运行设备遥控信号校核装置的研发与应用

娄德章,王 浩,张 乐,刘 永,鲁 明

(国网徐州供电公司,江苏 徐州 221006)

0 引言

变电站的隔离开关和断路器等设备运行前,需要通过调度数据网将其接入至D5000智能电网调度控制系统,并对其遥控、遥信、遥测等信号进行校核,校核合格后才能投入运行[1]。新投入设备和检修设备等遥控信号校核过程如下:主站端在D5000上执行遥控命令(隔离开关和断路器等分合闸),厂站端检查设备实际动作情况,并与主站端通过电话进行核对[2]。已经通过遥控校核的设备在未发生二次回路变更及本体更换等情况下无需进行二次校核。

遥控信号校核通常在非运行设备上进行,在特殊情况下需要对运行设备的信号进行校核。目前,运行设备遥控信号常规校核方法主要通过人工观察预置报文信号进行判断[3],该方法原理简单、应用快捷,在遥控信号数量较少时校核速度较快。但对于遥控信号较多的校核工作,该方法效率较低、工作耗时长。本文以运行设备遥控信号接入新集控系统为背景,研发一种运行设备遥控信号校核装置,该装置在实现信号安全校核的前提下,可大幅提高校核速率。

1 存在问题

2020年,按照国网公司重点工作任务要求,国网徐州供电公司率先开展新集控系统建设。在新集控系统建设完成后,需要将原有接入D5000系统的遥测、遥信、遥控等信号接入新集控系统,并进行信号正确性校验。由于遥控信号校核不能影响设备正常运行,并且需要满足各项管理规范要求,而遥控信号有数万条以上,其常规校核需要在主站端通过人工操作完成,预计需要上百个工作日,无法满足新集控系统投运节点要求。

2 常规校核流程

以D5000系统进行运行设备遥控信号校核为例。D5000系统广泛应用于电网调度控制领域,是电网调度、监视、控制的中枢系统,变电站运行状态信息均通过调度数据网上传至D5000系统,其网络结构如图1所示。

图1 D5000系统网络结构

运行设备遥控信号常规校核采用检查遥控预置命令或测量出口电压的方法。由主站端在D5000系统发出遥控预置命令,现场总控收到遥控预置命令后将其转发给对应的测控装置,测控装置在收到遥控预置命令后对被遥控设备进行检测,判断遥控性质和对象正确,再按照现场总控至D5000系统的路径返回校核结果。D5000系统在规定时间内收到的返校报文与遥控预置命令一致,表明遥控命令可以执行[4]。在执行遥控预置命令前,主站端进行值班通道切换操作,将需要进行校核的通道切换为值班通道。为防止运行设备误操作,厂站端采取的安全措施包括将所有非校核设备的“远方/就地”切换开关切换至“就地”,将所有设备遥控出口压板退出。某平面网关机常规校核流程如图2所示。

图2 常规校核流程

常规校核过程中,主、厂站端始终保持电话沟通,每验收一条信号均需双方进行人工核对无误后才能进行下一条信号验收。

2021年7—9月,采用常规校核方法对徐州市11座变电站遥控信号进行校核,耗时如表1所示。由表1可知,11座变电站单间隔平均校核时间为51.7 min,完成徐州市所有变电站遥控信号校核时间预计300个工作日左右。

表1 常规校核方法耗时

3 校核装置设计

新集控系统不改变厂站端原有网络结构,仅在一、二平面数据网关机以上部分与D5000系统存在差别,其网络结构如图3所示。

3.1 功能设计

校核装置通过检测遥控预置命令的正确性对遥控信号进行检测,按照安装位置不同分为2部分。

a.批量遥控预置功能如下:①支持导入遥控预置列表文件,该文件主要信息包括待校核厂站名称、待校核设备名称与点号;②支持从遥控点库点选或全选生成预置列表文件;③支持在设备预置前后发送启、停特征报文;④支持人工干预和定时间隔发送批量预置命令;⑤支持选择指定平面网关机发送命令。

b.厂站端校核装置能仿真现场测控装置与待校核平面网关机进行通信,并对新集控系统发出的预置校核命令做出回应;同时接收由平面网关机下发的遥控预置报文,由厂站端下发的遥控预置报文,由数据网下发的IEC104格式报文,并进行三方对比。工作信息流程如图4所示。

图4 校核装置工作信息流程

3.2 硬件设计

校核装置硬件结构如图5所示,主要包括上位机通信模块、电源模块、微控制单元、后台机通信模块、网关机通信模块、104报文通信模块[5]。

图5 校核装置硬件结构

上位机通信模块与电脑进行通信,对装置进行配置,并将校核报告输出至电脑;微控制单元对来自后台机通信模块、网关机通信模块、上位机通信模块的报文数据进行对比,同时生成校核报告;后台机通信模块与现场后台机进行通信,接收来自现场后台机的遥控信号预置报文;网关机通信模块能够向上发送返校报文,接收遥控预置报文;104报文通信模块接收镜像网关机转发的IEC104格式报文。

