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变电站数字化维护存在问题与应对方式探讨

发表时间：2020/11/12 来源：《基层建设》2020年第21期作者：张宏耿

[导读] 摘要：针对我厂各站所数字化消缺调试的常见故障：通信网络类故障、数据采集故障、误报警故障和与其他厂家装置不匹配故障进行了分析和归纳，从大量的现场数据中找出其规律性，分析了产生的原因（产品质量、不同厂家设备的接口通信、开放性等问题），提出了处理建议与改进措施。

        长庆油田公司水电厂水电安装大队甘肃庆阳 745100
        摘要：针对我厂各站所数字化消缺调试的常见故障：通信网络类故障、数据采集故障、误报警故障和与其他厂家装置不匹配故障进行了分析和归纳，从大量的现场数据中找出其规律性，分析了产生的原因（产品质量、不同厂家设备的接口通信、开放性等问题），提出了处理建议与改进措施。着重介绍了与变电站数字化化系统密切相关典型问题的解决方法，为快速查找和正确处理变电站数字系统故障提供了指导方法。
        关键词：数字化   故障   消缺
        随着自动化技术、通信技术、计算机和网络技术的飞速发展与应用普及，目前我厂变电站大多实现了不同等级的数字化。数字化系统不但在现场生产与办公等方面提高了生产运行部门的工作效率，使得电力生产更加数字化、自动化，同时也使得现场运行更加安全可靠，运行维护成本大大降低，效益显著提高。并且在后期多变电站集控应用上，数字化系统的应用也是实现集控必需具备的基础条件。随着数字化变电站投入运行的时间逐渐增长，在现场实际工作中各类问题也慢慢出现，其中就具有普遍代表性的问题进行分析探讨。
        1、故障分类
        1.1、一般故障
        1.1.1、遥信定义与实际功能不对应。
        1.1.2、遥测值与实际电流、有功、无功值不相符。
        1.1.3、监控程序出错、死机，单个独立测控装置遥测、遥信不刷新，但不影响遥控功能。
        1.1.4、在没有工作且装置正常运行情况下，突然产生的遥信变位。
        1.2、不影响设备运行的监控系统故障
        1.2.1、测控装置与监控系统通信中断。
        1.2.2、保护测控一体装置与监控通信中断，但保护功能正常。
        1.2.3、当地监控与主站端通信中断。
        1.2.4、通信虽未中断，但误码率高，影响遥控功能。
        1.2.5、遥控命令发出，有返校但遥控未成功。
        1.3、影响设备运行的综自系统故障
        1.3.1、保护测控一体装置与监控通信中断，但保护功能不正常。
        1.3.2、当地监控系统出现大面积通信中断且执行“重新启动”后仍不能恢复正常。
        1.3.3、当地监控系统无法与微机五防系统联系，实现五防控制功能。
        1.3.4、监控系统点表与实际装置各点关联错误或二次回路接线错误。
        2、常见故障及其处理
        2.1、检修常用简易故障处理方法如表1
                                                                  表1常见故障处理

        2.2、运行常用故障处理常用方法
        2.2.1、因变电站微机监控程序出错、死机及其他异常情况产生的软故障的一般处理方法是“重新启动”。
        （1）若监控系统某一应用功能出现故障，可重新启动该应用程序。例如：五防服务出错，完全关闭五防服务程序后，重新启动五防服务应用程序即可（不必重新启动整个计算机）。
        （2）若监控系统某台计算机完全死机（操作系统软件故障等情况），必须重新启动该台计算机并重新执行监控应用程序。
        （3）变电站监控网络在传输数据时由于数据阻塞造成通讯死机，必须重新启动传输数据的集线器（HUB）或交换机。
        （4）任何情况下发现监控应用程序异常，都可在满足必需的监视、控制能力的前提下，重新启动异常计算机。
        2.2.2、两台监控后台正常运行时以主/备机方式互为热备用，“当地监控1”作为主机运行时，应在切换柜中将操作开关置在“当地监控1”，这样遥控操作定义在“当地监控1”上，“当地监控2”（备用机）上就不能进行遥控操作。当“当地监控1”发生故障时，“当地监控2”自动升为主机，同时应在切换柜中将操作开关置在“当地监控2”。
