层主机通过独立的网口互联，站控层主机与图形网关机之间数据只能单向发布，保证了实时监控系统的安全性。改造后图形网关机与原系统的关系如图3所示。

图3 改造后站控层配置图

按照该方案，具体工程实施包括以下工作。

（1）硬件搭建：增加一台图形网关机（本次选用联想服务器，安装相关系统软件及linux内核操作系统），配置4个100M/1000M网口，同时配置一台KVM以及双机切换装置。

（2）工程数据恢复及处理：图形网关机中的数据直接从现场监控系统中的数据库中调取，同时按照国调调控数据技术规范来修改告警名称，图形统一转换成G格式。使用DL476协议把字符串编码送给主站端。当主站端发送打开图形请求后，图形网关机系统上传相应的图形G文件，将G文件中的开关、测量等数据上送给主站。

（3）图形网关机现场安装完毕后与省调D5000系统进行联调，经过调试验证了告警直传和图形网关功能。

5 结束语

鉴于目前综自设备厂家数量多，产品多样的状况，以及各地方电力分公司的特点和要求不一，一个统一、完善的变电站调控一体化建设势在必行。合理有效的统一规范不仅利于各调度主站对变电站的管理，也利于综自设备厂家的调试和维护。通过220kV智能站的现场工程实施，实现了信号的告警直传，可以更系统、全面、及时地将变电站端信息反馈给主站，减少了过多的链路环节和数据交换；同时还减少了调度主站制作数据库及与变电站端核对信息花费的时间。与此同时，调度主站在实现远程浏览功能后，主站端不再需要提前做好画面，实现了随看随开的功能要求，可以最快地实现主站与子站的响应。该站告警直传及图形网关工程的实际实施为以后进一步推广变电站“调控一体化”和无人值班积累了宝贵的经验。

［1］吴在军，胡敏强.基于IEC61850标准的变电站自动化系统研究［J］.

［2］吕晓刚.论＂调控一体化＂管理模式［J］.

［3］吴京雷，马学智.智能化变电站辅助设施监控方案［J］.

［4］胡世春.浅析变电站自动化［J］.

［5］杨珍珍.关于变电站综合自动化信号与告警方式的探讨［J］.

［6］刘 涛.远程监控系统在无人值守变电站中的应用［J］.

［7］李亚平.调度自动化系统中基于SVG／CIM的图形交互［J］.