熊红英　周键宇　何光层　杨俊峰

摘要：故障录波组网分站系统是地调对辖区110 kV故障录波器开展在线状态监测工作及掌握电网故障情况的有效手段，也是对故障录波主站系统的延伸和补充。现以保山供电局的故障录波组网分站系统设计为例，阐述了分站系统的设计背景、软硬件配置情况，介绍了分站系统基于B/S/C模式的架构特点，分析了分站系统具体功能模块的设计要点。

关键词：故障录波;组网系统;智能化;调度决策

0 引言

故障录波组网分站系统[1-2]是网、省、地三级调度模式下，地调一级对省调一级主站系统在110 kV系统的延伸，也是保信系统在传输不可靠及自动化程度不高的情况下，满足地调继电保护人员第一时间获取故障情况的快速渠道，改变了过去由人工驱车下站的落后方式，能够大幅缩短地区电网故障的获取时间，为地调决策机构及时提供复电依据，缩小停电范围。

1 設计背景

故障录波组网分站系统相较于故障录波远传系统，具有以下优点：（1）人工调取方式和自动巡检模式相结合，运行效率佳。（2）实时区和管理区信息自动流转，智能化程度高。（3）主动识别故障信息，监视评估一次间隔[3-4]，大数据诊断。（4）故障信息发布更快速。

故障录波组网分站系统相较于保信系统，具有以下优点：（1）取消保信子站，通信流程环节少，信息上传直接、快速。（2）处理电网扰动所产生的海量录波数据时，效率更高、分析更准。（3）独立故障诊断功能。分站系统只需要接收原始录波数据即可展开独立故障分析和诊断工作，而保信系统只能从厂站就地接收故障报告，灵活性差。

系统设计时要考虑到录波器的使用期限长，型号和版本更迭复杂，接口标准化和信息一致性滞后的问题。此外，录波器私有信息过多，分站系统要求有兼容性和容错性，否则将导致系统运行不稳定，故障分析结论不可靠，降低调度决策水平。

2 系统配置

2.1    硬件配置

系统硬件配置标准应包含一套数据库服务器（双机热备）、一套通信服务器（双机热备）、一台存储服务器、一台Web服务器、一台中心交换机、一个维护工作站、一台横向安全隔离装置和KVM切换装置。故障录波组网分站系统硬件配置如图1所示。

支撑核心业务的数据库服务器和通信服务器均采用冗余双机热备方式，可提高数据交互可靠性和录波数据存储的安全性。KVM切换装置同时在多个服务器之间开展就地软件部署和硬件故障诊断，工作站提供远程运维手段，用于一般运维和系统升级。横向隔离装置用于满足二次系统信息安全防护需求，保证实时区的信息往管理区单向发布，不接受管理区信息的反向渗透。

2.2    软件配置

故障录波组网分站系统软件配置包括数据库服务模块、数据分析模块、常规信息发布服务模块（Web/短信）、基于移动终端的APP发布模块、各厂商录波信息采集模块、IEC 61850信息采集模块、安全防护跨区同步模块、录波图形分析模块、录波信息管理模块、看门狗模块、通信监视模块、工作站维护模块以及省-地录波信息一体化服务模块等。

软件配置的目标为：操作系统和应用系统有效隔离;内核态和应用态业务切割合理;用户权限和操作记录清晰，可回溯;接入审计日志系统并受控;后台监护与界面管理双轨制运行，满足服务和运维同步进行的需求。

此外，软件还可制定通信远传、数据过滤、信息存储、自行看护、文档整理、数据库优化、模块横向互联等机制，汉化界面，确保操作符合用户习惯。

3 基于B/S/C模式的系统架构

故障录波组网分站系统由Web应用服务器、通信服务器、数据库服务器三者构成。其中，通信服务器和数据库服务器部署在实时区，通过调度数据网，建立分站调度侧机房与厂站侧故障录波装置的连接，形成C/S交互结构，实现61850/103规约的远传通信，实现录波数据的主动周期性采集和被动骤发性数据采集。Web应用服务器与通信服务器之间依然采用C/S结构，实现实时区与管理区的数据同步，同时对管理区提供Web发布服务，以B/S方式实现浏览客户向分站系统请求的网页访问。

Web应用服务器承载的信息，全部基于通信服务器对扰动录波数据的故障诊断、信息筛选，保证实时区往管理区单向同步的数据最小化、实用化和精准化。Web应用服务器运行的数据库，与实时区数据库服务器的数据库形成对应子集关系，以最有价值和最优通信交互代价完成快速推送，满足浏览客户界面上的实时动态显示及电网故障的实时预警需求。

除了提供实时信息采集和自动故障诊断功能，Web服务器还提供录波器台账管理、比对定值[5]、召唤模拟量/开关量、记录SOE事件、系统自身的自检及告警、统计、查询、归集及导出和打印服务。Web服务器提供独立的客户端版离线分析软件，支持故障波形展示、二次分析、矢量和序量计算、各次谐波、阻抗轨迹等高级分析，支持带权限的用户登录服务。

4 通信服务器

安装在通信机房的服务器对变电站侧提供实时的通信监视和扰动数据采集功能，包括接口接入、协议解析、数据传输、编码译码，还有与之配套的通信状态、链路质量、数据库关联及线程状态报告以及其他实时业务。

通信服务器还提供录波数据格式解析和故障分析功能。录波数据以COMTRADE格式存储，限于标准制定的滞后性和厂家型号的多样性，COMTRADE存在工程化版本杂乱和互不兼容的缺陷，需要通信服务器具备额外的容错和矫正能力。因此，通信服务器保障了整个分站系统连续运行的稳定性和可靠性。

