近年，隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大，電網(wǎng)二次設備的數(shù)量成倍增加，其突發(fā)故障次數(shù)也成規(guī)模增加，給自動化人員的消缺工作帶來極大的壓力[1]。因此，如何及時掌握設備運行狀態(tài)，加強二次設備運行的可靠性，由被動應急搶修的傳統(tǒng)模式向提前發(fā)現(xiàn)隱患的主動模式轉變，對于提高電網(wǎng)安全運行具有重要的現(xiàn)實意義。

現(xiàn)代自動化技術的發(fā)展，尤其是通信技術的成熟和計算機技術的推廣應用，給電網(wǎng)自動化運維帶來新的機遇。通過采用遠程在線檢測手段[2]，自動化人員可以提前發(fā)現(xiàn)設備局部結構或部件隱患，進而開展檢修或管控，從源頭上降低設備故障的可能性[3]。

1 二次設備監(jiān)控業(yè)務需求

目前，電力系統(tǒng)中生產(chǎn)控制大區(qū)的內(nèi)的二次設備可分為調度數(shù)據(jù)網(wǎng)設備和變電站二次設備兩部分。蕪湖地區(qū)調度數(shù)據(jù)網(wǎng)共109個節(jié)點、約500臺設備。目前僅由一臺網(wǎng)管機管理所有的路由器，可實現(xiàn)遠程登錄，節(jié)點拓撲展示，功能較為單一。需登錄后方可查看該路由器運行狀態(tài)，而其它調度數(shù)據(jù)網(wǎng)設備目前處于無管理狀態(tài)。

變電站二次設備管理僅能監(jiān)控到其自身發(fā)出的"裝置異常"、“裝置告警”、“裝置閉鎖”三種硬接點信號，對裝置的運行狀況、網(wǎng)絡狀態(tài)等信息完全不知。隨著二次設備技術的發(fā)展，裝置本身已提供了自身設備信息數(shù)據(jù)接口，如IEC628150標準規(guī)定了測控的裝置描述信息，目前尚未接入監(jiān)控范圍。

變電站二次設備數(shù)據(jù)傳輸、交換主要依賴于網(wǎng)絡，智能變電站中的網(wǎng)絡系統(tǒng)又分為站控層、間隔層、過程層三層網(wǎng)絡，實時、可靠的通信網(wǎng)絡已成為智能變電站的重要支撐。但目前變電站內(nèi)部網(wǎng)絡尚無法監(jiān)控，僅當發(fā)現(xiàn)一次設備失去監(jiān)控時方可發(fā)現(xiàn)故障。且部分網(wǎng)絡故障隱秘性較高，極端情況下可能造成大規(guī)模電力事故。

2 實施方案

2.1總體方案

圖1 二次設備管控平臺實施方案

本文設計一套新型生產(chǎn)大區(qū)二次設備管控平臺，可實現(xiàn)生產(chǎn)控制大區(qū)內(nèi)所有設備的運行狀態(tài)、網(wǎng)絡拓撲、流量分析等狀態(tài)信息的監(jiān)控。該平臺技術方案包括變電站側和主站側兩部分，結構如圖1所示。各變電站內(nèi)架設一臺代理服務器負責監(jiān)控站內(nèi)二次設備，主站機房架設一臺監(jiān)控服務器負責監(jiān)控調度數(shù)據(jù)網(wǎng)I區(qū)設備，同時接受各變電站代理服務器上傳的站內(nèi)設備信息，并實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲、故障研判、告警通知等高級功能。

平臺監(jiān)控的設備具體信息如表1所示。其中代理服務器監(jiān)控變電站內(nèi)站控層交換機、間隔層交換機、過程層交換機、后臺機、測控裝置、保護裝置、總控裝置、時間同步裝置等二次設備運行狀態(tài)，以及站內(nèi)網(wǎng)絡信息。監(jiān)控服務器則監(jiān)控路由器、縱向加密裝置、防火墻、I區(qū)實時交換機及各代理服務器的相關設備信息。

