導(dǎo)語：淺談智能變電站雙測控方案優(yōu)化設(shè)計(jì)一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：智能化變電站測控裝置雙重化配置以后，監(jiān)控信息冗余的同時(shí)帶來了異源數(shù)據(jù)的辨識選擇和遙控對象惟一性的問題，本文分析了現(xiàn)有雙測控配置方案的優(yōu)缺點(diǎn)，提出了一種由監(jiān)控系統(tǒng)自主選擇主機(jī)并根據(jù)雙機(jī)實(shí)時(shí)運(yùn)行狀況自動(dòng)切換主備機(jī)的策略，本文對雙測控的實(shí)施方案進(jìn)行了闡述，提出了一種間隔層測控裝置不停電檢修的運(yùn)維方式，適合智能變電站無人值守的趨勢。

關(guān)鍵詞：智能變電站；測控裝置；雙重化配置；主備機(jī)切換

智能變電站是堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的重要基礎(chǔ)和支撐。隨著我國智能變電站的推廣建設(shè)，站內(nèi)一次設(shè)備信號的采集、測量、控制和監(jiān)測的可靠性要求越來越高。作為變電站內(nèi)信息監(jiān)視和控制的主要實(shí)現(xiàn)環(huán)節(jié)，測控裝置的配置方案對監(jiān)控系統(tǒng)可靠性起著關(guān)鍵性的作用。國內(nèi)110kV及以下的數(shù)字化變電站中采取保護(hù)單套配置，測控功能由一套獨(dú)立的測控或者保護(hù)測控一體化裝置來實(shí)現(xiàn)。為了提高監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性和冗余性，220kV及以上電壓等級的數(shù)字化變電站，繼電保護(hù)設(shè)備及與之相關(guān)的設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)等按照雙重化的原則進(jìn)行配置[1]，從而引入了測控雙重化配置的概念。測控裝置雙重化配置具有功能獨(dú)立、聯(lián)閉鎖可靠性高等特點(diǎn)，可以提高監(jiān)控系統(tǒng)的冗余性以及防誤操作的安全性，當(dāng)裝置出現(xiàn)N1系統(tǒng)故障時(shí)能夠不影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行；但測控雙重化配置也帶來了數(shù)據(jù)源與控制源不惟一的問題[2]，監(jiān)控系統(tǒng)需要對上送的數(shù)據(jù)進(jìn)行辨識和篩選，一定程度上增加了監(jiān)控系統(tǒng)的復(fù)雜度和運(yùn)維出錯(cuò)的可能性。本文對現(xiàn)階段實(shí)施的多種雙測控方案的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)，提出了一種監(jiān)控系統(tǒng)自主選擇主機(jī)，并根據(jù)雙機(jī)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)自動(dòng)切換主備機(jī)的方案。此方案既有效解決了冗余配置方案中數(shù)據(jù)源和控制源不惟一的難題，同時(shí)提供了一種測控裝置檢修不影響系統(tǒng)運(yùn)行的機(jī)制，提高了監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性和易維護(hù)性。此方案適合無人值守智能站的運(yùn)行和維護(hù)，具備可推廣性及可復(fù)制性。

1智能變電站雙測控配置結(jié)構(gòu)

按照國網(wǎng)公司Q/GDW161—2013的設(shè)計(jì)規(guī)范，220kV及以上的智能變電站中主要的保護(hù)裝置雙重化配置，相應(yīng)地過程層和間隔層設(shè)備均需要雙套配置。具體到智能變電站內(nèi)三層兩網(wǎng)的架構(gòu)體系來說，過程層和站控層網(wǎng)絡(luò)分為A、B雙網(wǎng)；過程層的合并單元、智能終端分別雙套采集一次設(shè)備的信息，間隔層的保護(hù)、測控裝置雙重化配置對下接入過程層A、B網(wǎng)，對上接入監(jiān)控系統(tǒng)雙MMS網(wǎng)[3]。因此雙測控配置實(shí)際上對應(yīng)的是智能變電站內(nèi)整個(gè)三層兩網(wǎng)的雙重化結(jié)構(gòu)。

