廠站監控系統日歷、時間的遙測化采集、傳輸及應用

楊丹琳，張繼國，楊 杉，楊 松，張俊偉

(1．南瑞集團有限公司，南京 211106;2．國網吉林省電力有限公司，長春 130021;3．大唐吉林向陽風力發電股份有限公司，長春 130000)

電力系統故障分析主要基于兩個方面，時間順序記錄(SOE)和故障錄波，二者都依賴時間基準［1］。廠站二次設備的智能化發展以及就地化微機保護的試點，都嚴格要求完整記錄事故時的故障信息，但時間基準的不統一給故障分析特別是故障綜合分析帶來了極大的困擾，因此，對廠站時間同步系統的運行狀態管理非常緊迫。國家電網調度中心《關于強化電力系統時間同步監測管理工作的通知》(調自〔2014〕53號)和(國網〔2013〕第82號文)《關于加強電力系統時間同步運行管理工作的通知》都對電力系統的時間同步進行了詳細闡述。調度主站通過這套時間同步管理系統能夠很精確地獲取被監測二次設備的時間偏差，但無法在線監測廠站端特別是無人值守站監控系統重要設備的日歷和時間，使得監控人員綜合判斷故障定位的能力弱化。廠站監控系統的日歷和時間應用時間同步碼元分解規范的技術方法［2］進行遙測化處理，并利用現有數據網關機通道的傳輸介質完成數據的采集、傳輸，最終在調度主站系統完成顯化。

1 日歷/時間遙測的采集

1．1 遙測化處理

廠站監控系統的數據網關機是廠站端進行時間同步管理的關鍵設備，其日歷和時間來源于站內同步時鐘的高精度校對，授時典型方式采用國際通用時間格式碼IRIG-B(儀表組時間碼，簡稱B碼)，對時精度優于1 μs。B碼是每秒一幀的時間串碼，每個碼元寬度為10 ms，一個時幀周期包括100個碼元，為脈寬編碼。時幀的參考標志由一個位置識別標志和相鄰的參考碼元組成，其寬度為8 ms，每10個碼元有一個位置識別標志。一個時間格式幀從幀參考標志開始，連續兩個8 ms寬脈沖表明秒的開始，對時的時序依次為秒-分-時-日。二進制“1”和“0”的脈寬為 5 ms和 2 ms［2］。

廠站監控系統的數據網關機的日歷顯示為年月日(周)，時間為時分秒(毫秒)。遙測化處理的技術實現過程是，將日歷和時間的每個要素按照碼元分解規范的技術方式轉化為1個字節，年按照2個字節進行處理，低字節在前，高字節在后，其他按照1個字節處理。這樣用7個連續的字節表示出最簡單的年月日和時分秒，若需要更精確的時間可以通過增加字節數，但要考慮中央處理器(CPU)的硬件負荷處理能力。例如數據網關機的日歷和時間是“2017年8月28日13時14分15秒”，程序處理為:“E1 07 08 1C 0D 0E 0F”。

1．2 數據采集

日歷和時間的采集方式為:廠站端統一使用一套雙機互備的時鐘源設備，即時間同步裝置。該時間同步裝置以北斗定位系統(BD)和美國導航星全球定位系統(GPS)為時間基準，且以BD為主、GPS為輔，采用IRIG-B(DC/AC)授時方式并按照網絡時間協議(NTP)具備對廠站內被授時設備實現授時功能。廠站監控系統或數據網關機將接收的對時報文顯化為液晶輸出的同時，輸出為日歷和時間字符，然后將此字節塊緩存在固定內存地址池的區域塊中，跟內存地址匹配，以備其他應用程序調用。

2 日歷/時間遙測的傳輸

2．1 傳輸機制

遙測傳輸在電力系統中有兩種應用機制，一種是循環上送式，比如CDT、DISA等傳輸規約。一種是polling問答式，比如IEC 60870-5-101、IEC 60870-5-104等遠動傳輸規約。當前，電力系統調度自動化最典型的應用是基于網絡的IEC 60870-5-104問答式傳輸協議(見圖1)。