        2.2.3、某测控单元通讯网络发生故障时，监控后台不能对其进行操作，此时如有调度的操作命令，值班人员应到保护小间进行就地手动操作。同时立即汇报调度通知专业人员进行检查处理。对保护测控一体装置，运行人员在专业人员指导下，依据调度令可短时退出保护进行断电复位单一操作，观察装置通信是否恢复正常。如不能恢复，应立即通知专业人员进行处理。
        2.2.4、微机监控系统中发生设备故障不能恢复时应将该设备从监控网络中退出，断开与通信网络的联系，并及时汇报调度部门。
        3、监控系统的故障检查
        3.1、采集单元的故障检查如下：
        3.1.1在监控系统遥测表画面下，如果发现某一间隔的所有遥测数据不会更新，且站内网络通讯正常、支持程序运行正常、采集装置运行指示正常，即可判断该间隔的采集单元已“死机”或已损坏。
        3.1.2在检查日负荷或电压报表时，如果发现某一间隔的所有报表数据或遥测值一直都未改变过，且站内网络通讯正常、支持程序运行正常、采集装置运行指示正常，此时应检查该间隔的采集单元是否已经“死机”，通信通道连线两端连接是否可靠牢固。
        3.2、变电站微机监控网络通讯中断应检查：
        3.2.1根据监控后台的“通讯一览表”，确认已中断通讯的是哪一装置。
        3.2.2检查各计算机的网卡运行是否正常。
        3.2.3检查网线是否正常。
        3.2.4检查光缆是否正常。
        3.2.5检查光电转换器是否已损坏。
        3.2.6对经过规约转换的设备，还应检查485转换机运行是否正常。
        3.2.7检查中断通讯的装置是否仍在运行状态，运行是否正常。
        3.2.8检查光电转换器是否正常。
        3.3、在微机监控后台通讯一览表中，如果发现某一保护小室的通讯全部中断，在检查该保护小室内各继电保护及自动装置都运行正常的情况下，应检查安装在该保护小室内的光电转换器或安装在主控制室内与该小室对应的光电转换器是否发生故障。
        3.4、在监控机上不能对一次设备进行操作时：
        3.4.1检查五防应用程序及五防服务程序运行是否正常，必要时可重新启动五防计算机并重新执行五防程序。
        3.4.2检查发出的操作命令是否符合五防逻辑关系，若五防系统有禁止操作的提示，则说明该操作命令有问题，还必须确定此项操作是否为误操作。
        3.4.3检查被操作设备的远方控制是否已闭锁，若远方控制闭锁，应将远方/就地选择转换开关切换至“远方”，或投入遥控分、合闸压板。
        3.4.4检查被操作设备的断控装置运行是否正常，必要时可重启该设备的断控装置。
        3.5、在监控机上投退保护软连接片不成功时应检查：
        3.5.1监控网络是否通讯中断。
        3.5.2监控程序是否出错。
        3.5.3监控系统从实时数据库读取的连接片位置是否对应。每次投退连接片后，监控系统实时数据库将把连接片的位置记录下，但有时由于网络传输数据出错，影响到实时数据库，此时在操作保护连接片时，因连接片实际位置为要操作的位置，位置不对应，使得操作不成功。例如：连接片实际位置为“投入”，实时数据库原记录也为“投入”位置，但由于数据库出错使记录改为“退出”位置（监控系统显示仍为“投入”位置），此时要将保护退出，因数据库记录与实际位置不对应，操作不能成功。
        3.5.4受有些保护运行要求的影响投退不成功。例如：LFP系列保护装置在进入保护菜单后，远方操作保护连接片及保护定值都不能成功。
        4、南瑞厂家系统常见故障处理
        4.1、当地监控遥测数据与实际不对应
        4.1.1检查测控单元运行灯正常。大部分情况可以通过更换电源插件消除。
        4.1.2进入测控装置采样菜单，检查遥测采样值各相是否平衡，是否符合实际负荷值。
        4.1.3对于单相或两相采样不准，应检查装置采样外回路二次接线是否正确，是否存在二次回路虚接现象。还可以调整采样精度或更换采样插件。
        4.1.4用相位表测量二次回路实际二次值，与采样值比较，判断装置模数转换是否正常。工作中注意防止造成交流电流二次回路开路。
        4.1.5检查测控单元通信地址是否错误，测点与数据库关联是否错误。重新修改地址或关联。
