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摘要：智能化變電站測控裝置雙重化配置以后，監控信息冗余的同時帶來了異源數據的辨識選擇和遙控對象惟一性的問題，本文分析了現有雙測控配置方案的優缺點，提出了一種由監控系統自主選擇主機并根據雙機實時運行狀況自動切換主備機的策略，本文對雙測控的實施方案進行了闡述，提出了一種間隔層測控裝置不停電檢修的運維方式，適合智能變電站無人值守的趨勢。

關鍵詞：智能變電站；測控裝置；雙重化配置；主備機切換

智能變電站是堅強智能電網的重要基礎和支撐。隨著我國智能變電站的推廣建設，站內一次設備信號的采集、測量、控制和監測的可靠性要求越來越高。作為變電站內信息監視和控制的主要實現環節，測控裝置的配置方案對監控系統可靠性起著關鍵性的作用。國內110kV及以下的數字化變電站中采取保護單套配置，測控功能由一套獨立的測控或者保護測控一體化裝置來實現。為了提高監控系統的可靠性和冗余性，220kV及以上電壓等級的數字化變電站，繼電保護設備及與之相關的設備、網絡等按照雙重化的原則進行配置[1]，從而引入了測控雙重化配置的概念。測控裝置雙重化配置具有功能獨立、聯閉鎖可靠性高等特點，可以提高監控系統的冗余性以及防誤操作的安全性，當裝置出現N1系統故障時能夠不影響系統的正常運行；但測控雙重化配置也帶來了數據源與控制源不惟一的問題[2]，監控系統需要對上送的數據進行辨識和篩選，一定程度上增加了監控系統的復雜度和運維出錯的可能性。本文對現階段實施的多種雙測控方案的優缺點進行了總結，提出了一種監控系統自主選擇主機，并根據雙機的實時運行狀態自動切換主備機的方案。此方案既有效解決了冗余配置方案中數據源和控制源不惟一的難題，同時提供了一種測控裝置檢修不影響系統運行的機制，提高了監控系統的可靠性和易維護性。此方案適合無人值守智能站的運行和維護，具備可推廣性及可復制性。

1智能變電站雙測控配置結構

按照國網公司Q/GDW161—2013的設計規范，220kV及以上的智能變電站中主要的保護裝置雙重化配置，相應地過程層和間隔層設備均需要雙套配置。具體到智能變電站內三層兩網的架構體系來說，過程層和站控層網絡分為A、B雙網；過程層的合并單元、智能終端分別雙套采集一次設備的信息，間隔層的保護、測控裝置雙重化配置對下接入過程層A、B網，對上接入監控系統雙MMS網[3]。因此雙測控配置實際上對應的是智能變電站內整個三層兩網的雙重化結構。

1.1智能變電站二次系統雙重化配置結構

在220kV及以上的智能變電站中，采用雙重化配置的三層兩網結構。1）過程層設備：配置雙套獨立的合并單元，分別采集電子式互感器的兩路二次轉換器（A/D采樣回路），并輸出IEC61850-9-2標準規定的SV采樣報文至過程層SV交換機上，保護裝置也可以通過點對點的方式直接接入。配置雙套獨立的智能終端，分別獨立采集對應間隔的一次設備（如斷路器、刀閘等）的信息并實現對其控制功能。雙重配置的保護或者測控裝置的跳閘、合閘回路與2套智能終端的動作線圈一一對應，各自獨立。智能終端與間隔層裝置通過IEC61850標準規定的GOOSE（面向通用對象的變電站事件）協議以組網或者點對點的方式進行信息交互。2）過程層網絡：過程層網絡是過程層和間隔層設備信息交互的橋梁。220kV以上的智能變電站一般采用過程層GOOSE網絡和過程層SV網絡相互獨立、雙重化配置的結構。當一個網絡運行異常時不應影響另一個網絡的正常運行，正常情況下雙網獨立運行，構成冗余配置。3）間隔層設備：繼電保護裝置的雙重化配置原則，包括保護裝置以及保護配合回路（電子式互感器、合并單元、智能終端、過程層交換機、跳閘線圈等）的雙重化。雙重化配置的保護裝置及其回路之間完全獨立，沒有直接的電氣聯系。相應地測控裝置也應雙重化配置，對下接入過程層網絡的A、B網并采集上送合并單元、智能終端的開關量和模擬量信號。雙重化配置的測控裝置功能上各自獨立，具備完整的測量、控制以及聯閉鎖功能，分別進行聯鎖計算并將各自的聯閉鎖狀態發以GOOSE的形式給智能終端。對于獨立的控制回路，兩套裝置的閉鎖輸出接點接入各自的回路中互不影響；對于共用的控制回路，將兩套測控的聯閉鎖節點并接，以提高控制的成功率。4）站控層網絡：站控層MMS網絡采用雙重化配置，間隔層設備應提供2個以太網口分別連至MMSA網與MMSB網。5）監控系統：監控后臺服務器和遠動裝置是智能變電站一體化信息平臺的核心，對整個變電站安全運行起著至關重要的作用。采用冗余配置的2臺監控后臺的數據庫定時或者自動同步，當一臺監控后臺癱瘓或者退出運行時，另一臺監控后臺能自動啟動并正常運行，提高監控系統的可靠性。綜上所述，智能變電站二次系統的雙重化配置提高了站內監控信息的冗余度和可靠性，當站內裝置發生N1故障時仍然有備用系統可以正常工作，提高了系統的可靠性。

