計榮榮,葉海明,單金華,張儉清,吳米佳
(國網(wǎng)浙江省電力公司檢修分公司,杭州 311232)
500 kV變電站失去監(jiān)控的原因分析及解決方案
計榮榮,葉海明,單金華,張儉清,吳米佳
(國網(wǎng)浙江省電力公司檢修分公司,杭州 311232)
500 kV變電站遠動機出現(xiàn)IEC 104通道頻繁關閉、重連現(xiàn)象。調(diào)度端多次總召喚卻出現(xiàn)全零數(shù)據(jù)、刷屏現(xiàn)象,影響調(diào)度正常監(jiān)控,并導致調(diào)度端失去該站監(jiān)控。分析了該問題產(chǎn)生的具體原因,通過改造裝置直流供電回路、優(yōu)化遠動機主CPU插件與NET通信插件互動機制以及完善NSC300與AK1703的通信參數(shù)設置等措施有效地解決了該問題。
監(jiān)控系統(tǒng);通信機制;遠動機;總控單元
500 kV交流輸電網(wǎng)是我國超高壓輸電的堅實基礎,承擔著我國電力輸送和電能分配的重要任務,保障著整個電力系統(tǒng)的正常運轉[1]。
隨著國家電網(wǎng)公司“大運行”和“調(diào)控一體化”建設的不斷推進,大量500 kV變電站要求接入省電力調(diào)度控制中心(簡稱省調(diào)監(jiān)控)。同時,計算機技術尤其現(xiàn)代通信技術的快速發(fā)展,為500 kV變電站區(qū)域集中監(jiān)控提供了技術支撐。為實現(xiàn)上述建設目標,省調(diào)監(jiān)控開展了調(diào)控一體化運行管理模式,并建立起相應的調(diào)控技術支撐功能。由此,500 kV變電站的監(jiān)控業(yè)務逐步移交至省調(diào)監(jiān)控,省調(diào)監(jiān)控也肩負起重大的設備管理責任[2-4]。
然而,由于早期建設的500 kV變電站多數(shù)運行已近10年,當初投運的變電站監(jiān)控系統(tǒng)設備能力已不能充分滿足當前各項數(shù)據(jù)業(yè)務的需要。同時,省調(diào)集中監(jiān)控業(yè)務模式開展時間尚短,變電站許多隱蔽缺陷未能全部消除。因此,較容易出現(xiàn)變電站到省調(diào)數(shù)據(jù)業(yè)務的中斷缺陷。特別是雙通道都中斷后,省調(diào)監(jiān)控便失去了對該站的監(jiān)控能力,降低了對大電網(wǎng)的調(diào)控能力,在緊急情況下不能做出有效反應,對電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行造成重大影響[5-8]。
某日,浙江電網(wǎng)某500 kV變電站(簡稱H站)1號與2號遠動機同時出現(xiàn)IEC 104通道頻繁關閉、重連。期間省調(diào)監(jiān)控多次進行數(shù)據(jù)總召喚,但上送遙信全0、遙測全0,導致調(diào)控中心顯示屏出現(xiàn)“開關雙位置錯”告警、刷屏等問題,影響了調(diào)度端的正常監(jiān)控,并使調(diào)度端失去了對該站的監(jiān)控。
以下針對該問題進行了原因分析,開展了模擬試驗,提出了具體解決方案,并通過變電站現(xiàn)場工作驗證了改進方案。
早期500 kV變電站多采用國外計算機監(jiān)控系統(tǒng)設備,H站采用南瑞科技NSC300遠動機+西門子AK1703總控單元+AM1703測控裝置模式,結構如圖1所示。
圖1 H站監(jiān)控系統(tǒng)架構
在該種模式下,總控單元起著承上啟下的作用,對下與各間隔測控通信,對上與監(jiān)控后臺及遠動機通信。總控單元采用主備模式,主機負責數(shù)據(jù)交互,備機僅接受數(shù)據(jù)。遠動機與總控單元通信,上傳遙信遙測,下發(fā)遙控遙調(diào)[9]。
由于遠動機與總控單元取自不同廠家,通信標準并不完全統(tǒng)一。尤其NSC300為后期加裝,并在一次設備“不停電”情況下調(diào)試,試驗往往不夠充分,易使NSC300與AK1703通信配合存在遺留缺陷。
針對缺陷發(fā)生的可能原因,在遠動采集、傳輸環(huán)節(jié)進行模擬測試,并通過EPA(電力規(guī)約錄波分析儀)進行報文監(jiān)聽與分析,如圖2所示。
圖2 EPA通道監(jiān)聽示意
在現(xiàn)場進行相關試驗,項目如表1所示。由表1試驗結果可知,外部單個因素不能導致遠動總召喚報文出現(xiàn)全零數(shù)據(jù),遠動初始化環(huán)節(jié)具備延遲傳輸?shù)墓δ堋V挥性跀嚅_遠動的站控層采集通路同時重啟遠動機后,才出現(xiàn)遙信、遙測全零數(shù)據(jù)。
查閱2臺遠動機自診斷信息,發(fā)現(xiàn)遠動機主CPU采集插件均出現(xiàn)過重啟。根據(jù)截取的遠動報文分析,遠動對上雖出現(xiàn)鏈路中斷并重連,但未長期中斷,可認為遠動的NET通信插件(負責遠動機對上通信)未重啟。故推斷遠動機在缺陷出現(xiàn)前后未發(fā)生整機斷電硬重啟過程。