1.1智能變電站二次系統(tǒng)雙重化配置結(jié)構(gòu)

在220kV及以上的智能變電站中，采用雙重化配置的三層兩網(wǎng)結(jié)構(gòu)。1）過程層設(shè)備：配置雙套獨(dú)立的合并單元，分別采集電子式互感器的兩路二次轉(zhuǎn)換器（A/D采樣回路），并輸出IEC61850-9-2標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的SV采樣報(bào)文至過程層SV交換機(jī)上，保護(hù)裝置也可以通過點(diǎn)對點(diǎn)的方式直接接入。配置雙套獨(dú)立的智能終端，分別獨(dú)立采集對應(yīng)間隔的一次設(shè)備（如斷路器、刀閘等）的信息并實(shí)現(xiàn)對其控制功能。雙重配置的保護(hù)或者測控裝置的跳閘、合閘回路與2套智能終端的動(dòng)作線圈一一對應(yīng)，各自獨(dú)立。智能終端與間隔層裝置通過IEC61850標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的GOOSE（面向通用對象的變電站事件）協(xié)議以組網(wǎng)或者點(diǎn)對點(diǎn)的方式進(jìn)行信息交互。2）過程層網(wǎng)絡(luò)：過程層網(wǎng)絡(luò)是過程層和間隔層設(shè)備信息交互的橋梁。220kV以上的智能變電站一般采用過程層GOOSE網(wǎng)絡(luò)和過程層SV網(wǎng)絡(luò)相互獨(dú)立、雙重化配置的結(jié)構(gòu)。當(dāng)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行異常時(shí)不應(yīng)影響另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行，正常情況下雙網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行，構(gòu)成冗余配置。3）間隔層設(shè)備：繼電保護(hù)裝置的雙重化配置原則，包括保護(hù)裝置以及保護(hù)配合回路（電子式互感器、合并單元、智能終端、過程層交換機(jī)、跳閘線圈等）的雙重化。雙重化配置的保護(hù)裝置及其回路之間完全獨(dú)立，沒有直接的電氣聯(lián)系。相應(yīng)地測控裝置也應(yīng)雙重化配置，對下接入過程層網(wǎng)絡(luò)的A、B網(wǎng)并采集上送合并單元、智能終端的開關(guān)量和模擬量信號。雙重化配置的測控裝置功能上各自獨(dú)立，具備完整的測量、控制以及聯(lián)閉鎖功能，分別進(jìn)行聯(lián)鎖計(jì)算并將各自的聯(lián)閉鎖狀態(tài)發(fā)以GOOSE的形式給智能終端。對于獨(dú)立的控制回路，兩套裝置的閉鎖輸出接點(diǎn)接入各自的回路中互不影響；對于共用的控制回路，將兩套測控的聯(lián)閉鎖節(jié)點(diǎn)并接，以提高控制的成功率。4）站控層網(wǎng)絡(luò)：站控層MMS網(wǎng)絡(luò)采用雙重化配置，間隔層設(shè)備應(yīng)提供2個(gè)以太網(wǎng)口分別連至MMSA網(wǎng)與MMSB網(wǎng)。5）監(jiān)控系統(tǒng)：監(jiān)控后臺服務(wù)器和遠(yuǎn)動(dòng)裝置是智能變電站一體化信息平臺的核心，對整個(gè)變電站安全運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。采用冗余配置的2臺監(jiān)控后臺的數(shù)據(jù)庫定時(shí)或者自動(dòng)同步，當(dāng)一臺監(jiān)控后臺癱瘓或者退出運(yùn)行時(shí)，另一臺監(jiān)控后臺能自動(dòng)啟動(dòng)并正常運(yùn)行，提高監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性。綜上所述，智能變電站二次系統(tǒng)的雙重化配置提高了站內(nèi)監(jiān)控信息的冗余度和可靠性，當(dāng)站內(nèi)裝置發(fā)生N1故障時(shí)仍然有備用系統(tǒng)可以正常工作，提高了系統(tǒng)的可靠性。