1.2測控雙重化配置帶來的問題

鑒于IEC61850標準中規定的GOOSE和SV服務協議，數字化變電站中采用光纖傳輸突破了常規站內電纜和節點的限制，信號的傳輸呈現幾何級的增長。據統計智能變電站內一個110kV間隔測控裝置所采集的過程層開關量信號、告警信息、模擬量信號等多達三四百個，雙重化配置之后上送到站控層的監視信號翻倍，全站所有的信號總計將達到數萬個之多。如此之多的信號勢必會增加監控系統處理信息的復雜度，給運維人員也帶來困惑。同時對于同一個監視對象而言，采用雙重化配置帶來了信息識別和篩選的困難。數字化站內A、B兩套過程層設備如果上送的信息（如開關位置）不一致或者品質有差異，對于監控系統而言必須在兩個異源信號之間進行辨識，增加了數據處理的復雜度和出錯的概率。對于異源數據的選擇切換，目前沒有一種簡單可靠的切換機制來保證數據的準確性，且無論對測控裝置或者監控后臺而言都將耗費非常多的軟硬件資源。對于站內調度或者監控系統下發遙控命令而言，雙重化的配置導致需要選定惟一的控制源。當測控裝置的運行狀態發生改變后，控制源的切換也給系統的穩定性帶來挑戰，控制源的不惟一性降低了遙控的成功率。

1.3現階段主流的雙測控方案

現階段國內多數的二次設備制造廠家均提出了各自的雙測控實施方案，比較主流的實施方案如下：1）采取“虛點映射”的策略[4]實現站內監控數據和控制方向的“二取一”。這種方案需要監控系統建立兩套測控采集的實時數據與某個虛點的對應關系，且虛點跟實點數據之間要實時交換。為此監控后臺必須增加一套實時的判斷邏輯并維護多張采集實點與虛點的隱射關系表，無疑增加了后臺的處理復雜度。同時當裝置主備切換時也帶來了遙控對象不確定、數據隱射關系更改的問題。2）兩套測控之間通過硬開入交互通信，實現自動切換。這種方案兩臺測控之間通過外部開入交換實時運行狀態，并根據一定的規則進行主備機自動切換。實際運行過程中當采集的對方運行狀態不可靠或者雙機之間通信異常時，可能導致主備機誤判。同時雙機實時交互通信，對兩套裝置的獨立運行也提出了挑戰。3）監控系統或者遠動裝置通過手動設置軟壓板的方式，實現主備機的切換。此方案中測控裝置設置“主機軟壓板”，監控后臺根據測控裝置軟壓板的值來選定主機，且通過遙控軟壓板的方式來切換主備機。主備機的切換需要監控后臺或者遠動人為操作參與，增加了出錯的可能性，且不利于變電站的無人值守。綜上所述，目前的雙測控實現方案中，在面臨雙數據源選擇和監控對象的惟一選擇時，都沒有很完美的解決安全性和易操作性的問題。同時增加了監控系統邏輯處理的復雜度，帶來了主備機切換的不穩定性，難以適應無人值守的需求。

2雙測控配置方案優化設計

雙重化配置的兩套測控裝置，采取對下雙主、對上主備的工作方式。對下雙主是指兩個測控裝置在功能上（測量、控制、聯閉鎖）上完全獨立；測控裝置不作主備機邏輯判斷，之間無任何信息交互。對上主備是指站控層設備（遠動和后臺）通過特定的規則自動選擇主測控裝置，實現測控功能的熱備用。

