一起500 kV 断路器调度遥控失败原因分析及解决方案

2020-04-14

浙江电力 2020年3期

（国网浙江省电力有限公司检修分公司，杭州 311232）

0 引言

500 kV 交流输电网是我国超高压输电的坚实基础，承担着我国电力输送和电能分配的重要任务，保障着整个电力系统的正常运转[1]。

随着国家电网公司“大运行”和“调控一体化”建设的不断推进，当前大多数变电站都推行无人值班，遥控的可靠性对电网的安全可靠运行有着重要影响。在实际运行中，遥控失败时有发生，使得调控一体化系统的可靠性大打折扣，影响停送电操作、事故处理及电网安全运行[2]。同时，计算机技术尤其现代通信技术的快速发展，为500 kV 变电站区域集中监控提供了技术支撑。为实现上述建设目标，浙江省调开展了调控一体化运行管理模式，并建立起相应的调控技术支撑功能。由此，500 kV 变电站的监控业务逐步移交至省调监控，省调监控也肩负起重大的设备管理责任[3-5]。

然而，由于早期建设的500 kV 变电站多数已运行近10 年，当初投运的变电站监控系统设备能力已不能充分满足当前各项数据业务的需要。同时，省调集中监控业务模式开展时间尚短，变电站许多隐蔽缺陷未能全部消除。因此，较容易出现变电站到省调数据业务的中断缺陷。特别是双通道都中断后，省调监控便失去了对该站的监控能力，降低了对大电网的调控能力，在紧急情况下不能作出有效反应。遥控不成功可能造成设备运行状况下降，扩大事故影响范围，对电网安全稳定运行造成重大影响[6-8]。

文献[9-10]从通道、二次回路、通信流程等宏观方面对变电站常见的遥控问题进行了分析，没有涉及远动遥控的具体细节问题。文献[11]虽然从应用层报文层面分析调度遥控选择、执行、返校详细过程，但没有分析影响遥控的详细参数及控制机制。

某日，浙江省调对某500 kV 变电站（以下简称“N 站”）220 kV 线路H 进行断路器复役遥控，多次操作均失败，导致省调只能下放监控权，由运行人员使用站内监控后台进行操作，严重影响了调度的遥控成功率指标。针对该问题进行原因分析，开展模拟试验，提出具体解决方案，并通过变电站现场工作对方案的有效性进行验证。

1 变电站监控系统架构

早期500 kV 变电站监控系统多采用国外通信设备，N 站采用“南瑞科技NSC300 远动机+西门子AK1703 总控单元+AM1703 测控装置”模式，其结构如图1 所示。

图1 H 站监控系统架构

在该种模式下，总控单元起着承上启下的作用，对下与各间隔测控通信，对上与监控后台及远动机通信。其采用主备模式，主机负责数据交互，备机仅接收数据。远动机与总控单元通信，上传遥信、遥测，下发遥控、遥调[12]。在站控层，远动机与西门子总控主备双机采用双网热备用运行方式，同时与1 号西门子总控双网、2 号西门子总控双网建立TCP（传输控制协议）链路，西门子总控通过上送心跳报文通知远动机哪台总控为主机。远动机与西门子总控主机按IEC 104 协议正常通信，与西门子总控备机通过S 格式报文和U 格式测试链路报文保持IEC 104 链路。

目前，变电站监控系统改造一般分阶段进行，前期先改造站控层设备，包括主机和远动机。这种模式导致远动机与总控单元采自不同厂家，通信标准并不完全统一[13]。尤其NSC300 为后期改造新增，并在一次设备“不停电”情况下调试，试验往往不够充分，易使NSC300 与AK1703通信配合存在遗留缺陷[14]。

2 问题排查与测试

2.1 遥控机制介绍

调度端发起遥控操作的命令，远动机作出应答并转发至总控装置，总控将收到的遥控命令下发给相应的测控装置，由测控装置实际出口。详细步骤如图2 所示。

图2 调度遥控过程

由于西门子AK1703 总控装置不具备遥控“选择”“执行”命令的反校功能，因此对于调度端下发的遥控“选择”“执行”命令，均由远动机应答（反校）。当远动机回应调度端发出“执行”命令后，再向总控装置下发“执行”。

2.2 调度遥控过程分析

针对缺陷发生的可能原因，对远动采集、传输环节进行分析。

根据省调提供的遥控记录表查看当日的104报文，可见遥控过程的第1—4 步完整、正确。但并未见第5 步，遥控命令丢失，即远动机未向总控装置发出遥控执行的命令，如图3 所示。现场已安装EPA（电力规约录波分析仪）对调度数据网和站控层网络进行监听记录，如图4 所示。

