WY2000故障录波信息管理系统在江西九江供电公司的应用

WY2000故障录波信息管理系统技术资料之一WY2000故障录波信息管理系统在江西九江供电公司的应用廖晓春摘要:故障录波装置是保证电力系统安全稳定运行的重要设备，是电力系统不可缺少的组成部分。故障录波信息管理系统对故障录波装置进行在线健康状态的监视，为故障录波信息提供了统一的分析平台，有利于调度端快速、简便、全面获取故障信息，快速作出事故处理方案，同时为精确故障定位、优化生产调度与管理决策、防止误判断可能造成的事故扩大、实现设备事故的超前控制，减少电网的事故损失等起到重要作用。本文结合我公司承接的江西省九江供电公司220kV故障录波信息网工程的设计和实施，详细阐述了新型录波信息管理系统如何高效为电网用户服务。0引言故障录波信息管理系统，是一个集信息采集、传输、分类、整合、发布功能于一体的智能程度很高的电网信息自动化系统。无论是电网正常运行，还是在电网发生故障情况下，系统都能将辖区所有变电站内的故障录波装置的信息完整、及时、正确地呈现在调度控制中心相关专业人员面前。采集到的信息经过整合后可进行高级分析和二次利用，能够快速、准确地判断故障性质、故障位置，为电网及时排除故障、调整运行方式、减少停电范围提供科学依据。九江供电公司故障录波信息网是一个复杂的信息集成系统：（1）在变电站层，需要面向不同厂家、不同接口、不同时期、不同规约版本的录波装置；同时要面向变电站改造过程中一次系统、二次系统的不断扩容和升级；智能设备在物理上组网后，仍存在着繁重的规约转换工作；（2）根据目前的调度体制，变电站需要向不同的调度中心传送采集的故障录波信息，可能面对采用不同的通信协议；1（3）在主站端，故障录波信息管理系统应该与现有的其它信息系统进行有效结合，保证过去的投资不浪费。故障录波信息管理系统相对于传统的故障录波调度系统，其特点是：（1）保证信息的传输的实时性、可靠性；（2）基于B/S/C设计的通信结构，有专门的主机，支持WEB发布；（3）为故障录波设备量身定制的信息统计、汇总和检索服务；（4）跨平台性。故障录波信息管理系统和目前广泛采用的电网继电保护信息管理系统也有着本质的区别，主要表现在：（1）故障录波信息管理系统只针对变电站故障录波装置，不关心保护设备及其它安全自动装置；（2）轻松应对大容量、高密集的文件传输对系统通信资源的极限考验；（3）无论从技术实现还是从电网运行管理上看，故障录波装置和保护装置应该是分开的。保护装置负责决策，故障录波装置负责提供第三方证据，所以在原子数据的采集上它们必须各自独立。系统在施工时，必须考虑以下重大问题：（1）目前绝大多数故障录波装置并没有采用标准的103或者61850规约，变电站端的录波装置多种规约并存、有些规约的设计因为年代久远型号落后，造成规约本身有缺陷，很难保障接入的可靠性；（2）故障录波装置广泛采用的是工控机＋WINDOWS操作系统，工控机属于旋转部件本身不可靠，而针对WINDOWS操作系统的病毒十分普遍防不胜防，因此，保护主站端的主机不受变电站端病毒的攻击，将是一个重大挑战；（3）故障录波数据量十分庞大，通信传输和数据存储的压力都十分巨大，此外，站在用户的使用角度来看，系统必须从这些海量数据中筛选和过滤出用户最关心的部分，这是系统设计的最大难点，处理得当就是最大亮点；（4）电网继电保护故障信息管理系统是一件新生事物，设计和实施过程中还存在诸多不确定因素，必须充分和用户交换意见，反复摸索实践经验。1工程设计九江供电公司本次工程接入的故障录波装置有四个厂家供货的六种型号共2计十六台设备，作为江西全省故障录波信息管理系统的先行试点，为了客观评估系统投运各项指标，特意在九江供电公司调度大楼通信机房配置了主站服务器全套软、硬件系统，保留所有物理信道和软件规约接口，既满足现有需求，也可直接用于正在投建的江西全省故障录波信息网九江分站。