变电站监控系统智能化改造过渡方式研究

丁峰，陆承宇，阮黎翔，王松，吴栋萁

（国网浙江省电力公司电力科学研究院，杭州310014）

变电站监控系统智能化改造过渡方式研究

丁峰，陆承宇，阮黎翔，王松，吴栋萁

（国网浙江省电力公司电力科学研究院，杭州310014）

针对变电站监控系统智能化改造过程中遇到的站内信息缺失、防误闭锁逻辑不完整及主站无法监控全站设备等难题，研究采用状态信息代理装置来模拟智能终端发布信息，以保证全站监控联闭锁、调控信息等功能的完整。该方法可使监控系统智能化改造工作量小、停电时间短、易于安全掌控，实现新老监控系统的平稳过渡，对国内常规变电站的智能化改造具有一定的借鉴意义。

监控系统；智能化改造；状态信息代理

0 引言

智能变电站以IEC 61850标准为基础，贯彻“统一建模、网络传输、信息共享”的理念，实现了站内信息资源的优化配置，提高了电网安全运行水平。智能变电站在国内正处于大面积推广时期，新建的110 kV及以上变电站基本为智能变电站。而传统变电站监控系统一方面随着运行时间的增长，设备老化导致出现运行障碍的几率显著增加，部分采用进口监控设备的变电站面临着缺少备品和技术服务的困境；另一方面受监控系统的软硬件功能限制，对集中监控等新业务的承载能力较差。因此急需对这类传统变电站监控系统进行智能化改造。

早期投运的变电站在电网中往往是重要的枢纽站，这就决定了其监控系统的改造不可能在全站停电的情况下进行，甚至同一间隔多次停电也十分不易，只能伴随一次设备按间隔、分批分次有计划进行。因此改造过程中的新旧系统过渡不可避免，甚至会延续很长一段时间。智能化改造将对原有监控系统进行整体更换，新通信规约体系（IEC 61850）与原有监控系统并不兼容，形成了过渡阶段监控系统的整体性要求与逐间隔改造的矛盾。过渡方式成为改造方案中需重点考虑的内容，直接影响着改造工作量和改造风险的大小。

1 现有监控系统改造技术局限性

传统改造方式在逐间隔停电的制约下，调试方案设计着眼于一个间隔，工作安排在停电后开展，除完成本间隔相关调试内容外，还须组织与相邻间隔的试验。新老2套监控系统同时独立运行，已完成改造的间隔由新系统监控，未改造的间隔仍然通过原有系统进行监控，待全部间隔改造完成后，原有监控系统退出运行。在过渡期间，新老监控系统中的部分间隔层测控装置无法接收跨间隔的相关数据，造成以下问题：

（1）新老监控系统站控层主机数据库的基础数据均不完整，影响运行人员的监视与操作。

（2）新老监控系统间隔层和站控层监控联闭锁均不完善，致使变电站智能化改造存在安全运行隐患。

（3）监控改造过程中可能需要一次设备的多次停电配合，电网运行方式安排困难。

2 基于状态信息代理装置的改造过渡方法

采用分阶段改造方式进行变电站智能化改造的过程中，势必存在新老系统和设备同时运行的过渡过程。实现新老系统间的信息交互是避免该过程中众多问题的有效途径。本文研发1种新型状态信息代理装置，收集常规监控系统采集的信息并在新系统过程层以智能终端的方式发布，对其对应的间隔层装置来说，类似从实际的智能终端获取数据。

2.1 改造实施原则

（1）在监控系统改造过程中，监控系统功能正常，变电站运行人员和远方调度均可正常实现对全站设备的监视和控制。

（2）监控系统改造过程中，新老监控系统可接收变电站内所有数据，确保站内防误闭锁的完整性。

（3）监控系统改造工作与一次设备改造同步实施和投运，按一次设备停电计划编制现场实施方案。

2.2 改造过渡方法技术原理

智能变电站中开关场信息由智能终端采集，并以GOOSE（面向通用对象的变电站事件）通信方式向间隔层的测控和保护装置发布。测控装置同样以GOOSE报文的方式转发部分接收到的一次设备状态信息，作为其他间隔测控装置进行防误闭锁的判据。

GOOSE报文传输服务模型采用发布者/订阅者的LLC（结构和逻辑链路控制协议）的单向无确认机制，确保了数据在流量较大情况下通信的实时性。GOOSE报文在传输过程中使用了OSI模型中的应用层、表示层、数据链路层和物理层协议。其中，GOOSE报文在应用层定义了PDU（协议数据单元），数据经过表示层编码后，直接映射到数据链路层，最后在物理层通过介质进行传输。GOOSE报文通过组播形式发送，可直接跳过网络层，通过MAC地址确认其传输目标，并且无会话协议。网络上所有逻辑节点会在同一时刻接受GOOSE报文，并存入各自缓存区。

GOOSE报文传输机制简洁高效，通信服务流程清晰，通信参数属性和组播地址范围界定清楚，采用硬件设备完全可以实现实时网络环境中的GOOSE通信仿真。考虑一次设备状态信息的信息源范围，采用1套硬件设备即可实现整个变电站智能终端的GOOSE通信仿真。

