500?kV變電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)停止更新的故障分析

盧 剛，肖 靜，段建軍，楊曉濱

(山東電力集團(tuán)公司檢修公司，山東 濟(jì)南 250021)

0 前言

當(dāng)前，隨著我國(guó)電力工業(yè)快速、持續(xù)的發(fā)展，各省級(jí)電網(wǎng)也得到了長(zhǎng)足發(fā)展，超高壓電網(wǎng)500 kV變電站的容量和規(guī)模不斷增大，變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，其對(duì)電網(wǎng)的生產(chǎn)、運(yùn)行、維護(hù)產(chǎn)生了積極而深遠(yuǎn)的影響，并且隨著技術(shù)的進(jìn)步而得到不斷完善和發(fā)展。目前，山東省內(nèi)正在運(yùn)行的29座500 kV變電站全部采用了綜合自動(dòng)化計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。2009年10月建成投運(yùn)的500 kV聞韶變電站就采用了基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的分層分布式變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。結(jié)合該站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)和功能特點(diǎn)，對(duì)該站發(fā)生的一起典型的數(shù)據(jù)停止更新的故障進(jìn)行了深入分析，提出了反措和改進(jìn)建議。

1 變電站概況與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.1 變電站概況

500 kV聞韶變電站是山東電網(wǎng)500 kV網(wǎng)架的重要組成部分，主要承擔(dān)著與山東主網(wǎng)聯(lián)系和功率交換的任務(wù)，是山東500 kV主網(wǎng)架中重要的樞紐變電站。該站500 kV電氣主接線采用3/2接線，500 kV出線6回；220 kV主接線為雙母線雙分段接線，220 kV出線16回；35 kV系統(tǒng)采用單母線接線。該站主變?nèi)萘繛?×750 MVA，采用三相一體自耦變壓器；500 kV，220 kV設(shè)備均采用GIS設(shè)備；35 kV設(shè)備采用敞開(kāi)式設(shè)備；保護(hù)、監(jiān)控及自動(dòng)裝置全部微機(jī)化并下放至就地保護(hù)室。

1.2 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

該變電站采用基于UNIX平臺(tái)的NS2000變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。該系統(tǒng)在硬件架構(gòu)上遵循面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)思想，采用分層、分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，按橫向分為500 kV，220 kV，35 kV以及主變壓器部分，按縱向分為站控層、通信層和間隔層3層。在軟件架構(gòu)上，采用組件對(duì)象模型(COM)技術(shù)和面向?qū)ο蠹夹g(shù)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，軟件采用C++、TCP/IP、OLEDB、SQL、DCOM、ActiveX等，具有良好的開(kāi)放性。

該變電站應(yīng)用基于IEC61850的通信規(guī)約體系，實(shí)現(xiàn)保護(hù)信息和控制信息等的數(shù)字化通訊控制，使整個(gè)變電站的保護(hù)自動(dòng)化系統(tǒng)提升到一個(gè)較高的水平，能滿足未來(lái)系統(tǒng)全信息化和升級(jí)方便的需求，并適應(yīng)未來(lái)若干年系統(tǒng)運(yùn)行要求及電力系統(tǒng)信息化改造的要求，同時(shí)使系統(tǒng)易于擴(kuò)展升級(jí)。500 kV聞韶變電站的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 500 kV聞韶站監(jiān)控系統(tǒng)典型故障分析

2.1 故障概述

圖1 500 kV聞韶變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

500 kV聞韶變電站自2009年建成投運(yùn)以來(lái)，其計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)一直運(yùn)行正常。2012-08-31T01:03，變電站運(yùn)行人員發(fā)現(xiàn)該站監(jiān)控后臺(tái)所有母線電壓、線路負(fù)荷等遙測(cè)數(shù)據(jù)均為零，2號(hào)、3號(hào)主變及220 kV所有線路光字牌閃爍，實(shí)時(shí)告警報(bào)文停止上傳更新。變電站運(yùn)行人員重啟工作站后，仍未解決問(wèn)題。隨后，聯(lián)系監(jiān)控系統(tǒng)廠家，在廠家指導(dǎo)下檢查1號(hào)與2號(hào)服務(wù)器的通訊程序engine進(jìn)程后，判斷為2號(hào)服務(wù)器的engine無(wú)法啟動(dòng)。運(yùn)行人員將2號(hào)服務(wù)器關(guān)機(jī)后，站內(nèi)操作員工作站數(shù)據(jù)恢復(fù)正常刷新。2012-09-01 T08:30，廠家技術(shù)人員到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)2號(hào)服務(wù)器開(kāi)機(jī)啟動(dòng)，發(fā)現(xiàn)engine啟動(dòng)時(shí)需調(diào)用到的libacsi.so文件丟失。將該文件恢復(fù)后，可以啟動(dòng)2號(hào)服務(wù)器的engine進(jìn)程，啟動(dòng)后檢測(cè)2號(hào)服務(wù)器的運(yùn)行數(shù)據(jù)一切正常，站內(nèi)所有監(jiān)控恢復(fù)正常。