3.3 软件设计

校核装置软件采用模块化设计,如图6所示,主要包括后台机交互模块、网关机交互模块、104报文分析模块、信息对比模块等。各模块之间相互独立,通过消息机制进行数据交互。

图6 校核装置软件架构

后台机交互模块处理来自站内后台机的遥控预置信息,支持不同后台机的私有规约;网关机交互模块处理与数据平面网关机交互的数据信息,包括模拟报文生成、报文信息解析等,支持IEC103及IEC61850规约;104报文分析模块对IEC104格式的遥控报文进行解析;信息对比模块对上述3个模块获得的遥控命令信息进行对比,并最终生成遥控信号校核报告;上位机模块配置下装。

3.4 校核流程

本文以新集控系统和二平面网关机遥控信号校核为例来说明校核流程。校核开始前,一平面网关机在值班状态,二平面网关机退出;厂站端将所有遥控设备的“远方/就地”切换开关切换至“就地”,并退出所有测控装置遥控出口压板;二平面网关机从站控层交换机退出,直接与校核装置相连,此时二平面网关机和变电站设备没有任何电气联系[6]。以上措施完成后,主站端利用批量预置模块按照遥控预置列表文件进行批量预置,同时厂站端通过监控后台按照预置列表文件依次发出遥控预置命令,待所有校核设备全部预置完成后,校核装置自动生成遥控校核报告。校核标准流程如图7所示。

图7 校核装置校核流程

4 关键技术

4.1 IEC104规约信息提取

新集控系统通过电力数据网连接至平面网关机,通信方式采用IEC104规约,遥控命令通过104报文中的信息地址映射到监控信息点表的遥控点号[7]。信息提取时,首先通过报文IP层,识别客户端IP和服务端IP分别为新集控系统IP和平面网关机IP;其次通过报文TCP层,识别TCP端口号为104,确定通信报文属于待校核的新集控系统和平面网关机;然后通过104报文的Type字段,识别104遥控报文并通过品质位判断遥控预置命令,提取信息对象地址;最后通过信息体地址值减去0x6001(一般遥控信息起始地址为0x6001),得到遥控点号,从遥控信息点表中通过遥控点号获得遥控描述,完成新集控系统发起的遥控信息解析。IEC104报文遥控解析树如图8所示。

图8 IEC104报文遥控解析树

4.2 IEC61850规约信息提取

智能变电站的平面网关机通过IEC61850规约与站内其他设备进行通信[8]。信息提取时,首先通过报文IP层,识别客户端IP和服务端IP分别为待校核的平面网关机IP和保护测控装置IP;其次通过报文TCP层,识别TCP端口号为102,确定通信报文属于待校核的平面网关机和保护测控装置;然后查看报文为写命令,路径功能约束为“CO”,识别遥控报文并提取遥控对象路径;最后通过遥控路径获得遥控对象描述值。IEC61850遥控报文解析树如图9所示。

图9 IEC61850报文遥控解析树

4.3 IEC103规约信息提取

常规变电站的平面网关机通过IEC103规约与站内其他设备进行通信[9]。进行信息提取时,首先通过报文IP层,识别客户端IP和服务端IP分别为待校核的平面网关机IP和保护测控IP;其次通过报文TCP层,识别TCP端口号为1048,确定通信报文属于待校核的平面网关机和保护测控装置通信链路;然后查看103报文为写命令,识别103遥控报文并提取遥控对象路径;最后通过遥控路径获得遥控对象描述值[10]。IEC103遥控报文解析树如图10所示。

图10 IEC103报文遥控解析树

5 应用分析

目前,校核装置已经在国网徐州供电公司得到全面应用,该装置具有以下优势[11-13]。

a.利用程序对校核设备进行批量自动预置,无需进行人工预置。

b.校核装置能批量接收预置信号并进行存储。

c.对IEC104规约遥控对象、网关机遥控对象、监控后台遥控对象的一致性进行批量自动对比,并生成校核报告。

d.过程更加安全。采用校核装置模拟测控装置,使待校核平面网关机与运行设备完全电气隔离,无信号误出口风险。

e.对设备运行影响更小。常规信号校核时,所有设备均无法进行远方遥控操作,影响设备正常运行。而校核装置仍有1个平面网关机与设备连接,不影响设备远方操作。

采用校核装置对徐州市11座变电站遥控信号进行校核,校核耗时如表2所示。

表2 校核装置信号校核耗时

由表2可知,校核装置单间隔校核耗时平均为1.5 min,比常规校核方法效率提升97%;厂站端待校核间隔越多,校核速度越快,这是因为切换平面、执行安全措施等时间基本固定,当间隔越多时,平均校核时间越少。

6 结语

本文研制的运行设备遥控信号校核装置,解决了常规校核方法校核速度慢、存在信号误出口风险的问题,为运行设备遥控信号校核提供了一种速度快、安全系数高的解决方案,能够实现新集控系统快速、高效、安全接入。