关键问题及解决办法：

（1）通信和分析模块实时交互。分站与录波器的通信连接具有一对多属性，加上录波数据的不可预测性，在电网扰动时，录波数据蜂拥而上，对通信服务器的数据接收、分析和存储构成了压力。考虑到录波器的无效启动占比超过99%，为了兼顾分站系统对电网故障反映的实时性，应该确保故障数据优先分析，因此可以结合录波数据的开关量变位状态信息对故障进行初判，减少无效扰动数据对分析模块的持久占用。

（2）建立高效的数据库引擎。分站系统的服务器数量众多，加载的软件模块基于设计的数据一致性原则，数据库是各软件系统的最大公约数，直接关系到系统的稳定性和预定功能的可实现性。分站系统建立一个数据库访问托管池，将原本任意模块都直接访问数据库的方式，升级为向托管池提交数据库访问请求，由托管池根据数据库的处理能力及业务请求的优先级，开展任务排序和时机管理，提高数据库运用效率。

（3）背靠背方式实时区数据同步到管理区的跨区交互。考虑到横向隔离装置属于第三方以及运行过程中可能出现的非可控因素，通信服务器和Web服务器进行单向数据传递及单包确认时，规约以背靠背方式设计，优点是：首先对双侧任何一端发起均不敏感;其次是在横向隔离装置出现死机、断电等严重故障后重启时，分站系统的跨区同步模块能自动识别和修复;最后是一方升级或维护时对另一方无影响，具有良好的低耦合特点。

5 分站功能设计

（1）录波器状态监视。一种是对录波器进行周期性状态查询，以后台常态化方式进行，包括告警和新数据，当有新的状态时及时对其接收和处理;另一种是由分站侧的工作站发起的临时人工指令，随机性强、权限高，并且不影响后台常态化查询方式。（2）网页浏览器查询。对录波主站运行的历史信息进行分类展示，支持按时间段、运维单位、故障类型等单个/组合条件查询，以列表控件、屏幕展示、打印和导出等方式呈现结果。导出格式支持记事本、PDF和Word等常见形式。（3）边缘特性。单个功能的加载和卸载、模块升级等，不影响其他模块，也不造成整个系统的暂停和性能下降。（4）非侵入式特性。分站系统的运行，对录波器装置的运行不造成任何影响，不改变现有运行方式及网络拓扑结构，不特别建模，不对其他系统提出假设需求。（5）稳定运行。分站系统具有长期自愈、自持和自修复功能，发生严重故障和不可预见场景时具有学习能力及自行恢复运行能力，并记录和报告缺陷情况。（6）灾备能力。系统出现如勒索病毒等入侵情况时，应能恢复到最近一次正常运行的环境、数据和配置，最近一次的时间间隔设置为15 min。（7）扩展性强。系统能够适应服务器更换、操作系统升级、数据库升级及网络架构的调整需求，并执行改变运行方式。（8）自动追踪录波器状态的能力。包括录波器定值配置、模拟量信号变化、通信状态改变、型号及规约改变等。（9）具有告警能力。系统能自动根据告警类型确定告警目标及对象，支持夜間免骚扰模式。（10）具备独立的同步对时[6-7]信号接口，支持主流对时方式。（11）电子工作票管理。在工作站上提供运维人员身份识别和权限认证功能，开展电子票开具和操作跟踪、结票管理工作，支持历史统计查询功能。

6 结语

故障录波组网分站系统充分挖掘了故障录波信息在反映电网故障实时性和完整性方面的优势，解决了保山供电局调控一体化决策过程中长期面临的信息孤岛、跨专业协调指挥渠道滞塞等问题，显著缩短了电网事故的诊断分析时间。该系统构建了在线故障录波信息监视、兼顾网络安防信息传输、实时区和非实时区数据同步、自主故障分析诊断、Web快速发布、工作站运维等地调电网故障处理的智能化全自动解决方案，最大程度地提升了输电可靠性，保障了保山电网的安全运行。

[参考文献]

[1] 张琳波，李本瑜，翟海燕，等.电网故障录波主站系统的设计[J].云南电力技术，2015，43（5）：89-91.

[2] 翟海燕，李本瑜，廖晓春，等.基于容器调度架构的录波信息主站系统的设计[J].电力信息与通信技术，2018，16（11）：40-46.

[3] 林晏，廖晓春，王慧琼.基于高阶杆塔建模的输电线路巡线抢修决策平台的设计[J].云南电力技术，2019，47（3）：23-26.

[4] 陈文睿，陈创，廖晓春.变压器和断路器远程在线监视系统的设计与应用[J].南方能源建设，2018，5（1）：132-138.

[5] 刘全，熊红英，廖晓春.录波定值远程在线修改和校核系统的设计[J].云南电力技术，2017，45（6）：48-50.

[6] 宁楠，廖晓春，邓其军，等.基于IEEE1588的智能变电站多时钟域数据同步技术[J].武汉大学学报（工学版），2014，47（3）：344-349.

[7] 伦惠勤，骆燕婷，廖晓春，等.同步数字传输体系（SDH）下的精确对时方案研究[J].武汉大学学报（工学版），2014，47（4）：485-489.

收稿日期：2020-04-02

作者简介：熊红英（1983—），女，湖南邵阳人，工程师，研究方向：电力系统继电保护。