摘要：針對自動化系統(tǒng)在現(xiàn)場實際運(yùn)行中的常見故障：通信網(wǎng)絡(luò)類故障、數(shù)據(jù)采集故障、誤報警故障和與其他廠家裝置不匹配故障進(jìn)行了分析和歸納，從大量的現(xiàn)場數(shù)據(jù)中找出其規(guī)律性，分析了產(chǎn)生的原因（產(chǎn)品質(zhì)量、不同廠家設(shè)備的接口通信、開放性等問題），提出了處理建議與改進(jìn)措施。著重介紹了與變電站自動化系統(tǒng)密切相關(guān)幾類典型問題的解決方法，為快速查找和正確處理變電站自動化系統(tǒng)故障提供了指導(dǎo)方法。
隨著自動化技術(shù)、通信技術(shù)、計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展與應(yīng)用普及，目前新建變電站大多是采用計算機(jī)自動化系統(tǒng)。自動化系統(tǒng)不但在現(xiàn)場生產(chǎn)與辦公等方面提高了生產(chǎn)運(yùn)行部門的工作效率，使得電力生產(chǎn)更加數(shù)字化、自動化，同時也使得現(xiàn)場運(yùn)行更加安全可靠，運(yùn)行維護(hù)成本大大降低，效益顯著提高。并且在后期多變電站集控應(yīng)用上，自動化系統(tǒng)的應(yīng)用也是實現(xiàn)集控必需具備的基礎(chǔ)條件。隨著自動化變電站投入運(yùn)行的時間逐漸增長，在現(xiàn)場實際工作中各類問題也慢慢出現(xiàn)，其中就有一些很有常見性的故障隱患。因此，針對自動化變電站大多運(yùn)行時間不長、經(jīng)驗較少的弱點，以下就自動化變電站常見的一些具有普遍代表性的問題進(jìn)行分析探討。
1.自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
變電站自動化系統(tǒng)采用自動控制和計算機(jī)技術(shù)實現(xiàn)變電站二次系統(tǒng)的部分或全部功能[1]。為達(dá)到這一目的，滿足電網(wǎng)運(yùn)行對變電站的要求，變電站自動化系統(tǒng)體系由“數(shù)據(jù)采集和控制”、“繼電保護(hù)”、“直流電源系統(tǒng)”三大塊構(gòu)成變電站自動化系統(tǒng)的基礎(chǔ)。
變電站自動化系統(tǒng)目前有三類系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、集中式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、分層分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
1.1分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是按功能設(shè)計，如按保護(hù)和監(jiān)控等功能劃分單元而分布實施，其最大特點是將變電站自動化系統(tǒng)的功能分散給多臺計算機(jī)來完成。其結(jié)構(gòu)采用主從CPU協(xié)同工作方式，多CPU系統(tǒng)提高了處理并行多發(fā)事件的能力，解決了CPU運(yùn)算處理的瓶頸問題。各功能模塊之間采用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)或串行方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。分布式結(jié)構(gòu)有助于系統(tǒng)擴(kuò)展和維護(hù)，可靠性好，局部故障不影響系統(tǒng)其它模塊正常運(yùn)行。該模式在安裝上有集中組屏和分層組屏兩種方式，較適合于中低壓變電站[2]。
1.2集中式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
集中式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)按信息類型劃分功能。采用這類結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)其功能模塊與硬件無關(guān)，各功能模塊的連接通過模塊化軟件實現(xiàn)，信息是集中采集、處理和運(yùn)算的。受計算機(jī)硬件水平的限制，該結(jié)構(gòu)在早期自動化系統(tǒng)中應(yīng)用較多。此類結(jié)構(gòu)對監(jiān)控主機(jī)的性能要求較高，且系統(tǒng)處理能力有限，開發(fā)手段少，系統(tǒng)在開放性、擴(kuò)展性和可維護(hù)性等方面較差，抗干擾能力不強(qiáng)[3]。
1.3分層分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
分層分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用“面向?qū)ο蟆痹O(shè)計[4]，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的特點是功能分散、管理集中。所謂面向?qū)ο?，就是面向電氣一次回路設(shè)備或電氣間隔設(shè)備，間隔層中數(shù)據(jù)、采集、控制單元(I/O單元)和保護(hù)單元就地分散安裝在開關(guān)柜上或其他一次設(shè)備附近[5]，相互間通過通信網(wǎng)絡(luò)相連，與監(jiān)控主機(jī)通信。目前，此種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在自動化系統(tǒng)中較為流行[6]，主要原因是：
1)現(xiàn)在的智能設(shè)備[7]大多是按面向?qū)ο笤O(shè)計的，如專門的線路保護(hù)單元、主變保護(hù)單元、小電流接地選線，其在保護(hù)安裝接線中仍是面向?qū)ο蟮模?