        4.1.6用相位表实测负荷电流二次值，核实数据库遥测系数整定是否正确。更改当地功能遥测系数同时联系、通知调度主站端更改遥测系数。
        4.2、局部网络通信中断，数据不更新
        4.2.1检查通信结构联系图，观察网络通信状态。
        4.2.2检查总控单元（如RCS-9698）通信口状态是否正常。
        4.2.3对于以太网结构，检查HUB集线器是否正常运行，与局部网络连接的通信端口状态是否正常。可以更换集线器，更换使用相同类型备用通信端口。
        4.2.4对于485总线结构，可以重复采用二分法快速判明故障范围。采用逐个断开测控单元通信端口的方法，查找故障通信口。更换备用通信口，解决因单个通信口损坏，钳制网络正常电位降低，造成局部网络通信中断的问题。
        4.2.5检查通道防雷是否损坏，防止通道因雷击损坏。更换防雷器或通信接口插件。
        4.2.6检查通道匹配电阻是否损坏，更换。
        4.2.7检查通道接地是否正确，是否可靠良好。
        4.2.8检查通道两端或各节点连接是否可靠，用衰耗器测试通道衰耗在何处突变。更换连接头或通信网线、电缆。
        4.3、遥控命令发出，返校正常但遥控未成功
        4.3.1遥控方式选择手把是否置于“遥控”或“远方”位置。
        4.3.2遥控跳、合闸压板是否投入。
        4.3.3检查测控装置报文是否收到遥控命令，并能启动相应功能出口。更换出口插件。
        4.3.4检查保护装置运行是否正常。
        4.3.5检查控制电源和控制回路是否正常。更换装置电源或操作插件。
        4.4、遥调命令发出，遥调不成功
        4.4.1检查主变测控装置运行是否正常。是否接收到遥调指令。
        4.4.2出口压板是否投入，出口继电器接点是否导通。更换装置出口插件。
        4.4.3调压控制器电源未投入或损坏。
        4.4.4外部开入量强制闭锁主变调压。如，主变过负荷闭锁有载调压开入动作。
        4.4.5调压控制器调压方式选择未置于“远方”位置。
        4.4.6档位遥信不变位，无法正确反映档位变化。检查档位接线是否松动，更换档位控制器。
        4.5、对中调 DNP规约通信中断
        4.5.1检查远动通信屏远动通信单元运行是否正常。主从机切换，复位。
        4.5.2检查通信单元背板通信接口状态是否正常。更换备用接口。
        4.5.3检查通道连接是否可靠、紧固。
        4.5.4联系中调远动值班人员切换DNP通道，观察是否运转正常。
        4.6、主计算机不能查看保护信息或动作信息
        4.6.1检查计算机是否与总控单元通信中断。主从机切换或将总控单元断电重启。
        4.6.2检查总控单元是否与保护装置或单元测控装置通信中断。重启单元测控装置或按照调度命令复位保护装置。
        4.6.3检查保护装置运行是否正常。通信接口状态是否正常。
        4.6.4检查通信报文是否正常。
        4.6.5察看数据库是否未经定义或定义出错。修改定义数据库。
        4.7、调度端经常报通道退出
        4.7.1由总控引起，a、主备机切换，这种现象要检查切换的原因来解决。b、总控重启，这种现象要检查总控重启的原因来解决。
        4.7.2 由收发功率电平引起，这种主要是发送功率电平偏低接收功率电平设置偏高导致收发不正常，这种问题可以通过两端监视报文查出。
        4.7.3 通道本身故障，这种现象因为牵扯用户通讯班一般比较难查。
        4.8、调度端及子站都说设置好了就是收不到对侧的报文
        4.8.1 先检查组态的设置是否正确（注意组态以装置上装的为准），检查组态的串口、规约、波特率、中心频率、频偏、奇偶校验等设置有没有问题，发送、接收正负逻辑设置是否一致。
        4.8.2 在确保以上设置没有问题的前提下，检查装置运行是否正常，所检查的项目主要是运行灯、报警灯、备用灯是否正常，液晶上指示是否正常，装置背后通道指示灯是否正确。
        4.8.3 如果上述测试都没有问题，可以交换R+R-与T+T-接线检查是否接错线。
        4.9、接收到对端的是误码或者部分数据正确
        4.9.1先检查组态的设置是否正确（注意组态以装置上装的为准），检查组态的串口、规约、波特率及奇偶校验设置有没有问题
