厂站监控系统日历、时间的遥测化采集、传输及应用

杨丹琳，张继国，杨 杉，杨 松，张俊伟

(1．南瑞集团有限公司，南京 211106;2．国网吉林省电力有限公司，长春 130021;3．大唐吉林向阳风力发电股份有限公司，长春 130000)

电力系统故障分析主要基于两个方面，时间顺序记录(SOE)和故障录波，二者都依赖时间基准［1］。厂站二次设备的智能化发展以及就地化微机保护的试点，都严格要求完整记录事故时的故障信息，但时间基准的不统一给故障分析特别是故障综合分析带来了极大的困扰，因此，对厂站时间同步系统的运行状态管理非常紧迫。国家电网调度中心《关于强化电力系统时间同步监测管理工作的通知》(调自〔2014〕53号)和(国网〔2013〕第82号文)《关于加强电力系统时间同步运行管理工作的通知》都对电力系统的时间同步进行了详细阐述。调度主站通过这套时间同步管理系统能够很精确地获取被监测二次设备的时间偏差，但无法在线监测厂站端特别是无人值守站监控系统重要设备的日历和时间，使得监控人员综合判断故障定位的能力弱化。厂站监控系统的日历和时间应用时间同步码元分解规范的技术方法［2］进行遥测化处理，并利用现有数据网关机通道的传输介质完成数据的采集、传输，最终在调度主站系统完成显化。

1 日历/时间遥测的采集

1．1 遥测化处理

厂站监控系统的数据网关机是厂站端进行时间同步管理的关键设备，其日历和时间来源于站内同步时钟的高精度校对，授时典型方式采用国际通用时间格式码IRIG-B(仪表组时间码，简称B码)，对时精度优于1 μs。B码是每秒一帧的时间串码，每个码元宽度为10 ms，一个时帧周期包括100个码元，为脉宽编码。时帧的参考标志由一个位置识别标志和相邻的参考码元组成，其宽度为8 ms，每10个码元有一个位置识别标志。一个时间格式帧从帧参考标志开始，连续两个8 ms宽脉冲表明秒的开始，对时的时序依次为秒-分-时-日。二进制“1”和“0”的脉宽为 5 ms和 2 ms［2］。

厂站监控系统的数据网关机的日历显示为年月日(周)，时间为时分秒(毫秒)。遥测化处理的技术实现过程是，将日历和时间的每个要素按照码元分解规范的技术方式转化为1个字节，年按照2个字节进行处理，低字节在前，高字节在后，其他按照1个字节处理。这样用7个连续的字节表示出最简单的年月日和时分秒，若需要更精确的时间可以通过增加字节数，但要考虑中央处理器(CPU)的硬件负荷处理能力。例如数据网关机的日历和时间是“2017年8月28日13时14分15秒”，程序处理为:“E1 07 08 1C 0D 0E 0F”。

1．2 数据采集

日历和时间的采集方式为:厂站端统一使用一套双机互备的时钟源设备，即时间同步装置。该时间同步装置以北斗定位系统(BD)和美国导航星全球定位系统(GPS)为时间基准，且以BD为主、GPS为辅，采用IRIG-B(DC/AC)授时方式并按照网络时间协议(NTP)具备对厂站内被授时设备实现授时功能。厂站监控系统或数据网关机将接收的对时报文显化为液晶输出的同时，输出为日历和时间字符，然后将此字节块缓存在固定内存地址池的区域块中，跟内存地址匹配，以备其他应用程序调用。

2 日历/时间遥测的传输

2．1 传输机制

遥测传输在电力系统中有两种应用机制，一种是循环上送式，比如CDT、DISA等传输规约。一种是polling问答式，比如IEC 60870-5-101、IEC 60870-5-104等远动传输规约。当前，电力系统调度自动化最典型的应用是基于网络的IEC 60870-5-104问答式传输协议(见图1)。

图1 问答式传输机制

IEC 60870-5-104采用主动传输和问答相结合。其帧格式有三种:编号的信息传输格式简称I格式;编号的监视功能格式简称S格式;不编号的控制功能格式简称U格式［3］。

遥测传输应用环境:IEC 60870-5-104一般用于调度主站与变电站之间或者不同系统之间的网络数据通信。遥测传输典型设备有交换机、路由器、光纤收发器、协议转换器等。遥测传输基本规则:传输控制协议/网络之间互联协议(TCP/IP)传输模式;平衡方式通信;客户机/服务器(C/S)模式且端口号默认为2404;通过对I帧格式报文的计数及确认来保证信息传输的安全性。遥测传输协议结构:IEC 60870-5-104采用开放系统互连/参考模式(OSI/RM)七层协议中的5层。物理层:透明的传输比特流;数据连路层:将数据组装成帧;网络层:为分组交换网上的不同主机提供通信;运输层:应用程序进程交代下来的任务;应用层:面向用户的应用程序层数据［3］。

2．2 数据帧格式

遥测的帧格式隶属于I格式。其传输的报文类型有两种:一种是固定时长的总召响应遥测报文，系统通过设置程序配置参数表中的“全数据扫描间隔”来定时召唤，以确认主站数据与厂站实际是一致的;另一种是主动上送的变化遥测。数据网关机的日历/时间是在按照毫秒或微秒发生变化，一直主动上送变位遥测。工程应用中考虑到通道资源的利用效率，变化遥测属于二级数据，建议采用毫秒级为变化阀值，默认10 ms。在智能变电站中，其日历/时间的遥测化响应时间需满足DL/T 1403—2015《智能变电站监控系统技术规范》第8章节所要求性能指标。

3 典型应用

按照上文既定的技术设计思路，厂站监控系统日历/时间遥测化在吉林东500 kV智能变电站得到具体实现和实际应用。

3．1 实施步骤

第1步，数据网关机嵌套日历/时间处理程序进行日历/时间的遥测报文转化。

第2步，根据既有的调度数据网通道和IEC 60870-5-104传输协议完成数据传输。

第3步，主站端调度系统D5000将接收的前置日历/时间遥测报文按照传输协议进行解析、提取和显化。

3．2 应用解析

日历/时间遥测的典型报文应用解析如下。

a．总召响应帧:68(启动符)1F(信息长度)06 00(发送序号，2个字节)02 00(接收序号，2个字节)09(类型标识，带品质描述的遥测)87(可变结构限定词，有7个连续的遥测)fffff4传送原因，7个字节，响应总召唤)fffff3(公共地址，即远方数据终端(RTU)站址，2个字节)fffff2(信息体地址，3个字节，从第0X4001即0号遥测开始)fffff1(遥测值0X07E1:2017年)00(品质描述)fffff0遥测值0X0008:08月)00(品质描述)ffffef(遥测值0X001C:28日)00(品质描述)ffffee(遥测值0X000D:13时)00(品质描述)ffffed(遥测值0X000E:14分)00(品质描述)ffffec(遥测值0X000F:15 秒)00(品质描述)［4］。

4 结论

本文研究的方法已在吉林东500 kV智能变电站应用，运行状况良好。它一改调度主站过去只能依靠远程浏览技术获取厂站系统时间偏差监视，使调度主站对厂站监控系统的时间故障不仅能获取告警信息，还可以进行厂站监控系统时间故障的定性判断，进一步提升了远程时间故障诊断的能力。该方法配合调度主站告警直传和图形浏览系统，把时间是否连续变化作为丢帧与否的定性判断，对采用厂站向主站逆向对时报文传输的在线监测有着启发性的意义。