由此，可设想1台面向间隔智能终端的基于信息建模和IEC 61850标准服务的状态信息代理装置。该装置按间隔模拟智能终端与测控装置通信，所涉及一次对象的实际状态从汇集了全站数据的老系统站控层取得。

2.3 状态信息代理的实现方法

状态信息代理装置用于联系新老监控系统，达到“老系统实时采集，新系统动态获取”的代理发布效果。为实现该功能，状态信息代理装置主要通过“模型解析”、“信息关联”和“触发策略”3个环节完成信息代理功能。

（1）模型解析。解析整个变电站自动化系统配置文件，即SCD模型文件，选择过程层的智能终端设备，提取有效的GOOSE控制块通信参数；结合IEC 61850模型的定义，根据逻辑节点类型、公共数据类型和实例数据描述等多种信息匹配识别出GOOSE输出数据集中的控制信息和状态信息。

（2）信息获取。可依据系统实际情况，选取远动、总控或后台等连接对象，通过传统的站内规约建立起通信连接，依转发表的定义，快速获取间隔一次设备的状态变化情况。

（3）关联和触发策略设定。将转发表中的信息点和GOOSE数据集中的逻辑节点对象进行关联。GOCB（面向通用对象变电站事件控制块）通过引用数据集，对模型中逻辑节点的数据对象及属性值不断发送查询请求，一旦发现状态属性发生变化，立刻更新缓存中数据内容，并通过组播向外发送GOOSE报文。

在改造过渡过程中，状态信息代理装置的应用方式如下：对于尚未改造的间隔设备，利用状态信息代理装置与老监控系统通信来获取一次设备状态，并仿真对应的智能终端在过程层中发布；对于已改造完成的间隔，由现场智能终端实际采集和发布，从而使得新监控系统能接收全站一次设备状态数据。这样能保证新监控系统拥有独立、完整、稳定的防误闭锁功能，且在各间隔接入过程中无需调整，即可实现常规变电站向智能变电站的平滑过渡，如图1所示。

图1 新老监控系统通信方式

2.4 改造方案的技术优势

在进行开关场全景数据采集的同时，保证新系统间隔层和站级层设备的整体性，对于智能化改造来说非常有价值。

网络传输的优点之一是承担信息传递任务的网络通信易于复原，可自检确认。现场只要网络连接完整、正确，能通过自检，其系统功能可认为与实验室验证时保持一致。在间隔改造期间完成本间隔智能终端的二次回路输入输出验证，不涉及其他间隔。因此，可将主要的试验工作前置，先安排完成集成测试，再整体迁移至现场，避免常规改造工作中停运其他相关间隔进行试验的要求，具有实际意义。

2.5 改造流程

在实际工程中，具体的工作流程如下：

（1）首先完成SCD文件及新监控系统全部设备的联调试验。期间完成的闭锁逻辑等试验，在现场调试阶段可不再安排。

（2）向状态信息代理装置导入SCD文件，提取各智能终端的GOOSE控制参数及通信地址等，形成仿真数据并验证。

（3）根据GOOSE数据集中所需的信息，定制老监控系统总控（或远动等）与状态信息代理装置的信息转发表并形成关联。有条件的，可进行离线验证。

（4）现场完成新监控系统各层级设备的安装和连接，构建完成新监控系统（此时尚未接入开关场设备）。

（5）断开所有智能终端与过程层网络的连接，改由状态信息代理装置接入过程层网络，并仿真变电站内所有智能终端与各测控装置的通信。

（6）建立状态信息代理装置与老系统的通信连接。确认新系统反映的一次设备状态与实际显示一致。

（7）单个间隔改造。停止代理装置所对应的GOOSE报文发送，恢复实际智能终端的通信连接。核对信息采集与现场的一致性，进行必要的设备传动试验。

（8）重复步骤7。完成全部间隔改造后，撤出状态信息代理装置。

2.6 技术性能要求

从以上监控系统智能化改造流程可以看到状态信息代理装置起到了核心作用。因此装置必须具备以下技术条件：

（1）能够导入全站SCD文件，具备模型分析和配置功能。

（2）支持全站多个设备的在线实时仿真。

（3）具备模拟单点、双点类型信息GOOSE报文，并可嵌入特定的时间值。

（4）可通过各类方式启动对应智能终端的GOOSE报文模拟发送，指定数据状态值可关联。

从2.5所述流程来看，从现场行为发生到新系统接收到对应信息，期间需经历老测控装置、老系统站级层设备、状态信息代理装置等各级设备的信息传递，其所形成的时延一般在3 s左右，大致能满足过渡期间对防误闭锁和远动等应用的时间要求。在各级信息传递和报文转换过程中，报文中所含的SOE（事件顺序记录系统）时间标识均能被正确识别和转发，新老系统所获得的同一事件的SOE时间是一致的。