1.2測控雙重化配置帶來的問題

鑒于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的GOOSE和SV服務(wù)協(xié)議，數(shù)字化變電站中采用光纖傳輸突破了常規(guī)站內(nèi)電纜和節(jié)點(diǎn)的限制，信號的傳輸呈現(xiàn)幾何級的增長。據(jù)統(tǒng)計(jì)智能變電站內(nèi)一個(gè)110kV間隔測控裝置所采集的過程層開關(guān)量信號、告警信息、模擬量信號等多達(dá)三四百個(gè)，雙重化配置之后上送到站控層的監(jiān)視信號翻倍，全站所有的信號總計(jì)將達(dá)到數(shù)萬個(gè)之多。如此之多的信號勢必會增加監(jiān)控系統(tǒng)處理信息的復(fù)雜度，給運(yùn)維人員也帶來困惑。同時(shí)對于同一個(gè)監(jiān)視對象而言，采用雙重化配置帶來了信息識別和篩選的困難。數(shù)字化站內(nèi)A、B兩套過程層設(shè)備如果上送的信息（如開關(guān)位置）不一致或者品質(zhì)有差異，對于監(jiān)控系統(tǒng)而言必須在兩個(gè)異源信號之間進(jìn)行辨識，增加了數(shù)據(jù)處理的復(fù)雜度和出錯(cuò)的概率。對于異源數(shù)據(jù)的選擇切換，目前沒有一種簡單可靠的切換機(jī)制來保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，且無論對測控裝置或者監(jiān)控后臺而言都將耗費(fèi)非常多的軟硬件資源。對于站內(nèi)調(diào)度或者監(jiān)控系統(tǒng)下發(fā)遙控命令而言，雙重化的配置導(dǎo)致需要選定惟一的控制源。當(dāng)測控裝置的運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生改變后，控制源的切換也給系統(tǒng)的穩(wěn)定性帶來挑戰(zhàn)，控制源的不惟一性降低了遙控的成功率。

1.3現(xiàn)階段主流的雙測控方案

現(xiàn)階段國內(nèi)多數(shù)的二次設(shè)備制造廠家均提出了各自的雙測控實(shí)施方案，比較主流的實(shí)施方案如下：1）采取“虛點(diǎn)映射”的策略[4]實(shí)現(xiàn)站內(nèi)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)和控制方向的“二取一”。這種方案需要監(jiān)控系統(tǒng)建立兩套測控采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與某個(gè)虛點(diǎn)的對應(yīng)關(guān)系，且虛點(diǎn)跟實(shí)點(diǎn)數(shù)據(jù)之間要實(shí)時(shí)交換。為此監(jiān)控后臺必須增加一套實(shí)時(shí)的判斷邏輯并維護(hù)多張采集實(shí)點(diǎn)與虛點(diǎn)的隱射關(guān)系表，無疑增加了后臺的處理復(fù)雜度。同時(shí)當(dāng)裝置主備切換時(shí)也帶來了遙控對象不確定、數(shù)據(jù)隱射關(guān)系更改的問題。2）兩套測控之間通過硬開入交互通信，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換。這種方案兩臺測控之間通過外部開入交換實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，并根據(jù)一定的規(guī)則進(jìn)行主備機(jī)自動(dòng)切換。實(shí)際運(yùn)行過程中當(dāng)采集的對方運(yùn)行狀態(tài)不可靠或者雙機(jī)之間通信異常時(shí)，可能導(dǎo)致主備機(jī)誤判。同時(shí)雙機(jī)實(shí)時(shí)交互通信，對兩套裝置的獨(dú)立運(yùn)行也提出了挑戰(zhàn)。3）監(jiān)控系統(tǒng)或者遠(yuǎn)動(dòng)裝置通過手動(dòng)設(shè)置軟壓板的方式，實(shí)現(xiàn)主備機(jī)的切換。此方案中測控裝置設(shè)置“主機(jī)軟壓板”，監(jiān)控后臺根據(jù)測控裝置軟壓板的值來選定主機(jī)，且通過遙控軟壓板的方式來切換主備機(jī)。主備機(jī)的切換需要監(jiān)控后臺或者遠(yuǎn)動(dòng)人為操作參與，增加了出錯(cuò)的可能性，且不利于變電站的無人值守。綜上所述，目前的雙測控實(shí)現(xiàn)方案中，在面臨雙數(shù)據(jù)源選擇和監(jiān)控對象的惟一選擇時(shí)，都沒有很完美的解決安全性和易操作性的問題。同時(shí)增加了監(jiān)控系統(tǒng)邏輯處理的復(fù)雜度，帶來了主備機(jī)切換的不穩(wěn)定性，難以適應(yīng)無人值守的需求。