2.2 故障分析

該站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主網(wǎng)采用單/雙10/100 M以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，通過(guò)10/100 M交換機(jī)構(gòu)建，SCADA功能采用雙機(jī)冗余熱備用，完成網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)同步功能。在監(jiān)控后臺(tái)服務(wù)器主程序中，engine程序是服務(wù)器用于站內(nèi)設(shè)備通訊的主進(jìn)程。在engine啟動(dòng)過(guò)程中需要調(diào)用系統(tǒng)目錄/NS2000/lib/中的libacsi.so文件，在engine啟動(dòng)之后則不會(huì)再調(diào)用該文件。

從2012-08-31凌晨聞韶站監(jiān)控后臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的情況來(lái)分析，2號(hào)服務(wù)器因?yàn)槟承┮馔庠斐闪薳ngine進(jìn)程的退出。這些意外包括機(jī)器意外掉電，或進(jìn)程從網(wǎng)絡(luò)上收到因誤碼等原因?qū)е碌腻e(cuò)誤報(bào)文等。而服務(wù)器的監(jiān)護(hù)進(jìn)程監(jiān)測(cè)到engine進(jìn)程退出后立即自動(dòng)重新啟動(dòng)engine進(jìn)程，此時(shí)engine進(jìn)程因?yàn)樽x不到有效的libacsi.so文件導(dǎo)致啟動(dòng)失敗，造成2號(hào)服務(wù)器實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)無(wú)法正常更新。此前，1號(hào)服務(wù)器一直都是運(yùn)行正常的，操作員站讀取的是主服務(wù)器的數(shù)據(jù)。當(dāng)2號(hào)服務(wù)器進(jìn)程啟動(dòng)異常后，無(wú)法判斷出網(wǎng)絡(luò)中已存在主服務(wù)器，故運(yùn)行狀態(tài)由備服切為主服。操作員工作站隨即去讀取網(wǎng)絡(luò)中新的主服務(wù)器(即2號(hào)服務(wù)器)的數(shù)據(jù)，從而造成了操作員工作站遙測(cè)遙信都不刷新的情況。

在操作員站數(shù)據(jù)不刷新的這段時(shí)間，1號(hào)服務(wù)器本身的數(shù)據(jù)一直都是正常的，且自己作為主服務(wù)器在運(yùn)行，因此網(wǎng)絡(luò)上出現(xiàn)了2臺(tái)主服務(wù)器，而操作員站讀取的是網(wǎng)絡(luò)中最新升為主服務(wù)器的2號(hào)服務(wù)器的數(shù)據(jù)。故障情況發(fā)生后，運(yùn)行人員在廠家技術(shù)人員的指導(dǎo)下，在關(guān)閉2號(hào)服務(wù)器，操作員站重新尋找網(wǎng)絡(luò)中的主服務(wù)器即1號(hào)服務(wù)器，并正確讀取到1號(hào)服務(wù)器的數(shù)據(jù)之后，數(shù)據(jù)更新就恢復(fù)正常。而2號(hào)服務(wù)器系統(tǒng)目錄/NS2000/lib/中的libacsi.so文件的丟失，則有可能是由于系統(tǒng)程序錯(cuò)誤或維護(hù)人員誤刪除所導(dǎo)致。

2.3 故障反措

聞韶站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)2號(hào)服務(wù)器發(fā)生軟件故障，導(dǎo)致運(yùn)行人員在故障當(dāng)日凌晨對(duì)全站設(shè)備失去監(jiān)控，暴露出該站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)本身在主備機(jī)切換機(jī)制方面存在設(shè)計(jì)缺陷以及變電站在運(yùn)行管理上存在問(wèn)題。因此，必須在對(duì)故障進(jìn)行深入分析的基礎(chǔ)上采取積極有效的預(yù)防措施。