2)利用了現(xiàn)場總線的技術(shù)優(yōu)勢，省去了大量二次接線，控制設(shè)備之間僅通過雙絞線或光纖連接，設(shè)計規(guī)范，設(shè)備布置整齊，調(diào)整擴(kuò)建也很簡單，成本低，運(yùn)行維護(hù)方便；
3)系統(tǒng)裝置及網(wǎng)絡(luò)冗余性強(qiáng)，不依賴于通信網(wǎng)和主機(jī)，主機(jī)或單臺智能設(shè)備損壞并不影響其它設(shè)備的正常工作，運(yùn)行可靠性有保證[3]。
分層分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)代表了現(xiàn)代變電站自動化技術(shù)發(fā)展的趨勢，大幅度地減少了連接電纜，減少了電纜傳送信息的電磁干擾，且具有很高的可靠性，比較好的實現(xiàn)了部分故障不相互影響，也方便維護(hù)和擴(kuò)展，擴(kuò)展性與開放性較高，有利于工程設(shè)計及應(yīng)用[8-9]。
2.常見故障及其處理
因自動化變電站需對站內(nèi)一二次設(shè)備實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)采集、通信、遙控、遙調(diào)等功能，還應(yīng)考慮與不同廠家設(shè)備實現(xiàn)互操作性及未來擴(kuò)容擴(kuò)建等兼容擴(kuò)展性[10]，其穩(wěn)定性依賴于微處理器與通信技術(shù)的可靠發(fā)展。自動化變電站內(nèi)設(shè)備的參數(shù)采集、信號控制等都需要通過網(wǎng)絡(luò)傳輸，在穩(wěn)定性上對網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及傳輸設(shè)備的穩(wěn)定可靠性依賴很大[11]，一旦網(wǎng)絡(luò)傳輸出現(xiàn)問題，有可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)出錯、丟失、失控等問題，嚴(yán)重的可能導(dǎo)致發(fā)生事故未及時察覺而進(jìn)一步擴(kuò)大事故，可以說網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)就是自動化變電站的神經(jīng)傳輸系統(tǒng)，其重要性不言而喻。就廈門超高壓局的自動化變電站運(yùn)行幾年來的 經(jīng)驗總結(jié)，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場發(fā)生的缺陷有很大一部分是網(wǎng)絡(luò)通信的不穩(wěn)定性造成的。以廈門超高壓局500kV漳州變電站為例，自2006年5月投產(chǎn)以來，在三年的時間里，有關(guān)自動化系統(tǒng)的缺陷共計49條，占缺陷總數(shù)的27.68％，其中Ⅰ類缺陷2次、Ⅱ類缺陷14次、Ⅲ類缺陷33次。最嚴(yán)重的情況是雙網(wǎng)絡(luò)冗余配置的自動化系統(tǒng)A網(wǎng)與B網(wǎng)同時中斷，導(dǎo)致測控數(shù)據(jù)采集丟失、設(shè)備失去遠(yuǎn)程控制。
以下是常見的幾類自動化系統(tǒng)故障，并對發(fā)生原因進(jìn)行分析和針對性處理。
2.1通信網(wǎng)絡(luò)類故障
2.1.1某保護(hù)小室內(nèi)某單元保護(hù)裝置或測控裝置通信中斷
出現(xiàn)該類故障，其原因多在于保護(hù)裝置與自動化系統(tǒng)的通信出現(xiàn)問題，有可能是因為保護(hù)裝置通信接口模塊故障、通信接線松動。針對該類情況可以先查找保護(hù)裝置至保護(hù)管理機(jī)之間的接線是否牢固、完好，保護(hù)管理機(jī)通信指示燈是否正常，保護(hù)裝置面板顯示是否正常，是否出現(xiàn)通信模塊故障或是裝置故障的告警，而后相應(yīng)的進(jìn)行緊固接線、重啟裝置、更換相關(guān)裝置模塊等處理。