代理服務器和監(jiān)控服務器的監(jiān)控范圍分界點在實時交換機和總控之間，同時監(jiān)控服務器將代理服務器納入監(jiān)控范圍，實現(xiàn)站內(nèi)二次設備全覆蓋。表中交換機同時包括調度數(shù)據(jù)網(wǎng)和變電站中的交換機，主機包括變電站內(nèi)的計算機，如后臺機、數(shù)據(jù)服務器、五防機等。

表1 二次設備監(jiān)控信息

主站的監(jiān)控服務器接入自動化機房的實時交換機即可實現(xiàn)調度數(shù)據(jù)網(wǎng)I區(qū)設備的監(jiān)控，而變電站的代理服務器接入則分為常規(guī)站和智能站兩種情況，這是由于兩種變電站的網(wǎng)絡結構不同造成的。

常規(guī)變電站站的網(wǎng)絡結構分為站控層和間隔層，站內(nèi)二次設備首先接入間隔層交換機，所有的間隔層交換機再接入站控層交換機。因此常規(guī)站代理服務器僅接入站控層交換機即可實現(xiàn)全站設備的監(jiān)控。而智能站分為站控層、間隔層、過程層。

二次設備位于間隔層和過程層之間。因此代理服務器需要同時接入站控層網(wǎng)絡和過程層網(wǎng)絡，方可實現(xiàn)站內(nèi)二次設備的監(jiān)控。

2.2分布式架構

圖2 二次設備管控平臺分布式架構

二次設備管控平臺的運行采用分布式架構，如圖2所示。主站和廠站的管控平臺統(tǒng)一為一套系統(tǒng)，僅運行功能不同，分為主站、廠站兩種運行模式。當代理服務器偵測到監(jiān)控服務器從調度數(shù)據(jù)網(wǎng)解列時，會自動觸發(fā)監(jiān)控服務功能，轉為主站模式，從而保證系統(tǒng)繼續(xù)運行。因平臺采用B/S架構和短信告警技術，運行在主站模式下的代理服務器可繼續(xù)發(fā)送告警信息，同時在調度數(shù)據(jù)網(wǎng)任一節(jié)點接入工作站通過瀏覽器即可訪問該平臺。

由于管控平臺運行在主站模式下需要處理的數(shù)據(jù)較多，對硬件要求較高，同時考慮到投資成本，因此建議調度數(shù)據(jù)網(wǎng)匯聚節(jié)點的代理服務器采用監(jiān)控服務器配置，接入節(jié)點僅按廠站模式下硬件配置即可。

以蕪湖調度數(shù)據(jù)網(wǎng)為例，共有220kV通江變、220kV無為變、220kV繁南變、220kV火龍崗變四個匯聚點，此四個變電站應配置監(jiān)控服務器。在地縣一體化調控模式下，縣公司機房也相當于匯聚點，其代理服務器模式也應配置監(jiān)控服務器。

3 關鍵技術

3.1功能架構

 圖3  二次設備管控平臺功能架構

平臺采用成熟的MVC三層模式，包括數(shù)據(jù)層、應用層、展示層，如圖3所示。數(shù)據(jù)的采集存儲和業(yè)務程序完全分離，便于系統(tǒng)調試和維護。

數(shù)據(jù)層通過SNMP、SSH、TELNET等技術獲取被監(jiān)控設備的狀態(tài)信息，并存儲至數(shù)據(jù)庫中。同時按業(yè)務需求將相關數(shù)據(jù)封裝成標準化服務，提供各類數(shù)據(jù)與應用接口，為數(shù)據(jù)傳輸與應用擴展奠定基礎。

業(yè)務層以對象的方式處理數(shù)據(jù)，形成設備的網(wǎng)絡結構，并對設備數(shù)據(jù)進行研判分析，實現(xiàn)對設備的拓撲、狀態(tài)、性能、資源的監(jiān)測分析。

表現(xiàn)層負責系統(tǒng)的人機交互，將設備的監(jiān)測情況以圖形、列表的方式展現(xiàn)。并利用業(yè)務層的分析結果實現(xiàn)對設備故障的智能告警。

