智能变电站双套智能终端切换方案的研究

郭飞 曹坤 杨凡

（国网冀北电力有限公司检修分公司）

智能变电站双套智能终端切换方案的研究

郭飞 曹坤 杨凡

（国网冀北电力有限公司检修分公司）

本文对目前部分在建智能变电站中智能终端与测控之间的上送原则及双套智能终端切换所存在的问题进行了阐述，并对两种不同的切换方案进行了测试、分析及对比。两种方案的实现分别基于过程层的智能终端和间隔层的测控装置，并陈述了两种方案的具体实现过程，而且在遥信电源故障、一次设备辅助接点卡死及更极端的故障条件下，对两种切换方案进行测试。最后简单分析了两种方案对监控自动化系统产生的影响及两者的优缺点。

智能变电站；智能终端

0 引言

随着智能变电站技术的快速发展，智能化二次设备的应用也日渐成熟。目前，智能终端作为过程层设备与一次设备采用电缆连接，与保护、测控等二次设备采用光纤连接，实现对一次设备的测量、控制等功能[1]。在部分智能变电站的过程层设计方案中，智能终端采用双套设计，以提高对一次设备状态、位置等信息的准确反映能力及遥控等功能的可靠性，双套智能终端均与测控装置相连接。在正常运行时，不同的上送原则并不影响“四遥”功能的实现，而当其中一套智能终端出现故障时，在不同的上送原则下则需要不同的切换方案或方法，以保证数据、信号及命令的正常传输和执行。本文所研究的内容是依据实际在建工程中所发现的问题，经过初步实验及分析，提出不同的切换方案，并对不同的切换方案涉及的改动及影响进行了简单的对比分析。

1 上送原则及存在的问题分析

测控装置接收智能终端信号的原则可以分为单套上送原则、双套上送原则、主备原则、变化量上送原则[2-5]四类。

1.1 单套上送原则

在单套上送原则下，双套智能终端只对应双套保护装置，测控装置只接收A套智能终端的信号。这种运行方案的可靠性不高，当A套智能终端或链路发生任何故障或异常时，没有可替代的设备维持相关信号及设备的正常上送与运行。

1.2 双套上送原则

在双套上送原则下，测控装置接收两套智能终端的信号并转发至站控层，并在系统后台间隔画面中分别显示A、B两套智能终端相关信号的画面。在这种运行模式下，可以保证两套智能终端的相关信号都反映在运行人员面前，且当其中一套智能终端异常、故障或链路异常甚至断链时，并不影响对相关一次设备的监控。在双套上送原则下的智能终端应具备某些特定告警信号的互发功能，例如，A套遥信失电等故障应能由B套将信号上送至测控装置，另外，测控或后台应能发现A、B套智能终端不一致的变位信号，并给出“双通道不一致”的告警信号，以方便对相关故障点进行检查。但这种运行模式无疑会额外增加一定量的数据传输，特别是发生事故时，会对网络通信造成一定的负担，运行人员及远方监控人员也需要处理更多的信号，增大了运行维护的工作量。

1.3 主备原则

在主备原则下，测控装置在正常运行时只接收A套智能终端的信号或报文，只有在A套智能终端发生断链、程序跑死、设备故障、报文质量位异常或与测控装置检修不一致等情况下，测控装置才采用B套智能终端的信号。采用此种运行模式，可以避免单套运行可靠性低的问题，且对网络通信不会造成太大压力，但需要解决何时切换至B套智能终端的问题，不仅需要通过A套智能终端对自身的运行情况进行检查、也需要与B套智能终端进行配合，以实现硬结点方式或逻辑方式的判断及对链路通信状态的判断，这就对装置的软件方面提出了更高的要求。

1.4 变化量上送原则

在变化量上送原则下，A、B套智能终端将相关变位信息都上送至测控装置，测控装置则以最后接收到的变位也就是最新的变位上送至后台，当两套智能终端的变位信息不一致时，提示为双通道不一致。这种运行模式可以保证相关的变位信息能够正确上送的可靠性，而缺陷在于当其中一套智能终端由于异常或故障发生异常变位信息时，系统不能进行有效的判别。

以A套智能终端失电时的开关位置双点信号为例，位置信号由“01”或“10”突变为“00”，此时测控装置及后台会显示开关位置为不确定态，不能反映实际位置，直到一次设备有真正变位时，由正常的B套智能终端将新的变位信息上送至测控装置。此时，双套智能终端其实是相互独立的两套设备，并不能起到互为备用，导致其中一套遥信开入电源失电的情况下上送了错误的遥信信息。本文便是以解决这个问题为目的展开研究和测试。