2雙測控配置方案優(yōu)化設(shè)計(jì)

雙重化配置的兩套測控裝置，采取對下雙主、對上主備的工作方式。對下雙主是指兩個(gè)測控裝置在功能上（測量、控制、聯(lián)閉鎖）上完全獨(dú)立；測控裝置不作主備機(jī)邏輯判斷，之間無任何信息交互。對上主備是指站控層設(shè)備（遠(yuǎn)動(dòng)和后臺）通過特定的規(guī)則自動(dòng)選擇主測控裝置，實(shí)現(xiàn)測控功能的熱備用。

2.1測控裝置

兩套測控裝置分別對下接入過程層A、B網(wǎng)，其中第一套測控裝置接入第一套合并單元、智能終端，用于采集A套合并單元的模擬量，A套智能終端的開關(guān)量；第二套測控對稱接入第二套過程層設(shè)備信息。將測控裝置采集的數(shù)據(jù)分為兩類：1）私有信息：測控裝置本身獨(dú)有，以及衍生出的二級信號組成，主要包括所接入的合并單元或者智能終端的GOOSE通信鏈路狀態(tài)、功能壓板信號、測控裝置本身的告警信息、運(yùn)行狀態(tài)以及邏輯閉鎖信號等，這類信息能夠完整地表征該測控裝置所處的運(yùn)行狀態(tài)。2）公共信息：能夠反映變電站一次設(shè)備當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)的信息，包括電壓、電流、功率、開關(guān)刀閘位置等，這類信息能夠完整地表征變電站運(yùn)行的狀態(tài)且數(shù)據(jù)具有惟一性。測試裝置具體實(shí)施方案如下：1）兩套測控裝置在功能（測量、控制、聯(lián)閉鎖等）上完全獨(dú)立，不作主備機(jī)邏輯判斷。2）兩臺測控均可響應(yīng)手控操作，測控屏上設(shè)置兩個(gè)手合、手分把手，緊急情況下可以選擇任何一臺裝置去手動(dòng)操作。3）對于聯(lián)閉鎖信息，兩臺測控裝置分別進(jìn)行聯(lián)鎖計(jì)算，并將各自的聯(lián)鎖狀態(tài)通過GOOSE發(fā)送給A、B兩套智能終端。短語獨(dú)立的控制回路，閉鎖接點(diǎn)接入各自的回路中互不影響；對于公用的控制回路則將兩個(gè)閉鎖接點(diǎn)并聯(lián)，以保證控制的成功率。當(dāng)智能終端和測控裝置通信中斷時(shí)，智能終端的聯(lián)閉鎖接點(diǎn)應(yīng)自動(dòng)復(fù)位。