3.2Linux操作系統(tǒng)

平臺服務器系統(tǒng)均采用CentOS7.3，該系統(tǒng)為Linux操作系統(tǒng)，具有較高的安全性，可連續(xù)不間斷運行，穩(wěn)定性能高。其次，CentOS系統(tǒng)支持多用戶、多任務、多線程，允許多個用戶、多個程序同時運行，系統(tǒng)響應速度快[4]。最后，CentOS系統(tǒng)對硬件要求較低，支持多種平臺。

3.3B/S結構

B/S結構，即Browser/Server(瀏覽器/服務器)結構，是隨著Internet技術的興起，對C/S結構的一種變化或者改進的結構[5]。在這種結構下，用戶界面完全通過瀏覽器實現(xiàn)。具有分布性強、維護方便、開發(fā)簡單且共享性強、總體擁有成本低的特點。平臺采用B/S架構，在調度數(shù)據(jù)網(wǎng)通過瀏覽器即可訪問該平臺，拓展了系統(tǒng)適用范圍，使用也比較方便簡單。

3.4SNMP技術

圖4 SNMP查詢設備信息流程

SNMP技術，即簡單網(wǎng)絡管理協(xié)議(SimpleNetworkManagementProtocol)[6-8]，是基于TCP/IP協(xié)議簇的網(wǎng)絡管理標準，一種在IP網(wǎng)絡中管理網(wǎng)絡節(jié)點的標準協(xié)議，具備遠程采集、管理、接受被管理設備的功能。

在本平臺中，代理、監(jiān)控服務器通過SNMP技術采集表1中所列交換機、測控裝置等二次設備的狀態(tài)信息，并將采集的信息寫入數(shù)據(jù)庫，其流程如圖4所示。由于交換機、路由器對標準MIB庫支持較好，通過SNMP技術還可以實現(xiàn)遠程關閉端口、設備軟重啟等功能。

3.5智能告警

圖5 二次設備管控平臺智能告警模塊

在實現(xiàn)二次設備監(jiān)測的基礎上，平臺提供智能告警模塊，支持靈活的報警定義，以滿足各種業(yè)務需求。運維人員可以根據(jù)監(jiān)控需要，定義故障事件的告警是否觸發(fā)報警、發(fā)送給哪個角色或人員以及發(fā)送的時間段等。

(1)告警處理：支持靈活的告警條件組合，對相互之間有關聯(lián)的事件進行分析、過濾、合并，給出重要告警，抑制“告警風暴”的發(fā)生。精確的判定故障，減少告警的次數(shù)，提高告警的有效性。

(2)告警處理：設置多種報警方式，當事故發(fā)生時，不僅以傳統(tǒng)方式畫面推圖通知用戶，還可通過短信、語音、郵件等多種報警方式全面及時的通知用戶。

(3)報警應急響應：可以預先定義好報警聯(lián)動策略，當某種類型的故障產(chǎn)生時，自動的觸發(fā)策略以實現(xiàn)相應動作。這個動作可以是啟動或停止進程、服務或業(yè)務程序，還可以是一個用戶指定的腳本程序，可提供對計算機操作系統(tǒng)的關閉、重啟等操作。

4 結論

本文提出一套新型分布式電網(wǎng)二次設備管控平臺，該平臺在機房和變電站部署的監(jiān)控、代理服務器，采用分布式架構、SNMP協(xié)議輪詢采集信息，實現(xiàn)生產(chǎn)控制大區(qū)內(nèi)二次設備運行狀況的實時監(jiān)測和管控功能。并提供設備告警的智能化管控功能，通過告警等級、告警合并、告警過濾以及告警關聯(lián)等多種技術手段，讓系統(tǒng)的管理從被動變?yōu)橹鲃樱行ьA防故障的發(fā)生。

該平臺的現(xiàn)場應用可以實現(xiàn)二次設備的全方位、智能化、大數(shù)據(jù)管控，從而及時解決事故隱患，加強變電站監(jiān)控，提高故障搶修的效率。