2 解决方案

为实现智能终端遥信电源失电告警，分别在两套遥信电源空开上加装辅助常闭接点，并互相开出到对方的其中一个二次告警信息开入通道中，以实现遥信电源失电的互相告警功能。

2.1 基于智能终端的过程层解决方案

基于智能终端的过程层解决方案需要智能终端具备调整消抖时间的功能，是通过设定智能终端特定开入的消抖时间，使遥信失电告警GOOSE快于其他GOOSE达到测控装置，时间差一般为15～20ms，由测控闭锁并屏蔽出现故障的一套智能终端所有变位信息。

以A套智能终端遥信电源失电为例，在A套智能终端电源消失时，首先通过B套智能终端上送“A套智能终端遥信失电”告警GOOSE给测控装置，测控装置收到该GOOSE后随即闭锁对A智能终端的GOOSE处理，这样A套智能终端电源消失后误发的GOOSE变位会被测控闭锁不处理。过程如图1所示。

图1 GOOSE上送示意图

当A套智能终端遥信电源恢复后，测控通过判断检测后，延时1s解除对A套的闭锁，并接受之后A套的遥信变位信息。

2.2 基于测控装置的间隔层解决方案

在不修改智能终端消抖时间的前提下，可以在测控装置上对GOOSE报文的缓存及读取时间进行程序上的设置。在满足正常运行要求的前提下，使测控装置对特定的告警GOOSE信号进行优先处理，并通过逻辑判断实现当其中一套智能终端遥信失电告警时，能立刻屏蔽掉此套智能终端的遥信信号；当测控装置检测到智能终端遥信电源恢复时，能瞬时解除闭锁，而在故障过程中所发生的变位信息由另一套正常的智能终端进行上送。过程如图2所示。

图2 基于测控装置的切换方案示意图

3 方案测试及结果对比

3.1 方案测试及结果

针对两套解决方案进行了两种相关的测试：模拟只有A套智能终端遥信电源失电的情况；模拟A套智能终端遥信电源失电，同时，与B套智能终端相连接的一次设备辅助接点卡死的情况。

当A套智能终端遥信电源失电时，测控及后台仍然保持智能终端发生故障前的位置信息，在A套智能终端故障复归之前的所有变位均能通过正常的B套智能终端上送至测控装置及后台。所以，在此种故障情况下，两套解决方案均能使变位信息如实地上送，起到切换的作用。

当A套智能终端遥信电源失电，同时，与B套智能终端相连接的一次设备辅助接点卡死的情况下，此时遥信变位信息亦不能通过B套智能终端正确地上送给测控。基于智能终端的解决方案在A套智能终端遥信电源故障复归后，由于测控取消对A套智能终端的屏蔽需要一定的时间，所以在此情况下并不能反映正确的遥信变位信息；而基于测控装置的解决方案在A套智能终端恢复后，能够立刻取消其对A套智能终端装置的屏蔽，此时的遥信变位信息在故障恢复后能够及时地上送至测控和后台，反映一次设备位置及其他信号的实时信息。具体过程如图3所示。

图3 故障及切换示意图

3.2 方案对比

方案一的优点在于简单易于实现，只需要对智能终端特定告警信号的消抖时间进行修改，使其满足时间差的要求，就可以实现测控对故障智能终端的闭锁。同时，在测控装置上做出的程序改动也较小。而不足之处是目前部分厂商的部分型号的智能终端消抖时间等参数是不能更改的，无法满足特定告警信号优先上送以实现闭锁等功能。

方案二的优点在于不用在智能终端上做出改动，只需要在测控装置中对程序作出修改，以确保对特定的告警信号优先进行判断来实现屏蔽故障设备的功能。任何型号的智能终端均适用于此套方案；缺点在于对测控装置内部所改动的设置或程序是否会对运行产生潜在的影响还有待进一步验证。

4 结束语

本文通过对实际工程问题的研究和分析，针对变化量上送原则下双套智能终端的切换问题，以遥信电源失电为例提出了两种双套智能终端切换方案，并对两种方案做了初步的试验和比较，阐述了两种方案的实现方式及其优缺点。由于这是目前部分在建智能变电站所面临的实际工程问题，所以本文所做的研究能为实际工程中智能终端、测控装置的设计、软件的开发及实施过程中所存在的涉及切换的问题提供一定的参考。

[1] 高翔.智能变电站技术[M].北京：中国电力出版社，2012.

[2]倪益民，杨宇，樊陈，等．智能变电站二次设备集成方案讨论[J]．电力系统自动化，2014，38(3)：194—199.

[3]国家电网公司．智能变电站继电保护技术规范[S].2010.

[4]国家电网公司．智能变电站智能终端技术规范[S].2010.

[5]樊陈，黎山平，高春雷，等．集成式中低压数字化变电站自动化系统设计[J]．电力系统自动化，2010，34(13)：84—87.

2017-05-16）