2.1.2某保護(hù)小室內(nèi)所有保護(hù)裝置（非自動化系統(tǒng)廠家的保護(hù)裝置）通信中斷
自動化系統(tǒng)與其他廠家的保護(hù)裝置因為使用的通信規(guī)約不同，所以自動化系統(tǒng)采集保護(hù)信號需要經(jīng)過保護(hù)管理機(jī)進(jìn)行規(guī)約轉(zhuǎn)換，一臺保護(hù)管理機(jī)可以容納多臺保護(hù)裝置的信號傳輸，一旦小室內(nèi)的保護(hù)管理機(jī)出現(xiàn)死機(jī)或是故障，往往導(dǎo)致所接的所有保護(hù)裝置信號無法正常傳輸，遙信信號無法更新，可能會錯失重要信號報文。出現(xiàn)該類問題，可以通過觀察保護(hù)管理機(jī)的通信指示燈是否正常來判斷，并且檢查其與交換機(jī)之間的接線是否松脫，而后相應(yīng)的進(jìn)行重啟裝置、緊固接線、更好裝置等處理。
2.1.3某保護(hù)小室內(nèi)所有保護(hù)裝置、測控裝置通信中斷
一旦出現(xiàn)整間保護(hù)小室內(nèi)的所有保護(hù)裝置、測控裝置的通信全部中斷，不論是單網(wǎng)絡(luò)中斷或是雙網(wǎng)絡(luò)中斷，其故障原因大多在于該小室內(nèi)的交換機(jī)、光電轉(zhuǎn)換裝置以及該小室在站控層所對應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換裝置等網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備出現(xiàn)故障導(dǎo)致的，所以可以首先對網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備及其接線進(jìn)行排查，而后進(jìn)行相應(yīng)處理。
2.1.4所內(nèi)雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)通信其中一個網(wǎng)絡(luò)或是兩個網(wǎng)絡(luò)都中斷
全所內(nèi)的自動化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)單網(wǎng)絡(luò)或是雙網(wǎng)絡(luò)的整體通信中斷，可以先對站控層所屬的交換機(jī)等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及其接線進(jìn)行檢查。因為現(xiàn)場的所有通信信號，不論是測控采集的信號，還是保護(hù)管理機(jī)轉(zhuǎn)換傳輸?shù)倪b信信號，最終都需經(jīng)過站控層的交換機(jī)、光電轉(zhuǎn)換裝置等網(wǎng)絡(luò)傳輸裝置進(jìn)行傳輸，所以出現(xiàn)該類問題，應(yīng)該首先從站控層自上而下的查起。
2.2數(shù)據(jù)采集類故障
實際運(yùn)行中，在網(wǎng)絡(luò)連接正常的情況下，存在個別遙信信號量顯示與現(xiàn)場實際狀態(tài)不一致的問題。例如，某保護(hù)屏上壓板投退后，監(jiān)控主機(jī)卻顯示并未變位。該類情況往往還應(yīng)參考SOE事件[12]信號進(jìn)行綜合分析判斷。當(dāng)SOE事件中也沒有該壓板投退的信號出現(xiàn)時，可以判斷是屬于保護(hù)裝置與自動化系統(tǒng)間通信出現(xiàn)故障，或是保護(hù)管理機(jī)死機(jī)，此時只需對保護(hù)管理機(jī)重啟便可恢復(fù)正常，也可能是因保護(hù)裝置內(nèi)部的通信出口模塊損壞導(dǎo)致信號缺失，此時需要對相關(guān)模塊進(jìn)行修復(fù)、更換。當(dāng)SOE事件中有該壓板投退信號時，則說明保護(hù)裝置與自動化系統(tǒng)的通信采集正常，此時需要對自動化系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中該壓板軟節(jié)點的定義進(jìn)行重新設(shè)置修定。
