500 kV变电站失去监控的原因分析及解决方案

计荣荣，叶海明，单金华，张俭清，吴米佳

（国网浙江省电力公司检修分公司，杭州 311232）

500 kV变电站失去监控的原因分析及解决方案

计荣荣，叶海明，单金华，张俭清，吴米佳

（国网浙江省电力公司检修分公司，杭州 311232）

500 kV变电站远动机出现IEC 104通道频繁关闭、重连现象。调度端多次总召唤却出现全零数据、刷屏现象，影响调度正常监控，并导致调度端失去该站监控。分析了该问题产生的具体原因，通过改造装置直流供电回路、优化远动机主CPU插件与NET通信插件互动机制以及完善NSC300与AK1703的通信参数设置等措施有效地解决了该问题。

监控系统；通信机制；远动机；总控单元

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，大量500 kV变电站要求接入省电力调度控制中心（简称省调监控）。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，省调监控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[2-4]。

然而，由于早期建设的500 kV变电站多数运行已近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，在紧急情况下不能做出有效反应，对电网安全稳定运行造成重大影响[5-8]。

某日，浙江电网某500 kV变电站（简称H站）1号与2号远动机同时出现IEC 104通道频繁关闭、重连。期间省调监控多次进行数据总召唤，但上送遥信全0、遥测全0，导致调控中心显示屏出现“开关双位置错”告警、刷屏等问题，影响了调度端的正常监控，并使调度端失去了对该站的监控。

以下针对该问题进行了原因分析，开展了模拟试验，提出了具体解决方案，并通过变电站现场工作验证了改进方案。

1 变电站监控系统架构

早期500 kV变电站多采用国外计算机监控系统设备，H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，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。总控单元采用主备模式，主机负责数据交互，备机仅接受数据。远动机与总控单元通信，上传遥信遥测，下发遥控遥调[9]。

由于远动机与总控单元取自不同厂家，通信标准并不完全统一。尤其NSC300为后期加装，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。

2 问题排查与测试

针对缺陷发生的可能原因，在远动采集、传输环节进行模拟测试，并通过EPA（电力规约录波分析仪）进行报文监听与分析，如图2所示。

图2 EPA通道监听示意

在现场进行相关试验，项目如表1所示。由表1试验结果可知，外部单个因素不能导致远动总召唤报文出现全零数据，远动初始化环节具备延迟传输的功能。只有在断开远动的站控层采集通路同时重启远动机后，才出现遥信、遥测全零数据。

查阅2台远动机自诊断信息，发现远动机主CPU采集插件均出现过重启。根据截取的远动报文分析，远动对上虽出现链路中断并重连，但未长期中断，可认为远动的NET通信插件（负责远动机对上通信）未重启。故推断远动机在缺陷出现前后未发生整机断电硬重启过程。

分析NSC300装置电路组件结构，如图3所示，远动机主CPU采集插件与NET通信插件由同一块电源板供电。

图3 远动NSC300插件布置

表1 试验项目与结果汇总表

根据NSC300厂家提供的相关技术参数分析，远动机主CPU插件与NET插件虽由同一电源板插件供电，但由于插件类型及负载不同，供电电压不同，其中主CPU插件为5 V，NET插件为3.3 V，存在主CPU插件供电异常而NET插件供电正常的可能性。

分析认为，2台独立运行的远动机同时出现相似现象，一般是由公共原因引起。依据上述技术参数，故推断由于屏柜电源（直流110 V）瞬时跌落导致2台远动机主CPU插件出现异常并重启，但NET插件未重启，从而引发故障[10-11]。

3 问题原因分析

3.1 屏柜直流供电回路不满足要求

根据变电站监控系统设备管理要求，远动机采用电源应分别使用独立空气开关（简称空开）及回路连接至直流屏，但H站远动屏内2台远动机使用同一电缆。同时，管理机屏供电回路也并联在这一回路上，未独立，如图4所示[12]。

图4 屏柜电源供电回路

经现场测量，远动机均运行而管理机未投运时，该回路等效电气参数如图5所示。

图5 远动机电源回路等效图

缺陷发生前后，管理机设备出现过手动投运操作。由于供电回路较靠近，投运瞬间将影响远动机供电电压，仿真图如图6，7所示。

由图6，7可知，由于供电回路靠近，当管理机投运瞬间，电流突增，导致节点电压跌落，降至70 V以下，从而引起远动机主CPU插件重启。

3.2 远动机采集与传输环节的数据交互机制不完善

图6 远动机电源电压跌落曲线

图7 回路电流突变曲线

远动机主CPU插件和NET插件之间通过双口RAM（中间缓存器）进行数据交互，如图8所示。

图8 远动NSC300插件通信示意

正常情况下，远动机重启后，主CPU插件随之重启，内部数据初始化全为0。为保障NSC300对下通信恢复正常后NET插件才开始工作，主CPU插件设置“系统准备时间”参数为3 min。该时间过后，主CPU插件即对下采集站内数据，同时开始往双口RAM传送数据，并允许NET插件开始工作。NET插件自身准备完成后，就开始对上传送双口RAM数据。

H站远动与测控通信机制如下：NSC300对下采用逐个间隔测控轮召，每个间隔需5～15 s，共八十多个间隔。现场测试，完成1次总召时间约10 min。因此，异常情况下，主CPU重启后对下采集数据，但至少在7 min（10-3=7）内不能采集正常数据。而此时，NET插件由于未重启，对上通信仍正常，具备上送能力。故在此 7 min内，调度端进行远动总召，收到全0数据。