分析NSC300裝置電路組件結構,如圖3所示,遠動機主CPU采集插件與NET通信插件由同一塊電源板供電。
圖3 遠動NSC300插件布置
表1 試驗項目與結果匯總表
根據(jù)NSC300廠家提供的相關技術參數(shù)分析,遠動機主CPU插件與NET插件雖由同一電源板插件供電,但由于插件類型及負載不同,供電電壓不同,其中主CPU插件為5 V,NET插件為3.3 V,存在主CPU插件供電異常而NET插件供電正常的可能性。
分析認為,2臺獨立運行的遠動機同時出現(xiàn)相似現(xiàn)象,一般是由公共原因引起。依據(jù)上述技術參數(shù),故推斷由于屏柜電源(直流110 V)瞬時跌落導致2臺遠動機主CPU插件出現(xiàn)異常并重啟,但NET插件未重啟,從而引發(fā)故障[10-11]。
3.1 屏柜直流供電回路不滿足要求
根據(jù)變電站監(jiān)控系統(tǒng)設備管理要求,遠動機采用電源應分別使用獨立空氣開關(簡稱空開)及回路連接至直流屏,但H站遠動屏內(nèi)2臺遠動機使用同一電纜。同時,管理機屏供電回路也并聯(lián)在這一回路上,未獨立,如圖4所示[12]。
圖4 屏柜電源供電回路
經(jīng)現(xiàn)場測量,遠動機均運行而管理機未投運時,該回路等效電氣參數(shù)如圖5所示。
圖5 遠動機電源回路等效圖
缺陷發(fā)生前后,管理機設備出現(xiàn)過手動投運操作。由于供電回路較靠近,投運瞬間將影響遠動機供電電壓,仿真圖如圖6,7所示。
由圖6,7可知,由于供電回路靠近,當管理機投運瞬間,電流突增,導致節(jié)點電壓跌落,降至70 V以下,從而引起遠動機主CPU插件重啟。
3.2 遠動機采集與傳輸環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)交互機制不完善
圖6 遠動機電源電壓跌落曲線
圖7 回路電流突變曲線
遠動機主CPU插件和NET插件之間通過雙口RAM(中間緩存器)進行數(shù)據(jù)交互,如圖8所示。
圖8 遠動NSC300插件通信示意
正常情況下,遠動機重啟后,主CPU插件隨之重啟,內(nèi)部數(shù)據(jù)初始化全為0。為保障NSC300對下通信恢復正常后NET插件才開始工作,主CPU插件設置“系統(tǒng)準備時間”參數(shù)為3 min。該時間過后,主CPU插件即對下采集站內(nèi)數(shù)據(jù),同時開始往雙口RAM傳送數(shù)據(jù),并允許NET插件開始工作。NET插件自身準備完成后,就開始對上傳送雙口RAM數(shù)據(jù)。
H站遠動與測控通信機制如下:NSC300對下采用逐個間隔測控輪召,每個間隔需5~15 s,共八十多個間隔?,F(xiàn)場測試,完成1次總召時間約10 min。因此,異常情況下,主CPU重啟后對下采集數(shù)據(jù),但至少在7 min(10-3=7)內(nèi)不能采集正常數(shù)據(jù)。而此時,NET插件由于未重啟,對上通信仍正常,具備上送能力。故在此 7 min內(nèi),調(diào)度端進行遠動總召,收到全0數(shù)據(jù)。
3.3 NSC300與AK1703的通信機制不匹配
NSC300與AK1703通信中斷后雙方重新建立的機制如下:
(1)由AK1703主動發(fā)起心跳報文,NSC300接收到該報文后,開始對AK1703總召。
(2)延時等到 NSC300設置的總召時間(30 min)后進行總召。參數(shù)配置如下,AK1703設置有1個虛擬遙信點(心跳報文),AK1703重啟恢復后,該點變位,NSC300檢測該變位即開始總召。
該機制可以避免AK1703對所屬測控的數(shù)據(jù)尚未召全即上送遠動從而導致數(shù)據(jù)失真的情況。
現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn),AK1703配置的虛擬遙信點與NSC300的默認設置不一致,導致NSC300未能收到該遙信變位,故未及時發(fā)起總召。從而造成NSC300復位后調(diào)度端在較長時間內(nèi)總召數(shù)據(jù)全為0的現(xiàn)象。
3.4 調(diào)度端出現(xiàn)多次總召原因分析
D5000主站前置機在H站遠動異常期間,出現(xiàn)多次關閉、重啟遠動104通信現(xiàn)象。這是由于遠動裝置長時間(約10 s)無變化數(shù)據(jù)傳輸后,主站前置機在進行 3次鏈路測試后會主動斷開TCP/IP鏈路,并重新連接、啟動總召。由于NET插件在此期間具備上傳功能,故調(diào)度端多次總召均召喚全0數(shù)據(jù)。