對于遙測硬節(jié)點開入的報文，如果某一硬節(jié)點開入信號丟失，或頻繁動作、復(fù)位（即節(jié)點抖動），而與現(xiàn)場實際運(yùn)行情況不符時，則該節(jié)點的接線觸點可能存在接頭松脫、虛接的現(xiàn)象，需要對接線進(jìn)行緊固處理。如果同屬于一個測控裝置的多個硬節(jié)點開入同時出現(xiàn)信號丟失、節(jié)點抖動的問題時，則應(yīng)對該測控裝置的開入模塊加強(qiáng)檢查，同時檢查其管理插件配置是否存在不匹配現(xiàn)象。
2.3誤報警故障
在自動化系統(tǒng)中，所有非自動化系統(tǒng)廠家的保護(hù)裝置發(fā)出的軟報文，均由保護(hù)管理機(jī)接入自動化系統(tǒng)后臺數(shù)據(jù)庫[13]。當(dāng)保護(hù)信號量非常大的時候，例如保護(hù)調(diào)試、系統(tǒng)事故等情況，保護(hù)裝置發(fā)出的部分信號會堆棧在保護(hù)裝置內(nèi)存中，根據(jù)通信規(guī)約先入先出的原理，這部分堆積的信號會在下次保護(hù)管理機(jī)讀取信號時（如收發(fā)信啟動），隨著收發(fā)信告警信號一起被保護(hù)管理機(jī)讀取上報至監(jiān)控主機(jī)報文，對運(yùn)行監(jiān)視及信號判斷造成干擾。此類因堆積而延遲上報的信號，其動作時間不是當(dāng)前時間，而是其真實發(fā)信時間，此時需要結(jié)合現(xiàn)場實際保護(hù)動作情況進(jìn)行分析判斷，將其告警發(fā)生時間與相應(yīng)保護(hù)裝置內(nèi)的歷史記錄進(jìn)行對比，即可發(fā)現(xiàn)屬于信號堆積延遲誤報警，進(jìn)而排除干擾。對于存在該類問題的變電站，可以在每次保護(hù)調(diào)試或事故處理后，對保護(hù)裝置內(nèi)存事件進(jìn)行清空，即可解決該問題。
2.4與其他廠家裝置不匹配故障
現(xiàn)場運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)，有一部分廠家的同一類型保護(hù)裝置存在裝置異常、通信中斷等頻繁告警現(xiàn)象，主要是因為保護(hù)裝置與自動化系統(tǒng)存在不匹配造成的。例如，珠海泰坦的TEP-G-C(D)分布式絕緣監(jiān)測裝置、南自的PSL603電流差動保護(hù)都存在與北京四方CSC2000自動化系統(tǒng)不匹配的問題。在珠海泰坦的TEP-G-C(D)分布式絕緣監(jiān)測裝置與CSC2000自動化系統(tǒng)的通信過程中，因為經(jīng)規(guī)約轉(zhuǎn)換后的通信數(shù)據(jù)存在冗余、缺失等不匹配現(xiàn)象，所以在運(yùn)行中會不時出現(xiàn)保護(hù)裝置異常或通信中斷等報警，短時后自動復(fù)位。針對該類問題，四方廠家與珠海泰坦廠家分別對各自的通信模塊與規(guī)約進(jìn)行了修改升級，使該類問題得以解決。對于南自PSL603保護(hù)與CSC2000自動化系統(tǒng)的不匹配問題，經(jīng)檢查試驗發(fā)現(xiàn)，保護(hù)管理機(jī)的COM通信口發(fā)送報文給PSL603保護(hù)裝置，卻無法收到回應(yīng)報文，同時用上海許繼I-POFAS故障信息處理系統(tǒng)召喚PSL603保護(hù)裝置也無回應(yīng)。對此，由南自廠家對PSL603保護(hù)裝置進(jìn)行版本升級后，該問題得以解決。
3.問題發(fā)生的原因
通過對自動化系統(tǒng)常見問題的歸納分析，可以發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致這些故障的原因主要在于以下幾點：
3.1產(chǎn)品質(zhì)量問題
