智能變電站事件順序記錄時序混亂分析及處理

蔣體茂，謝金冉，胡建明，丁山，劉光源，謝青洋

（1.云南電網有限責任公司紅河供電局，云南 蒙自 661100；2.云南電網有限責任公司文山供電局，云南 文山 663000；3.云南電網有限責任公司電力科學研究院，昆明 650217）

0 前言

電力生產控制系統中，事件順序記錄（Sequence Of Event, SOE）能有效記錄事件發生的時間及類型。在發生事故事件時，SOE能明確記錄開關變位、報警信息的發生順序，為事故事件調查和原因分析直觀提供事故前1分鐘和事故后2分鐘的相關信息[1-3]。根據《南方電網智能變電站IEC61850工程通用應用模型》技術規范的要求，智能終端和測控單元應具備記錄詳細遙信變位信息和SOE的功能，同時應具備接收IRIG-B碼時鐘同步信號校正裝置時間的功能，且能夠完成對變位信號的UTC（Coordinated Universal Time, UTC, 協調世界時間）標記；監控系統應能夠正確接收、解析和顯示相關報警信息和SOE信息，滿足對變電站內一、二次設備運行狀態的監視功能，并且能夠提供事故事件發生前后的SOE信息記錄。

相比傳統綜合自動化變電站，智能化變電站的“三層兩網”模式引入了過程層的設計概念。因此，在日常維護和投運驗收時，需要新增對過程層設備進行性能檢查、測試和功能校驗[9-10]。對于過程層采用“模采網跳”模式智能變電站的驗收，為保證告警信號的可信度和完整度，需要對智能終端和測控單元進行功能性能測試和驗收，包括配置文件（SCD、CID、CCD等）、二次回路接線及圖實核對、GOOSE傳送機制測試、開入信號模擬觸發及接收測試、時標精度測試、硬接點開入防抖測試和SOE分辨率測試等[4-5]。

本文對文山局某500 kV智能變電站驗收過程中發現的后臺監控系統SOE信息時序混亂缺陷進行了分析，通過測試找到并確認了影響智能變電站后臺監控SOE時間準確度的原因，提出了智能變電站開展SOE功能的驗收和相關事件事故調查分析的建議。

1 智能變電站SOE時序混亂問題

在文山局某500 kV智能變電站驗收過程中，發現后臺監控系統SOE信息時序混亂，其缺陷現象為：

1）部分間隔開關/刀閘變位的SOE信息時標與智能終端記錄的SOE時標相同，但諸如“控制回路斷線、彈簧未儲能和備用開入”等常規信號，二者之間的時標卻相差3 ms；

2）部分間隔的所有SOE信息時標與智能終端記錄的SOE時標均相差3 ms。

監控系統SOE信息時序混亂，不利于日常巡檢和維護時對站內一、二次設備的運行狀態進行直觀判斷，這對電網的安全、高效和穩定運行埋下隱患[6]。且在發生事故事件時，混亂的SOE信息時序不能夠直觀提供事故事件前后開關變位和報警信息，給事故事件的調查和原因分析帶來不便[7-8]。針對此缺陷和變電站計算機監控系統技術規范要求，現場需對監控系統SOE信息時序混亂的缺陷進行相關測試、分析，并提出整改意見，完成缺陷處理和總結。

2 原因分析及處理方案研究

2.1 智能變電站開關量采集及對時原理研究

該500 kV智能變電站按照《南方電網110kV-500kV智能變電站標準設計V2.1》進行設計和建設，其過程層為“模采網跳”模式，開關量的變位信息由智能終端采集后，轉換成GOOSE信息經過程層網絡傳輸至間隔層測控單元，測控單元對收到的GOOSE變位報文進行解析，并轉換為MMS信息經站控層網絡傳輸至站控層監控系統，監控系統完成報文信息的解析和顯示。其簡單示意如圖1。

圖1 開關量采集、處理及信息轉發過程

全站配置公用的時間同步系統，采用北斗衛星導航定位系統和全球衛星定位系統GPS標準授時信號進行時鐘校正，各繼電保護小室時鐘擴展裝置接收公用時間同步系統光纖IRIG-B碼進行時鐘校正。智能終端的對時方式為光纖IRIG-B碼對時，智能測控單元的對時方式為IRIG-B（DC）碼對時，后臺監控系統的對時方式為SNTP對時。其示意如圖2。

圖2 各層設備的對時方式

以某500 kV間隔為例，現場對其斷路器測控單元（間隔層）和A套智能終端（過程層）的對時精度進行測試，測試時選取其中一個備用開入點進行測試。其測試記錄和結果如表1、表2所示，該間隔測控單元和智能終端對時精度誤差為0 ms，表明二者皆能無誤差完成對變位信號的時標標記，由此可排除因測控單元和智能終端的對時功能紊亂而導致的后臺監控系統SOE信息時序混亂。并且后臺監控系統中部分開關/刀閘的SOE信息時標與智能終端中SOE時標相同，也可排除因GOOSE信息和MMS信息傳輸過程中傳送機制存在缺陷而導致的3 ms誤差。