(1)根據(jù)相關要求,布置新規(guī)格電纜,緊固螺絲,做好接頭焊接,確保電纜接觸良好,將回路電阻控制在1 Ω以內(nèi)。并完善屏柜直流供電回路,將管理機電源獨立引自直流屏,從而避免操作過程中相互影響,如圖9所示。
(2)修改程序,完善主CPU插件與NET插件之間的數(shù)據(jù)交互機制。當主CPU插件復位啟動后,在雙口RAM進程開始往雙口RAM傳送全數(shù)據(jù)值前,增加“主CPU發(fā)令重啟NET插件”步驟。NET插件重啟時間在60 s以內(nèi),NET插件重啟后等待主CPU插件的允許命令,該命令的時間延遲取決于“系統(tǒng)準備時間”參數(shù)。從而避免NET插件由于鏈路未中斷或先于主CPU復歸而上送異常數(shù)據(jù)。
(3)修改NSC300與AK1703心跳報文接受/發(fā)送的參數(shù)配置,保證其一致性。在鏈路中斷并重新恢復后,NSC300可及時總召各間隔數(shù)據(jù),避免長期空等。同時,調(diào)整NSC300系統(tǒng)準備時間參數(shù)為11 min,確保NSC300對下總召完成,可避免上傳失真數(shù)據(jù)。另外,修改遠動機為“雙主模式”,2臺遠動機獨立工作,這樣1臺遠動機重啟時,另1臺仍能保證數(shù)據(jù)傳輸。
圖9 整改后屏柜電源供電回路
經(jīng)過分析,省調(diào)監(jiān)控對H站失去監(jiān)控的主要原因是屏柜直流供電回路不滿足要求、遠動機采集與傳輸環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)交互機制不完善以及NSC300與AK1703的通信機制不匹配。通過改造直流供電回路、優(yōu)化主CPU插件與NET插件互動機制、完善NSC300與AK1703的通信參數(shù)設置等措施,解決了以上問題。
由于H站間隔多,NSC300完成總召時間較長,該時間決定了2臺遠動機同時中斷后到恢復正常運行的故障時段。鑒于H站間隔層情況,未對總召模式作有效改進。因此,如何提高老站間隔層設備的通信效率值得進一步研究。我國500 kV骨干電網(wǎng)中具有相似監(jiān)控系統(tǒng)架構的變電站較多,可能存在同樣隱患。為避免類似缺陷再次發(fā)生,可統(tǒng)一開展反措工作,確保監(jiān)控系統(tǒng)安全,保障電網(wǎng)穩(wěn)定。
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(本文編輯:陸 瑩)
Cause Analysis and Solution to Monitoring Absence in 500 kV Substation
JI Rongrong,YE Haiming,SHAN Jinhua,ZHANG Jianqing,WU Mijia
(State Grid Zhejiang Maintenance Branch Company,Hangzhou 311232,China)
IEC 104 channel of remote terminal unit in 500 kV substation frequently disconnected and reconnected.With multiple general calling of the dispatching terminal,there occurred all zeroes and screen flooding,which affects normal monitoring of dispatchers and substation monitoring absence in the dispatching terminal.This paper analyzes the specific reasons and proposes its solution.The problem is solved effectively by DC power supply circuit reconstruction,interaction mechanism optimization between the CPU plug-in and the NET communication plug-in as well as communication parameters improvement of NSC300 and AK1703.
monitoring system;communication mechanism;RTU;general control unit
浙江省電力公司群眾性科技創(chuàng)新項目(5211MB160010)
TM769
B
1007-1881(2017)02-0026-04
2016-12-16
計榮榮(1985),男,工程師,從事超/特高壓變電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)研究工作。