3.3 NSC300与AK1703的通信机制不匹配

NSC300与AK1703通信中断后双方重新建立的机制如下：

（1）由AK1703主动发起心跳报文，NSC300接收到该报文后，开始对AK1703总召。

（2）延时等到 NSC300设置的总召时间（30 min）后进行总召。参数配置如下，AK1703设置有1个虚拟遥信点（心跳报文），AK1703重启恢复后，该点变位，NSC300检测该变位即开始总召。

该机制可以避免AK1703对所属测控的数据尚未召全即上送远动从而导致数据失真的情况。

现场检查发现，AK1703配置的虚拟遥信点与NSC300的默认设置不一致，导致NSC300未能收到该遥信变位，故未及时发起总召。从而造成NSC300复位后调度端在较长时间内总召数据全为0的现象。

3.4 调度端出现多次总召原因分析

D5000主站前置机在H站远动异常期间，出现多次关闭、重启远动104通信现象。这是由于远动装置长时间（约10 s）无变化数据传输后，主站前置机在进行 3次链路测试后会主动断开TCP/IP链路，并重新连接、启动总召。由于NET插件在此期间具备上传功能，故调度端多次总召均召唤全0数据。

4 问题解决方案

（1）根据相关要求，布置新规格电缆，紧固螺丝，做好接头焊接，确保电缆接触良好，将回路电阻控制在1 Ω以内。并完善屏柜直流供电回路，将管理机电源独立引自直流屏，从而避免操作过程中相互影响，如图9所示。

（2）修改程序，完善主CPU插件与NET插件之间的数据交互机制。当主CPU插件复位启动后，在双口RAM进程开始往双口RAM传送全数据值前，增加“主CPU发令重启NET插件”步骤。NET插件重启时间在60 s以内，NET插件重启后等待主CPU插件的允许命令，该命令的时间延迟取决于“系统准备时间”参数。从而避免NET插件由于链路未中断或先于主CPU复归而上送异常数据。

（3）修改NSC300与AK1703心跳报文接受/发送的参数配置，保证其一致性。在链路中断并重新恢复后，NSC300可及时总召各间隔数据，避免长期空等。同时，调整NSC300系统准备时间参数为11 min，确保NSC300对下总召完成，可避免上传失真数据。另外，修改远动机为“双主模式”，2台远动机独立工作，这样1台远动机重启时，另1台仍能保证数据传输。

图9 整改后屏柜电源供电回路

5 结语

经过分析，省调监控对H站失去监控的主要原因是屏柜直流供电回路不满足要求、远动机采集与传输环节的数据交互机制不完善以及NSC300与AK1703的通信机制不匹配。通过改造直流供电回路、优化主CPU插件与NET插件互动机制、完善NSC300与AK1703的通信参数设置等措施，解决了以上问题。

由于H站间隔多，NSC300完成总召时间较长，该时间决定了2台远动机同时中断后到恢复正常运行的故障时段。鉴于H站间隔层情况，未对总召模式作有效改进。因此，如何提高老站间隔层设备的通信效率值得进一步研究。我国500 kV骨干电网中具有相似监控系统架构的变电站较多，可能存在同样隐患。为避免类似缺陷再次发生，可统一开展反措工作，确保监控系统安全，保障电网稳定。

[1]栾军，张智刚，寇惠珍，等．提高500 kV电网输电能力的技术研究[J]．电网技术，2005，29（19）∶15-18．[2]金芬兰，王昊，范广民，等．智能电网调度控制系统的变电站集中监控功能设计[J]．电力系统自动化，2015（1）∶247-253．

[3]朱东升，孙纯军，陈飞．500 kV变电站远方集中监控系统方案探讨[J]．电力自动化设备，2009，29（5）∶126-129．

[4]黄立超，谷炜．500 kV变电站集中监控运行的实践[J]．浙江电力，2015，34（5）∶32-35．

[5]尹路，孟杰，林强．华北电网500kV变电站集中控制运行管理的探讨[J]．华北电力技术，2011（1）∶48-52．

[6]李红梅，厉吉文．变电站实施无人值班集中监控应具备的基本条件和原则[C]//第三届电力系统与电网技术综合年会论文集.1995．

[7]丁泉，朱来强，胡道徐，等．变电站程序化操作及远动装置执行[J]．电力自动化设备，2007，27（8）∶120-123．

[8]丁峰．500 kV变电站远动系统配置优化分析[J]．浙江电力，2009，28（6）∶31-33．

[9]朱松林．变电站计算机监控系统及其应用[M]．北京：中国电力出版社，2008．

[10]DL/T 516-2006电力调度自动化系统运行管理规程[S]．北京：中国电力出版社，2006．

[11]吴刚，滕云，潘永刚，等．电力系统电压跌落相关问题初探[J].华北电力技术，2004（4）∶102-105．

[12]DL/T 5149-2001 220～500 kV变电所计算机监控系统设计技术规程[S]．北京：中国电力出版社，2001．

（本文编辑：陆 莹）

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

浙江省电力公司群众性科技创新项目（5211MB160010）

TM769

B

1007-1881（2017）02-0026-04

2016-12-16

计荣荣（1985），男，工程师，从事超/特高压变电站计算机监控系统研究工作。