2.7 其它配套技术措施

（1）老监控系统间隔层设备运行时间较长、功能有限，大多采用私有通信规约，一些早期进口设备无法兼容现有标准的103或104规约，因此新监控系统很难通过状态信息代理装置向老系统间隔层设备发送数据。对于已改造并接入新监控系统的间隔设备，新老监控系统仍独立采集该间隔设备全部状态信息，即在改造过程中通过备用的一次设备辅助接点来保证老监控系统设备防误闭锁信号采集的完整性，直至改造全部完成。

当然还可考虑通过状态信息代理装置将新系统的GOOSE信号转换为硬接点开出信号，来模拟一次设备实际状态并接入老监控系统间隔设备，以实现老系统闭锁的完整性。但这样必须铺设大量临时电缆，工程结束还需要再拆除。

（2）500 kV 3/2接线的中开关间隔在改造后可置于冷备用或检修状态，直至整串改造完成后再恢复成串运行，以有效简化其对边开关二次回路的影响，降低保护、防误闭锁等的复杂性。

（3）在远动装置改造过程中，新远动装置需增加通道，改造完成后的设备通过新通道上送数据至调度，未改造完成的老间隔数据通过原有通道上送调度，新老设备的数据在各级调度主站进行合并。

老远动装置在相应的测控装置退出运行后远动转发表不做处理，数据唯一性由主站负责处理。新远动装置在改造初始就可配置完整的远动转发表，随着站内设备的改造进行相应的遥信、遥测和遥控联调试验。

（4）改造过程中为尽量减少对变电站运行人员现场监控的影响，对告警窗口进行特殊设置以屏蔽后期改造信号，告警窗口里只会看到前期已改造好的信号。同时在站控层主机画面区分已改造设备和未改造设备，便于运行人员操作。

（5）改造中老的间隔层测控装置不拆除，如果屏位不够，可考虑以下方式：如果场地允许，可新建继保小室解决；如果无法新建小室，可考虑通过增加少量屏位，先改造母线间隔，原母线屏保留，再逐个改造220 kV线路间隔，改造完的间隔即可拆除原屏柜。500 kV一串改造完成后即可拆除相应屏柜。新上间隔屏柜可逐次安装到空屏位。

3 监控系统智能化改造安全措施

除一般的安全措施外，过渡过程中还须采取一些特殊的安全措施。

（1）新监控系统软件要求具备装置IP地址和装置名冲突检查机制，避免因一体化监控系统数据库配置错误导致误操作。同时要求遥信遥控双向反校机制，避免因出现遥信关联遥控错误而导致的误操作。

（2）需防止状态信息代理装置在操作中误开放已随改造进程关闭的GOOSE数据集，否则将与实际智能终端数据产生冲突。

（3）送主站的全站事故总信号一般在远动装置中由各间隔相关信号合并生成。为防止误发或漏发，新系统远动装置需随改造的进展不断修改事故总的触发条件。

（4）开关场内跨间隔的二次接线繁多，保留、拆除、改接时均需认真排查、谨慎实施。可考虑先改造母线间隔，改造后的母线间隔由新监控系统监控，则老系统母线测控无需保留跨间隔电缆，只需保留母线设备到各线路间隔的二次电缆，每改造完一个间隔，即可拆除该间隔相应电缆。改造后期二次电缆所剩不多时，在检查清楚电缆的走向后，两端同时拆除。

4 结语

“全站联调、全景接入、逐间隔替换”的模式能较好地利用智能站的技术特点，保持新系统的完整性和功能完备性，过渡过程清晰，工作量小，停电时间短，易于安全掌控。作为核心设备，状态信息代理装置对安装空间需求和网络接口需求小，经功能扩展后，能用于集成测试、现场运行设备替代等应用场合。

本文介绍的监控系统改造方法已在500 kV双龙变电站的整体改造中应用，可为其他常规变电站的智能化改造提供借鉴。

[1]廖海龙，李俊堂，陈小辉.500 kV变电站智能化改造及工程调试方法[J].工业控制计算机，2013,26（7）∶131-133.

[2]马全富，闫敬东.220 kV常规变电站智能化改造的技术关键[J].宁夏电力，2013，2∶30-33.

[3]Q/GDW 414-2011变电站智能化改造技术规范[S].北京：中国电力出版社，2011.

（本文编辑：赵晓明）

Research on Transition Mode of Intelligentization Transformation of Substation Monitoring System

DING Feng，LU Chengyu，RUAN Lixiang，WANG Song，WU Dongqi
（State Grid Zhejiang Electric Power Research Institute，Hangzhou 310014，China）

Aiming at the lack of information，incomplete blocking logic and failure of master station in monitoring all equipment in intelligentization transformation of substation monitoring system，state information agency is used to simulate the information delivery of intelligent terminal in order to ensure monitoring interlocking and blocking，telecontrol information and other functions in the station are complete.The method can minimize workload and outage time of intelligentization transformation of monitoring system and make the safety of transformer work easy to control，achieving a smooth transition from the old system to a new one. This paper has reference significance to the domestic conventional substation intelligentization transformation.

monitoring system；intelligentization transformation；state information agency

TM764.2

B

1007-1881（2015）06-0020-04

2014-12-29

丁峰（1976），男，高级工程师，从事电力系统保护及自动化研究与试验工作。