图1：故障录波信息管理系统结构图1、1对设备联网方式进行优化，目标是：简化接线，便于施工、巡视、检修；减少中转环节；所有的通信环节必须可靠、可测、可控；所有的通信环节上的设备在出现故障时能够自恢复。1、2接入的故障录波装置的通信规约可选择。1、3提供高可靠性的硬件平台，并对相关参数指标提出适当的评价；尤其是在装置－通信服务器―数据服务器－主站应用系统的通信环节上的设备的可靠性的要求是最关键的。1、4进行规约转换，实现信息标准化。1、5主站进行信息集成，集成的目标为：剔除无用信息（信息过滤）；3提出符合主站应用需求的信息专题，能够方便查询、检索、制表；对不同的装置的可输出信息，按照信息专题，提出专门的处理，以满足主站的应用需求，并提出“可观察性指标”，供主站参考。1、6可制定数据分拣策略、自动上送策略、信息显示策略、通信服务策略、本地数据维护策略、数据库策略，策略界面简洁直观，方便运行人员使用和维护。2基于B/S/C模式的整体架构系统采用主站(应用服务器+通信服务器+数据库服务器)+变电站故障录波装置基于Browser/Server/Client结构，即主站由Web应用服务器、通信服务器、数据库服务器三者构成：通信服务器与变电站故障录波装置之间形成C/S结构实现61850/103规约的通信，形成主站信息交互传输通道；主站Web应用服务器（客户端）与通信服务器（服务器）同时采用基于XML的B/S结构，形成主站浏览客户向故障录波装置的信息调用通道，或驻留程序发起的对故障录波装置信息的自动调用；Web应用服务器向主站的浏览客户提供包括数据库信息与故障录波信息调用等服务，同时对于故障录波装置自发的告警与故障信息，由通信服务器直接驱动，实现其在主站浏览客户界面上的实时动态显示，以满足实时性的要求；主站数据库服务器提供应用服务器、通信服务器、以及通信服务器与WEB服务通信等初始化的依据，同时实现必要的数据存储和服务。系统的功能架构如图2。主站与故障录波装置的信息流主要有以下：(1)主站浏览客户发起的对数据服务器的数据访问对数据库数据的查询、分析，包括对故障录波装置的历史信息（本地及远方文件列表、定值、事件等）和高级应用（包括录波分析、故障分析等）。(2)主站浏览客户发起的对变电站故障录波装置的数据访问主站浏览客户发起的对子站所集成的自动装置的定值、模拟量、开关量、事件、故障、扰动信息（录波文件）的即时召唤，由通信服务器转发给故障录波装置，并由其接受后根据设定实现对数据库的直接写库，或由应用服务器根据通信服务器返回的报文结合数据库的信息，对主站浏览客户提供信息界面，同时可能有关的数据写库由发起访问的主站浏览客户决定。(3)主站通信服务器自动发起的对故障录波装置的数据访问4实现对故障录波装置定期的自动巡检，自动形成相关报告；及时接收故障录波装置的新录波文件以防重要信息的丢失，同时对录波数据进行解析，重要数据立即制表并形成故障简报。(4)故障录波装置自动发起的告警与录波简报信息变电站端的故障录波装置对其集成的自动装置所巡检或收到的告警与故障信息，自动形成报文，上报主站。主站在接受后，立即进行数据解析和存储，并以一定方式及时告警与通知，包括实时发送给接入主站系统的浏览器客户。1—浏览器访问主站应用服务器网站；2—浏览器下载最新故障录波装置信息；3—主站应用服务器根据浏览器客户的申请向通信服务器发出request对象请求；4—通信服务器解析request对象请求为WY2000代理协议发往变电站故障录波装置；5—变电站端故障录波装置返回响应信息并解析为WY2000代理协议；6—对一些必须数据进行写库；7—向主站WEB应用服务器发送response应答对象；8—浏览器对获取应用服务器上数据库响应的数据到客户端界面；9—数据库服务器对通信服务器的数据支持；10—应用服务器对数据库服务器的请求11--数据库服务器对通信服务器的数据请求的响应；12—故障录波装置主动上送自发的告警与故障信息；13—通信服务器通过快速报文机制主动通知应用服务器其收到的故障录波装置自发的告警与故障信息；14--浏览器下载web服务器实时监控的应用服务程序到客户端，并且获得服务器发送的故障实时信息；图2：功能架构53通信服务器安装在通信机房的服务器是一个实时分布式框架，它完成与变电站故障录波装置信息交互的代理协议编码和解码工作，发送和维护主站各个服务请求进程和队列，同时负责将必要的文件写入数据服务器。