表1 某500 kV間隔測控單元對時精度測試記錄

表2 某500 kV間隔A套智能終端對時精度測試記錄

2.2 智能變電站監控系統開關量SOE時標機制研究

根據《南方電網智能終端技術規范》，斷路器、隔離刀閘等位置GOOSE信號應帶UTC時標信息，每個時標應緊跟相應的信號排放；間隔層IED以及過程層智能終端需產生SOE，間隔層裝置與智能終端虛端子關聯時標時采用GOOSE報文的時標，不關聯時標時采用本裝置時標。除智能終端外，測控單元也具備為開關量標記時標的功能，當其收到智能終端發送的GOOSE變位報文時，測控單元通過解析報文發送時間，可得到相應GOCB（GOOSE控制塊）內信號產生變位的時間，并上送至后臺監控系統。站內開關量SOE信息時標來源如圖3所示。

圖3 開關量SOE時標來源

為了進一步研究智能變電站SOE時標產生的機制，需對智能終端開入響應時間進行測試。智能終端開入響應時間是指開關/刀閘的輔助接點等硬接點開入信號變位到智能終端發出相應GOOSE變位報文的時間，經測試該站某500 kV間隔智能終端的開入響應時間為3 ms，如表3所示。

表3 智能終端開入響應時間測試結果表

之后，對智能終端和測控單元分別開展SOE分辨率測試，選取某500 kV開關A/B/C三相的合位位置和該間隔備用開入44/45/46，分別記錄智能終端及后臺監控系統中信息變位的SOE時標。

如表4測試結果，該500 kV開關A/B/C三相合位位置的SOE信息時標在智能終端和監控系統中一致，但備用開入44/45/46的時標卻相差3 ms?，F場懷疑開關/刀閘變位類的開關量和常規報警信號開關量的時標來源不同，導致后臺監控系統SOE信息的時標顯示混亂?，F場查看SCD文件虛端子連接和訂閱情況，該間隔測控單元從A套智能終端訂閱的A/B/C三相合位位置GOOSE信息除對象（數據對象Pos）、值（數據屬性stVal）外，還訂閱了時標（時標t）信息，而備用開入44/45/46卻僅僅訂閱了Pos對象和stVal值。據此推測，造成后臺監控系統SOE信息時標混亂的情況與SCD文件中測控單元與智能終端虛端子訂閱GOOSE信息時標t的情況有關系。

為了驗證以上推論，選取500 kV第一串間隔（開關/刀閘變位開入GOOSE信息不訂閱時標t）和500 kV第二串間隔（開關/刀閘變位GOOSE信息訂閱時標t）進行測試。通過在智能終端裝置處提取SOE報文和在監控后臺查看SOE信息得到，由于500 kV第一串間隔測控單元訂閱了智能終端發出開關/刀閘變位GOOSE信息的時標t，測試結果發現智能終端和后臺監控系統的SOE信息時標一致；由于500 kV第二串間隔測控單元沒有訂閱智能終端發出開關/刀閘變位GOOSE信息的時標t，測試結果發現，后臺監控系統的SOE信息與智能終端裝置中SOE時標相差了3 ms。根據表3智能終端開入響應時間測試結果可得，這3 ms正好是智能終端把硬接點開入變位轉換為GOOSE變位報文的時間，再次證明了如果測控單元沒有訂閱開入信號的時標t，那么其傳給后臺監控的SOE時標為測控單元解析收到的GOOSE變位報文發出的時間。

基于以上分析可得，在SCD文件中測控單元沒有訂閱智能終端開入變位時標t是造成監控后臺SOE與智能終端SOE時標不一致的原因。

2.3 缺陷處理措施研究

確定缺陷原因后，現場檢查并更改SCD文件開關/刀閘變位信息虛端子連接，要求測控單元同時訂閱智能終端開入變位信息的Pos對象、stVal值和時標t，并由修改后的SCD文件導出測控單元的CID文件和CCD文件下裝至相應測控單元。最后，再次對監控后臺SOE和智能終端SOE時標的一致性進行測試，結果顯示后臺監控系統SOE時標正常，不再混亂，說明該500 kV智能變電站SOE時序混亂的缺陷得到了解決。

3 結束語

通過分析某500 kV智能變電站驗收中SOE時序混亂的原因，發現SCD文件中測控單元訂閱智能終端開入變位時標t虛端子的情況會影響智能變電站后臺監控系統SOE時標的準確度。若在配置SCD文件時測控單元訂閱了智能終端開關/刀閘變位信號的時標t虛端子，則后臺監控SOE時標與現場開關/刀閘的變位時間一致；若測控單元沒有訂閱智能終端開關/刀閘變位信號的時標t虛端子，則后臺測控SOE時標會產生3 ms的誤差，經上文現場測試和驗證確認，該誤差為智能終端將開入變位的硬接點信號轉化為GOOSE變位報文的時間。

綜上所述，為了保證智能變電站全站SOE時標的與實際開關/刀閘變位時刻一致，本文建議在開展智能變電站驗收時要注意檢查SCD文件中測控單元訂閱智能終端開入變位時標t虛端子的情況。另外，在進行智能變電站的事故事件調查時，若SCD文件中測控單元未訂閱智能終端發出的開關/刀閘變位時標t的虛端子，則在分析相關開關/刀閘動作時序時，不能參考監控后臺SOE信息，而是應以智能終端裝置中SOE信息為準。

本文介紹的測試方法及處理過程，不僅為消除智能變電站類似缺陷提供了有益經驗，同時也在智能變電站事故事件調查和原因分析等方面具有一定的參考價值。