        4.9.2对于问答式规约，在保证上述设置正确的前提下，我们断开防雷器外通道看能
        否收到误码或者乱码，如果仍然能收到说明板子跳线或者硬件有问题，如果能收到，让主站断开通道检查一下我们能否收到误码或者乱码，如果在主站断开通道的前提下我们仍然收到乱码或者误码，说明通道本身有问题（可能是收发短接或者别的通道串入此通道），此时通知用户检查通道，如果收不到数据说明通道是一对一的，这种情况下把R+与T+、R-与T-短接，看调度能否收到他们发的报文，如果收到的是乱码说明通道有问题，如果接受正常说明通道无问题，此时我们可以把我们的子站的规约换成循环上送规约让主站给我们置环，监视一下接收是否正常，用以检查子站的通道板及通道是否正常；如果正常说明通道及通道板没有问题，如果不正常说明通道或者通道板有问题，为了区分通道问题还是通道板的问题，我们用交互检查的方法来检测我们的通道板，如果交互检测没有问题那就是两边的中心频率、频偏、波特率设置不一致，这种情况可以用万用表量一下各自发送的频率是否与设置的一致；
        4.9.3对于循环上送式规约用同样的用置环的方法先试通道再试装置来检测问题
        4.9.4 如果收到的报文时好时坏（在保证总控运行正常的情况下），主要是两个原因引
        起，一个是收发功率问题引起这种情况，可以把接收功率调低、发送功率调高，第二个原因是接线不牢固引起，除了检查我们屏柜的端子外还有就是通讯的配线架上接线。
        4.10、在调试9793/4 过程中，9794 组态工具和CPU 程序的注意事项
        4.10.1调试组态工具使用1.06 版本。
        对于新站一律使用1.06 的组态工具来开展调试工作。以后如果有更新的组态工具，则使用更新的。碰到1.02 以后，1.06 以前的组态，如果打开错误，可以根据组态工具的提示，逐步消除以前的组态内容中的错误后再打开。
        4.10.2碰到老站不要轻易升级CPU 程序。
        有些老程序有可能在程序中有小改动，如果一定要升级，建议一定要做好备份，把
        CPU 程序DOWN 下来。
        4.10.3传程序还是建议大家用串口开通FTP 功能后下传，尽量少用组态工具传。
        4.11、9794A在与直流屏通讯时，发现遥测值在后台没有显示
        4.11.1遥信遥测上送没问题，察看通讯地址及规约也都是对的。有可能就是通过网络上送时的问题。
        4.11.2在南瑞继保、新RCS9000监控规约里加上需要筛选信息这一选项，然后在9798组态里把所有要上传的“四遥”都选到网口1对应栏里。
        4.11.3在可变信息栏中，需要筛选信息选yes，遥测上送频率建议选1分钟（默认为5分钟），通过这些设置后，遥测可以正确上送。
        4.12、定值，保护测量，区号或者过路组数据无法上送。
        4.12.1先检查一下后台命令是否正确，参考具体规约的使用说明。
        4.12.2检查命令是否发到CAN网，可以用组态工具的调试功能监视。
        4.12.3检查命令是否发到了装置：A：对于cpu3的网络装置，可以用sinff网络监视软件或者组态工具的调试功能监视（2004年4月以后的cpu程序）。B：对于接在扩展板的装置，可以用组态工具的调试功能监视串口数据，或者直接并在串口上监视。
        4.12.4装置是否响应了下发的命令。装置不响应，请与装置的开发人员联系，以确定原因。
        4.12.5响应数据是否送到CAN网。
        4.13、数据采集类故障
        实际运行中，在网络连接正常的情况下，存在个别遥信信号量显示与现场实际状态不一致的问题。例如，某保护屏上压板投退后，监控主机却显示并未变位。该类情况往往还应参考SOE事件信号进行综合分析判断。当SOE事件中也没有该压板投退的信号出现时，可以判断是属于保护装置与自动化系统间通信出现故障，或是保护管理机死机，此时只需对保护管理机重启便可恢复正常，也可能是因保护装置内部的通信出口模块损坏导致信号缺失，此时需要对相关模块进行修复、更换。当SOE事件中有该压板投退信号时，则说明保护装置与自动化系统的通信采集正常，此时需要对自动化系统数据库中该压板软节点的定义进行重新设置修定。对于遥测硬节点开入的报文，如果某一硬节点开入信号丢失，或频繁动作、复位（即节点抖动），而与现场实际运行情况不符时，则该节点的接线触点可能存在接头松脱、虚接的现象，需要对接线进行紧固处理。如果同属于一个测控装置的多个硬节点开入同时出现信号丢失、节点抖动的问题时，则应对该测控装置的开入模块加强检查，同时检查其管理插件配置是否存在不匹配现象。