2.2監(jiān)控后臺

1）監(jiān)視方向：主備測控裝置均和后臺通信。對于公共信息，由監(jiān)控后臺對相應(yīng)的點(diǎn)進(jìn)行配置，取主測控的公共信息進(jìn)行顯示；對于私有信息，由監(jiān)控后臺二取二進(jìn)行顯示。對于公共信息中出現(xiàn)兩套采集的信息不一致的情況，由監(jiān)控后臺進(jìn)行不一致告警，提示運(yùn)行人員對一次設(shè)備和二次設(shè)備進(jìn)行檢查。2）控制方向：監(jiān)控后臺默認(rèn)將遙控命令下發(fā)到主測控裝置上。當(dāng)現(xiàn)場運(yùn)維需要特殊處理時(shí)（如主機(jī)運(yùn)行正常，但聯(lián)鎖不滿足或者需要操作備機(jī)），允許運(yùn)行人員在遙控界面使用備機(jī)進(jìn)行遙控。

2.3遠(yuǎn)動(dòng)裝置

1）監(jiān)視方向：主備測控裝置均和遠(yuǎn)動(dòng)通信。對于公共信息，由遠(yuǎn)動(dòng)裝置對相應(yīng)的點(diǎn)進(jìn)行配置，取主測控的公共信息上送主站；對于私有信息，由遠(yuǎn)動(dòng)裝置二取二進(jìn)行顯示。2）控制方向：監(jiān)控后臺默認(rèn)將遙控命令下發(fā)到主測控裝置上。

3雙測控裝置主備機(jī)切換方案

智能變電站未來的趨勢是無人值守，因此雙測控配置方案中對于主備機(jī)的選擇和切換關(guān)系到運(yùn)行和維護(hù)的準(zhǔn)確性和安全性。本方案中主備機(jī)的選擇和切換實(shí)現(xiàn)規(guī)則如下。

3.1主備機(jī)選擇

監(jiān)控后臺或者遠(yuǎn)動(dòng)裝置基于以下規(guī)則自動(dòng)選擇主測控裝置：1）非檢修狀態(tài)、通信正常的測控裝置選擇為主機(jī)。2）如果A、B兩套測控裝置上述兩個(gè)條件都滿足或者都不滿足，默認(rèn)選擇A套裝置作為主機(jī)。上述規(guī)則中，雙測控裝置的A、B套定義由現(xiàn)場工程組態(tài)時(shí)決定，如可以按照IP地址大小的原則實(shí)施。

3.2主備機(jī)切換

假設(shè)A機(jī)地址為1，B機(jī)地址為2，則默認(rèn)選取A機(jī)為主機(jī)。當(dāng)運(yùn)維過程中需要對間隔層測控裝置檢修時(shí)，后臺監(jiān)控系統(tǒng)可以根據(jù)運(yùn)行狀態(tài)自動(dòng)切換主備機(jī)。即裝置投檢修后自動(dòng)由主機(jī)降為備機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，而原先的備機(jī)則同步升級為主機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。這種方案可以保證始終有一臺測控裝置正常運(yùn)行，且檢修開始和結(jié)束時(shí)主備機(jī)切換均不需要人工干預(yù)，而由監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)自動(dòng)切換。為此提供了一種測控裝置不停電檢修的完美方案，適合無人值守站的運(yùn)維模式。

4結(jié)論

本文從智能變電站測控裝置雙重化配置結(jié)構(gòu)入手，分析雙重化配置帶來的優(yōu)勢和需要解決的問題。針對目前國內(nèi)主流雙測控配置方案的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析總結(jié)，在此基礎(chǔ)上提出了一種由監(jiān)控系統(tǒng)自主選擇主機(jī)并根據(jù)雙機(jī)實(shí)時(shí)運(yùn)行狀況自動(dòng)切換主備機(jī)的策略。本文提出的雙測控優(yōu)化方案即充分發(fā)揮了冗余配置的優(yōu)勢，又解決了異源數(shù)據(jù)辨識選擇和控制對象的惟一性；同時(shí)提供了一種間隔層測控裝置不停電檢修的模式，適合智能變電站無人值守的運(yùn)維趨勢。本方案已經(jīng)在廣東電網(wǎng)220kV茂名廣場變成功實(shí)施，具有良好的推廣意義。

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作者:劉永鋼 熊慕文 尹凱 陳桂友 朱何榮 單位:南京南瑞繼保電氣有限公司