2.1測控裝置

兩套測控裝置分別對下接入過程層A、B網，其中第一套測控裝置接入第一套合并單元、智能終端，用于采集A套合并單元的模擬量，A套智能終端的開關量；第二套測控對稱接入第二套過程層設備信息。將測控裝置采集的數據分為兩類：1）私有信息：測控裝置本身獨有，以及衍生出的二級信號組成，主要包括所接入的合并單元或者智能終端的GOOSE通信鏈路狀態、功能壓板信號、測控裝置本身的告警信息、運行狀態以及邏輯閉鎖信號等，這類信息能夠完整地表征該測控裝置所處的運行狀態。2）公共信息：能夠反映變電站一次設備當前運行狀態的信息，包括電壓、電流、功率、開關刀閘位置等，這類信息能夠完整地表征變電站運行的狀態且數據具有惟一性。測試裝置具體實施方案如下：1）兩套測控裝置在功能（測量、控制、聯閉鎖等）上完全獨立，不作主備機邏輯判斷。2）兩臺測控均可響應手控操作，測控屏上設置兩個手合、手分把手，緊急情況下可以選擇任何一臺裝置去手動操作。3）對于聯閉鎖信息，兩臺測控裝置分別進行聯鎖計算，并將各自的聯鎖狀態通過GOOSE發送給A、B兩套智能終端。短語獨立的控制回路，閉鎖接點接入各自的回路中互不影響；對于公用的控制回路則將兩個閉鎖接點并聯，以保證控制的成功率。當智能終端和測控裝置通信中斷時，智能終端的聯閉鎖接點應自動復位。

2.2監控后臺

1）監視方向：主備測控裝置均和后臺通信。對于公共信息，由監控后臺對相應的點進行配置，取主測控的公共信息進行顯示；對于私有信息，由監控后臺二取二進行顯示。對于公共信息中出現兩套采集的信息不一致的情況，由監控后臺進行不一致告警，提示運行人員對一次設備和二次設備進行檢查。2）控制方向：監控后臺默認將遙控命令下發到主測控裝置上。當現場運維需要特殊處理時（如主機運行正常，但聯鎖不滿足或者需要操作備機），允許運行人員在遙控界面使用備機進行遙控。

2.3遠動裝置

1）監視方向：主備測控裝置均和遠動通信。對于公共信息，由遠動裝置對相應的點進行配置，取主測控的公共信息上送主站；對于私有信息，由遠動裝置二取二進行顯示。2）控制方向：監控后臺默認將遙控命令下發到主測控裝置上。

3雙測控裝置主備機切換方案

智能變電站未來的趨勢是無人值守，因此雙測控配置方案中對于主備機的選擇和切換關系到運行和維護的準確性和安全性。本方案中主備機的選擇和切換實現規則如下。

3.1主備機選擇

監控后臺或者遠動裝置基于以下規則自動選擇主測控裝置：1）非檢修狀態、通信正常的測控裝置選擇為主機。2）如果A、B兩套測控裝置上述兩個條件都滿足或者都不滿足，默認選擇A套裝置作為主機。上述規則中，雙測控裝置的A、B套定義由現場工程組態時決定，如可以按照IP地址大小的原則實施。

3.2主備機切換

假設A機地址為1，B機地址為2，則默認選取A機為主機。當運維過程中需要對間隔層測控裝置檢修時，后臺監控系統可以根據運行狀態自動切換主備機。即裝置投檢修后自動由主機降為備機運行狀態，而原先的備機則同步升級為主機運行狀態。這種方案可以保證始終有一臺測控裝置正常運行，且檢修開始和結束時主備機切換均不需要人工干預，而由監控系統根據實時運行狀態自動切換。為此提供了一種測控裝置不停電檢修的完美方案，適合無人值守站的運維模式。

4結論

本文從智能變電站測控裝置雙重化配置結構入手，分析雙重化配置帶來的優勢和需要解決的問題。針對目前國內主流雙測控配置方案的優缺點進行分析總結，在此基礎上提出了一種由監控系統自主選擇主機并根據雙機實時運行狀況自動切換主備機的策略。本文提出的雙測控優化方案即充分發揮了冗余配置的優勢，又解決了異源數據辨識選擇和控制對象的惟一性；同時提供了一種間隔層測控裝置不停電檢修的模式，適合智能變電站無人值守的運維趨勢。本方案已經在廣東電網220kV茂名廣場變成功實施，具有良好的推廣意義。

參考文獻：

[1]彭志強,張小易,高磊,等.智能變電站二次系統雙重化配置技術應用分析[J].江蘇電機工程,2013,32(5):38-41.

[2]胡紹謙,熊慕文,王文龍.數字化變電站雙測控實現方案探討[J].廣東電力,2011,24(10):45-47,83.

[3]Q/GDW161—2013.線路保護及輔助裝置標準化設計規范[S].

[4]鐘華兵,王志林,房萍,等.變電站自動化系統支持雙測控的實現方法[J].現代電力,2010,27(3):13-15.

作者:劉永鋼 熊慕文 尹凱 陳桂友 朱何榮 單位:南京南瑞繼保電氣有限公司