(1) 聞韶站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主網(wǎng)雙網(wǎng)配置的目的是完成負(fù)荷平衡及熱備用雙重功能。在雙網(wǎng)正常的情況下，雙網(wǎng)以負(fù)荷平衡工作，保證實(shí)時(shí)系統(tǒng)的可靠性，而SCADA服務(wù)器負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)和管理，保持實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的最新最完整備份，負(fù)責(zé)組織各種歷史數(shù)據(jù)并將其保存在歷史數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器中。理論上，當(dāng)某一臺(tái)SCADA服務(wù)器故障時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)進(jìn)行切換，切換時(shí)間小于30 s。當(dāng)出現(xiàn)聞韶站所發(fā)生的某臺(tái)服務(wù)器進(jìn)程啟動(dòng)異常后無(wú)法判斷出網(wǎng)絡(luò)中已存在主服務(wù)器并自動(dòng)將運(yùn)行狀態(tài)由備服切為主服的情況時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)增加心跳機(jī)制的邏輯判斷。一旦在網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)2臺(tái)主服務(wù)器的情況，就自動(dòng)打開(kāi)終端窗口并啟動(dòng)STOP命令，強(qiáng)制停止其中1臺(tái)服務(wù)器的進(jìn)程，確保網(wǎng)絡(luò)中始終只有1臺(tái)主服務(wù)器。同時(shí)，系統(tǒng)還應(yīng)增加自監(jiān)測(cè)功能，提供相應(yīng)的告警提示給運(yùn)行人員，使其能對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，能夠在線診斷系統(tǒng)硬件、軟件及網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行情況，一旦發(fā)生異?；蚬收蠎?yīng)立即發(fā)出告警信號(hào)并提供相關(guān)信息。

(2) 聞韶站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的硬件布局方案，是按照《國(guó)家電網(wǎng)公司輸變電工程500 kV變電站二次系統(tǒng)部分典型設(shè)計(jì)》要求設(shè)計(jì)的。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的服務(wù)器和操作員工作站采用機(jī)架式服務(wù)器，組屏(柜)布置，放置于計(jì)算機(jī)通信機(jī)房，服務(wù)器在屏(柜)上設(shè)置維護(hù)用機(jī)架式顯示器，操作員工作站經(jīng)KVM延長(zhǎng)器的方式延長(zhǎng)至主控室。這種方式下，運(yùn)行人員在主控室只能查詢和維護(hù)操作員工作站的內(nèi)容，而無(wú)法掌握服務(wù)器的運(yùn)行情況。當(dāng)主控室內(nèi)操作員站顯示器數(shù)據(jù)不刷新時(shí)，站內(nèi)運(yùn)行人員就會(huì)誤以為全站數(shù)據(jù)中斷。如果運(yùn)行人員能夠在主控室監(jiān)視到服務(wù)器的信息，就不會(huì)導(dǎo)致對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行狀況發(fā)生錯(cuò)誤判斷。因此，計(jì)劃對(duì)該站計(jì)算機(jī)通信機(jī)房?jī)?nèi)的監(jiān)控系統(tǒng)服務(wù)器屏進(jìn)行改造，通過(guò)2臺(tái)服務(wù)器KVM延長(zhǎng)的方式，將其顯示器放置于主控室，使運(yùn)行人員能夠全面掌握監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行工況，解決因服務(wù)器發(fā)生問(wèn)題而操作員工作站不能監(jiān)盤(pán)和及時(shí)消缺的問(wèn)題。

3 結(jié)束語(yǔ)

變電站是電力系統(tǒng)中不可缺少的重要環(huán)節(jié)，它擔(dān)負(fù)著電能轉(zhuǎn)換和電能重新分配的繁重任務(wù)，對(duì)電網(wǎng)的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行起著舉足輕重的作用。隨著數(shù)字化變電站技術(shù)的不斷創(chuàng)新和發(fā)展，對(duì)變電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性、保障實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和及時(shí)性都提出了越來(lái)越高的要求。變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)不僅要滿足站內(nèi)值班監(jiān)控的要求，還要滿足各級(jí)調(diào)度部門(mén)對(duì)信息的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性的要求，以及“大運(yùn)行”體系下集控建設(shè)對(duì)站內(nèi)設(shè)備控制和操作的可靠性要求，所以監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)方案設(shè)計(jì)以及信息流的合理流向問(wèn)題都是需要進(jìn)一步研究和探討的課題。