        4.14、误报警故障
        在自动化系统中，所有非自动化系统厂家的保护装置发出的软报文，均由保护管理机接入自动化系统后台数据库。当保护信号量非常大的时候，例如保护调试、系统事故等情况，保护装置发出的部分信号会堆栈在保护装置内存中，根据通信规约先入先出的原理，这部分堆积的信号会在下次保护管理机读取信号时（如收发信启动），随着收发信告警信号一起被保护管理机读取上报至监控主机报文，对运行监视及信号判断造成干扰。此类因堆积而延迟上报的信号，其动作时间不是当前时间，而是其真实发信时间，此时需要结合现场实际保护动作情况进行分析判断，将其告警发生时间与相应保护装置内的历史记录进行对比，即可发现属于信号堆积延迟误报警，进而排除干扰。对于存在该类问题的变电站，可以在每次保护调试或事故处理后，对保护装置内存事件进行清空，即可解决该问题。
        4.15、与其他厂家装置不匹配故障
        现场运行中发现，有一部分厂家的同一类型保护装置存在装置异常、通信中断等频繁告警现象，主要是因为保护装置与数字化系统存在不匹配造成的。针对该类问题，厂家分别对各自的通信模块与规约进行了修改升级，可使该类问题得以解决。
        5、综合性问题探讨及建议
        5.1 产品质量问题
        正常运行维护中对通信网络的操作并不多，而之所以会出现各类通信中断的问题，最主要的就是在于自动化系统的产品设备选型方面存在着所选系统不够全面、产品质量不过关、系统性能不达标等问题。一些产品出厂时能够正常调试使用，但在运行一段时间之后稳定性有所下降，厂家对现有设备改进更新的积极性不高，缺乏质量保证措施，对设备售后出现质量问题的反馈与改进不足，致使一些相同的问题重复出现。
        5.2 不同厂家设备的接口通信问题
        接口问题是自动化系统中非常重要而又长期以来未得到妥善解决的问题之一，包括RTU、保护、五防、直流监测、故障录波、无功装置等与数字化系统设备之间的通信。这些不同厂家的产品要在数据接口方面沟通，需花费软件人员很大精力去协调数据格式、通信规约等问题，与自动化系统通信时也需要通过加装保护管理机（规约转换器）等中间设备进行沟通，既增加了投资成本，又因为中间环节设备的增加而导致故障发生概率的增高。当不同厂家的产品、种类很多时，问题会更多，例如姬塬变等站。
        5.3 标准的制定
        各电压等级站所（含简易变）、新建变电所、单一间隔投运数字化验收标准模糊，导致部分站所屏内接线混乱，数字化设备布局不合理且不易整改，验收过程中仅停留在就地模式忽视远方模式，导致部分站所或间隔不具备调试要求就上报调试，例如，候市变某出线刀闸，大水坑变11112刀闸，均属于施工方未接线或接线错，导致可就地却不可遥控，因此应加强承包商管理、验收标准制定，同时新投运设备的验收应由各大队安排人员对新装设备进行拍照，并将照片发指定单位对设备安装是否规范进行备案审核。
        5.4、已安装在变电所的数字化设备，没有可验证的巡视制度和验证方式，不利于运行人员了解数字化设备，出现故障时相当部分的运行人员无法提供远程协助；烟感等部分设备检测手段陈旧，应采购自动型感烟探测器功能试验器等设备。
        5.5、部分站所装置老旧，厂家已不生产，达不到数字化要求，例如：定边大队陈高庄，西掌塬，刘峁塬变（南自）等。
        5.6、故障上报流程时效有问题，不利于备料及分析故障和处理。例如：1、某变IP电话路由器已知坏但缺陷单没有；2、某大队、某站所、集控站、数字化中心四方提供了不同的数字化缺陷，且部分描述不清；3、某大队上报某变电度表未录入故障，原电度表不具备功能已要求前一年更换，但未更换又要求处理缺陷。
        6、小结
        在对站所数字化系统出现的各类故障进行归类分析之后，在实际检查处理过程中不断总结经验，找出其规律性，可以对数字化系统各类故障的排查进行指导，以便迅速发现故障点，消除缺陷，缩短故障存在时间，进而提高设备运行的稳定性。随着通信技术与计算机技术的不断进步，变电站数字化系统也将不断发展完善，这就要求电力生产人员对数字化系统熟悉掌握，充分发挥其作用，才能提高工作效率，保证电网的安全、经济、优质运行。
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