正常運(yùn)行維護(hù)中對通信網(wǎng)絡(luò)的操作并不多，而之所以會出現(xiàn)各類通信中斷的問題，最主要的就是在于自動化系統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)備選型方面存在著所選系統(tǒng)不夠全面、產(chǎn)品質(zhì)量不過關(guān)、系統(tǒng)性能不達(dá)標(biāo)等問題[14]。一些產(chǎn)品出廠時能夠正常調(diào)試使用，但在運(yùn)行一段時間之后穩(wěn)定性有所下降，廠家對現(xiàn)有設(shè)備改進(jìn)更新的積極性不高，缺乏質(zhì)量保證措施，對設(shè)備售后出現(xiàn)質(zhì)量問題的反饋與改進(jìn)不足，致使一些相同的問題重復(fù)出現(xiàn)。如舉例中該變電站自動化系統(tǒng)所使用的自動化設(shè)備，其通信接口部件均為外協(xié)加工，使得該變電站自動化系統(tǒng)通信故障發(fā)生率較高。
3.2不同廠家設(shè)備的接口通信問題
接口問題是自動化系統(tǒng)中非常重要而又長期以來未得到妥善解決的問題之一[15]，包括RTU、保護(hù)、五防、直流監(jiān)測、故障錄波、無功裝置等與自動化系統(tǒng)設(shè)備之間的通信。這些不同廠家的產(chǎn)品要在數(shù)據(jù)接口方面溝通，需花費(fèi)軟件人員很大精力去協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)格式、通信規(guī)約等問題[16]，與自動化系統(tǒng)通信時也需要通過加裝保護(hù)管理機(jī)（規(guī)約轉(zhuǎn)換器）等中間設(shè)備進(jìn)行溝通，既增加了投資成本，又因為中間環(huán)節(jié)設(shè)備的增加而導(dǎo)致故障發(fā)生概率的增高。當(dāng)不同廠家的產(chǎn)品、種類很多時，問題會很嚴(yán)重。
如果所有廠家的自動化產(chǎn)品的數(shù)據(jù)接口遵循統(tǒng)一的、開放的數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)，則上述問題可得到圓滿解決，用戶可以根據(jù)各種產(chǎn)品的特點進(jìn)行選擇，以滿足自身的使用要求。
3.3開放性問題
變電站自動化系統(tǒng)應(yīng)能實現(xiàn)不同廠家生產(chǎn)的設(shè)備的互操作性(互換性)；系統(tǒng)應(yīng)能包容變電站自動化技術(shù)新的發(fā)展要求；還必須考慮和支持變電站運(yùn)行功能的要求。而現(xiàn)有的變電站自動化系統(tǒng)卻不能滿足這樣的要求，各廠家的設(shè)備之間接口困難，甚至不能連接，從而造成各廠家各自為政，重復(fù)開發(fā)，浪費(fèi)了大量的財力物力。
另外，各種屏體及設(shè)備的組織方式不盡相同，給運(yùn)行維護(hù)和管理帶來許多問題。并且在現(xiàn)有的變電站二次設(shè)備中，廠家數(shù)量較多，各廠不同系列的產(chǎn)品造成產(chǎn)品型號復(fù)雜，備品備件通用性差、儲備繁多，設(shè)備運(yùn)行率低。
4.結(jié)論
在對自動化系統(tǒng)出現(xiàn)的各類故障進(jìn)行歸類分析之后，在實際檢查處理過程中不斷總結(jié)經(jīng)驗，找出其規(guī)律性，可以對自動化系統(tǒng)各類故障的排查進(jìn)行指導(dǎo)，以便迅速發(fā)現(xiàn)故障點，消除缺陷，縮短故障存在時間，進(jìn)而提高設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性。隨著通信技術(shù)與計算機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步，變電站自動化系統(tǒng)也將不斷發(fā)展完善，這就要求電力生產(chǎn)人員對自動化系統(tǒng)熟悉掌握，充分發(fā)揮其作用，才能提高工作效率，保證電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟(jì)、優(yōu)質(zhì)運(yùn)行。