图3 调度遥控失败报文记录

图4 EPA 通道监听网络设置

当天13:00—14:00 EPA 录取的站控层A 网及B 网报文如表1 所示。由表1 可知，远动机未向总控发送遥控执行报文。

表1 EPA 遥控报文记录

调阅省调几日前对H 线断路器分闸操作的报文，发现当日第一次遥控失败，第二次遥控成功。失败原因也是远动机未发出遥控分闸命令。

调阅EPA 记录的遥控成功报文，省调下发至远动机报文如下：

远动下发至总控的报文如下：

下发的遥控报文中信息体地址为2C 60 00，远动机将此转换成25 00 00，对应远动机第37号装置（H 线线路测控），遥控成功后立即上送变位信息。调度第二次分闸操作成功，说明调度遥控H 线断路器并不是一直失败，有时可遥控成功。而且，在监控后台均可遥控成功。

由以上分析可知，调度遥控不成功的原因在于远动机与总控之间的通信机制问题。

3 问题原因分析

3.1 远动机站控层A 网报文分析

1 号远动机IP 地址为192.9.200/201.81，2 号远动机IP 地址为192.9.200/201.91，西门子1 号总控IP 地址为192.9.200/201.61，西门子2 号总控IP 地址为192.9.200/201.71。

调取当日遥控期间远动机站控层A 网报文，1 号远动机与2 台总控装置A 网报文如下：

TCP 连接（标识：SYN）：

TCP 确认（标识：ACK，RST）：

TCP 连接（标识：SYN）：

TCP 确认（标识：ACK，RST）：

TCP 连接（标识：SYN）：

TCP 确认（标识：ACK，RST）：

2 号远动机与2 台总控装置A 网报文与1 号远动机相似，此处不再列出。

从以上报文可以看出，当时2 台远动站控层A 网运行都不正常，远动机链接西门子总控，但西门子总控拒绝链接。过程如下：1 号远动机（192.9.200.81）向1 号西门子总控（192.9.200.61）和2 号西门子总控（192.9.200.71）发起TCP 链接，但都被拒绝，西门子总控回[ACK，RST]。2 号远动机（192.9.200.91）向1 号西门子总控（192.9.200.61）和2 号西门子总控（192.9.200.71）发起TCP 链接，也都被拒绝。

调阅报文还发现远动机站控层A 网仍有正常的遥测报文上送变化遥测数据。

由以上分析可知，1 号远动机、2 号远动机站控层A 网通信存在异常，但并非完全中断。

3.2 远动机站控层B 网报文分析

调取当日遥控期间远动机站控层B 网报文，发现1 号远动机、2 号远动机与1 号西门子总控有U 格式链路测试报文及S 格式确认报文，可以判断出1 号西门子总控为备机运行。

1 号远动机、2 号远动机与2 号西门子总控有正常数据收发，可以判断出2 号西门子总控为主机运行。

由以上分析可知，在调度遥控时，1 号远动机、2 号远动机站控层B 网运行正常，正常情况下调度应能遥控成功，但实际却遥控失败。

3.3 远动机告警信息分析

由于现场远动与西门子总控A 网通信异常，产生大量告警信息，已将当日记录覆盖，现分析截取最近时间段的告警信息。当时远动机与西门子总控A 网仍旧通信异常，421 号自诊断信息表示链接关闭，422 号自诊断信息表示链接成功，C009C83DH 表示1 号西门子总控，C009C847H表示2 号西门子总控。远动机通信异常自诊断信息如图5 所示。

图5 远动机自诊断信息

可以看出链路中断→链接成功→链路中断的周期约为15 s，与遥控失败当日EPA 抓取的A网报文链路连接周期一致。正是在链接成功至链路中断的15 s 周期内，西门子总控正常向远动机上送遥信、遥测数据。这就解释了为何1 号远动机、2 号远动机站控层A 网通信存在异常，却仍有正常的遥测报文上送。

3.4 遥控失败原因分析

NSC300 远动机与西门子总控TCP 链路连接成功后会初始化相关参数，如IEC 104 链路初始化标志、总召标志等，这些参数按装置区分，A网和B 网各有一份，相互独立；另有部分遥控参数，如遥控对象、单（双）点遥控、步调调节命令、是否带时标等遥控属性也会初始化为无效。表2列出部分控制方向的参数，这些遥控参数也是按装置区分，但A 网和B 网共用。

表2 控制方向的参数信息

当日，调度时现场B 网运行正常，但由于A网链路处于频繁链接成功→链路中断状态，造成遥控对象及属性每隔15 s 就会被初始化为无效。调度遥控预置时，会记录下该次遥控对象及属性至相关装置遥控参数区，当调度遥控执行时，会将执行命令中的遥控对象及属性与装置遥控参数区记录的遥控对象及属性进行比对，当不一致时会禁止遥控。

所以，当调度D5000 下发遥控选择时均能成功。当调度D5000 下发遥控执行时：若在选择和执行命令期间A 网发生中断，相关遥控参数被清除，则遥控不会执行；而若在选择和执行命令期间A 网未发生中断，则遥控正常。

调度遥控失败的根源在于远动机同时判别站控层A，B 双网链路状态的判别机制不合理，当其中一个网络链路中断时，远动机双网链路公用的遥控参数都将初始化。