通信服务器还需和数据分析主机协调工作。数据分析主机负责实时解析故障录波数据文件，进行实时故障分析、故障定位、双端测距等高级功能，并对区内故障数据文件进行数据维护和紧急制表，生成实时库信息，最后提交到WEB服务器通知客户端刷新。图3：主站通信服务器的业务流程关键问题及解决方法：（1）多个交互线程的管理为了更好的管理各个请求线程，系统引入了逻辑进程的概念，通信服务器接受到主站的请求后，将请求进程放入队列，然后按照FIFO（先来先服务）的原则在队列的另一端用应用程序线程处理请求，其中用到的多个队列是分优先级的，以适应快速报文的实时性。（2）数据库写资源的合理分配由于数据库是系统的数据核心和基石，所以数据库的写入一定要安全，同时数据库的访问也是系统最薄弱的环节，多个线程都需要访问数据库，这样就产生了数据库的读写同步问题，尤其是写数据库，多个线程同时操作数据库的时候十分容易引起系统崩溃，所以数据库的写资源不仅宝贵，而且至关重要。为此我们特意设计了一个数据库写缓冲队列，所有线程将需要写入数据库的信息统一放入写缓冲队列，系统另设一个专用线程负责在适当的时机统一进行数据库写操作。同时，为了满足信息交互的实时性，所有线程（包括最顶层的WEB服务应用程通信服务器初始化（从数据库中读出所有配置信息）接受主站请求生成同步请求线程生成异步请求线程WY2000协议解析与变电站交互模块命令队列/快速报文通道数据服务器6序）都是通过访问实时库来代理访问数据库，只在系统初始化时读取最近更新的信息即可，保证了数据库的安全性和系统的可靠性。（3）为了隔离安全防护II区变电站普遍基于工控机＋WINDOWS系统在联网时不可避免的病毒传播，杜绝病毒从本系统进入III区系统，WY2000采用了基于ARM＋裁减过的LINUX服务作为主站通信服务器平台，实现对病毒传播的过滤。4主站功能设计主站端通信中间件服务机是故障录波装置信息处理的核心；具有以下功能：（1）侦听各装置/子站的通信请求，并及时进行处理；包括装置/子站消息机制的命令解析与转发，数据传输请求解析与数据转换；命令解析与转发包括声光报警，启动呼叫系统等；数据转换包括装置/子站基于IEC61850MMS、103+104数据转写到主站数据库，基于Comtrade格式的故障录波数据转写到主站数据库；（2）侦听主站网络各工作站对装置/子站的通信请求，并及时进行处理；包括专业工作站上发出的对装置/子站各类信息的调用、启动、配置修改等；装置/子站将主站工作站发出的命令转化IEC61850MMS、103+104规范的报文下发到装置/子站；（3）系统的任何操作或与故障录波装置通信异常不会改变与其相连接的二次设备的正常运行工况；（4）任一套故障录波装置退出或发生通讯故障不影响主站系统与其他节点的正常通讯，接入新的故障录波装置不须改变现存的网络结构，不须改动其他节点的参数设置；（5）具有良好的健壮性，能够长期稳定运行，界面友好，对偶然的错误操作给出告警，并且不会由此导致不可恢复的错误；（6）电源短时失去又重新恢复时，系统能够可靠自我恢复到正常运行状态；（7）自动检测系统软、硬件工作情况；（8）自动检测系统与变电站端故障录波装置的通讯情况；（9）自动检测所接变电站端故障录波装置的工作情况，并对（6）、（7）、（8）所列异常情况加以区分后作为一般事件存储到数据库；（10）具备独立的GPS对时信号接口，能接收GPS系统的RS232、IRIG-B或分、秒脉冲信号；（11）提供运行人员、系统维护人员操作和数据就地处理的主计算机（嵌入7式主站提供相应操作后台机或维护用便携计算机，并有相应的操作界面供运行人员对故障录波装置的运行状态进行设