圖1 問答式傳輸機制

IEC 60870-5-104采用主動傳輸和問答相結合。其幀格式有三種:編號的信息傳輸格式簡稱I格式;編號的監視功能格式簡稱S格式;不編號的控制功能格式簡稱U格式［3］。

遙測傳輸應用環境:IEC 60870-5-104一般用于調度主站與變電站之間或者不同系統之間的網絡數據通信。遙測傳輸典型設備有交換機、路由器、光纖收發器、協議轉換器等。遙測傳輸基本規則:傳輸控制協議/網絡之間互聯協議(TCP/IP)傳輸模式;平衡方式通信;客戶機/服務器(C/S)模式且端口號默認為2404;通過對I幀格式報文的計數及確認來保證信息傳輸的安全性。遙測傳輸協議結構:IEC 60870-5-104采用開放系統互連/參考模式(OSI/RM)七層協議中的5層。物理層:透明的傳輸比特流;數據連路層:將數據組裝成幀;網絡層:為分組交換網上的不同主機提供通信;運輸層:應用程序進程交代下來的任務;應用層:面向用戶的應用程序層數據［3］。

2．2 數據幀格式

遙測的幀格式隸屬于I格式。其傳輸的報文類型有兩種:一種是固定時長的總召響應遙測報文，系統通過設置程序配置參數表中的“全數據掃描間隔”來定時召喚，以確認主站數據與廠站實際是一致的;另一種是主動上送的變化遙測。數據網關機的日歷/時間是在按照毫秒或微秒發生變化，一直主動上送變位遙測。工程應用中考慮到通道資源的利用效率，變化遙測屬于二級數據，建議采用毫秒級為變化閥值，默認10 ms。在智能變電站中，其日歷/時間的遙測化響應時間需滿足DL/T 1403—2015《智能變電站監控系統技術規范》第8章節所要求性能指標。

3 典型應用

按照上文既定的技術設計思路，廠站監控系統日歷/時間遙測化在吉林東500 kV智能變電站得到具體實現和實際應用。

3．1 實施步驟

第1步，數據網關機嵌套日歷/時間處理程序進行日歷/時間的遙測報文轉化。

第2步，根據既有的調度數據網通道和IEC 60870-5-104傳輸協議完成數據傳輸。

第3步，主站端調度系統D5000將接收的前置日歷/時間遙測報文按照傳輸協議進行解析、提取和顯化。

3．2 應用解析

日歷/時間遙測的典型報文應用解析如下。

a．總召響應幀:68(啟動符)1F(信息長度)06 00(發送序號，2個字節)02 00(接收序號，2個字節)09(類型標識，帶品質描述的遙測)87(可變結構限定詞，有7個連續的遙測)fffff4傳送原因，7個字節，響應總召喚)fffff3(公共地址，即遠方數據終端(RTU)站址，2個字節)fffff2(信息體地址，3個字節，從第0X4001即0號遙測開始)fffff1(遙測值0X07E1:2017年)00(品質描述)fffff0遙測值0X0008:08月)00(品質描述)ffffef(遙測值0X001C:28日)00(品質描述)ffffee(遙測值0X000D:13時)00(品質描述)ffffed(遙測值0X000E:14分)00(品質描述)ffffec(遙測值0X000F:15 秒)00(品質描述)［4］。

4 結論

本文研究的方法已在吉林東500 kV智能變電站應用，運行狀況良好。它一改調度主站過去只能依靠遠程瀏覽技術獲取廠站系統時間偏差監視，使調度主站對廠站監控系統的時間故障不僅能獲取告警信息，還可以進行廠站監控系統時間故障的定性判斷，進一步提升了遠程時間故障診斷的能力。該方法配合調度主站告警直傳和圖形瀏覽系統，把時間是否連續變化作為丟幀與否的定性判斷，對采用廠站向主站逆向對時報文傳輸的在線監測有著啟發性的意義。