清华大学自动化系，北京100084
1 引言
我国国家标准和电力行业的相关标准规定了变电站自动化系统中事故报告及事故处理功能，至于如何实现这些功能，并没有给出具体规定，实际应用中主要取决于具体变电站自动化系统的硬件设计和应用软件方案。同时，随着变电站自动化的发展，对变电站自动化系统的功能要求也越来越高，除了要求满足变电站自动化的基本要求以外，原先的国家标准或电力行业标准中定义的一些选配功能也更多地成为变电站自动化要求的必备功能。关于事件报告及处理方面的要求就是如此。目前除了要求在变电站实时监控机和电网调度管理系统中实现事故追忆及事故顺序记录外，还要求远动终端（RTU）也具备事件顺序记录及当地显示功能。在这种情况下，变电站监控机、电网调度管理系统和RTU三级同时实现事件的顺序记录及显示时，既要满足国家标准和电力行业标准规定的事件分辨率要求，又要求各级记录的事故顺序实时一致，并不容易实现。笔者在实践中发现RTU一级显示的事故记录与变电站实时监控机显示的事故记录往往不一致，会出现事故记录缺项或错位的问题。本文根据实际开发变电站自动化系统的经验，分析了产生这一问题的原因，并提出了解决方案。
2 有关事故报告及处理的国家标准和电力行业标准
(1)中华人民共和国国家标准——地区电网数据采集与监控系统通用技术条件GB/T13730－92［1］
国标中明确规定，选配功能中含有事故顺序记录，并规定事件顺序记录站间事件分辨率≤20 ms；远动终端事件顺序记录站内事件分辨率≤10 ms。
(2)中华人民共和国电力行业标准：地区电网调度自动化功能规范DL／T550－94［1］
部标中规定，大型、中型、小型地调和集控站中，断路器事故变位，事故信息优先提示告警以及主要事件顺序显示是必备功能，事件顺序记录（SOE）和事故追忆是选配功能。事件顺序记录和CRT显示也是远动终端（RTU）的选配功能。
(3)中华人民共和国电力行业标准——县级电网调度自动化功能规范DL／T635－1997［1］
部标中规定，主要事件顺序显示是大型县调、中型县调和小型县调中的必备功能，事故追忆和事故顺序记录是选配功能。
3 变电站自动化系统中的事故记录
3.1 新型的变电站自动化系统
变电站自动化系统已经从早期的集中式单CPU发展到目前的分层分布式多CPU系统，设计出发点也发生了根本的转变，从过去的面向功能设计转为面向对象设计。目前变电站自动化的发展趋势是将功能强大的微机监控系统与全数字化的微机保护测控技术、高速网络通信技术结合起来，取代传统的RTU，实现无人值班。
新型变电站自动化系统将传统上集中在一起的监控、保护功能分散到各个现场分布实施。具体来说就是在变电站中按照电气间隔划分单元，每一个独立控保装置（如进线、出线、变压器、母联、电容器等）分别安装各自独立的控保单元［2］。各个控保单元通过总线与监控主站相联，监控站可采用各种电力系统远程通信媒介与电网调度管理系统相连,通信规约采用部颁CDT、POLLING（DL／T634—1997）规约。这种体系结构符合变电站自动化系统的发展趋势，设计规范，调整扩建简单，设备布置整齐，运行维护方便［3］。
3.2 事故记录的实现
第3．1节所述新型变电站自动化系统中的控保单元是由3个CPU组成的可独立完成相应功能的结构。其中CPU1作为单元核心处理器，CPU2处理人机交互，CPU3专门进行快速数据计算。
按照国家和电力行业标准的要求，事故记录只须在变电站当地监控系统和电网调度系统中实现，而新型变电站自动化系统对人机联系的要求更高：①通过各控保单元的液晶显示屏／键盘实现实时事故记录和顺序查询，在实际中控保单元的人机界面上只要求记录最近几条（如10条）事故记录，而当地监控系统和电网调度系统则必须记录所有的事故记录 ；②通过监控主站人机交互实现实时事故记录和顺序查询；③通过电网调度系统实现实时事故记录和顺序查询。也就是说，在每层都能实时记录事故，并能供操作人员顺序查询历史记录。
为了满足这个要求，当事故发生时，首先由CPU1记录下事故时间、类型等重要参数,然后分别向人机交互CPU2和监控主站提交事故报告，以实现各层对事故记录信息的实时共享 。因此必须保证：通过控保单元的液晶显示屏／键盘事故顺序查询，通过监控主站人机交互事故顺序查询，通过电网调度系统事故顺序查询，其结果应一致。
4 事故记录时出现的问题及其分析
4.1 事故记录要求的实现
(1)为确保站内事故记录分辨率不大于10 ms的国家标准的要求，软件上应设计为10 ms的定时中断，以触发核心CPU1响应事故。
(2)为满足三级事故记录实时一致，应从2个方面考虑。
1)通信可靠性。无论核心CPU1与液晶显示用CPU2之间I2C总线通信协议，还是核心CPU1与监控主站之间总线通信协议，均规定了各自的校验。另外，用户在应用层也应加校验，事故记录从CPU1向CPU2或监控主站传输时，如果校验有误，则此记录为无效记录，液晶或监控主站就会发出再传请求。若多次传输有误，则单元须重置，以确保通信正确。
2)是否有一个好的一致性实现算法。各级事故记录之间存在着实时一致的映射关系，在CPU1与CPU2中分别有10个事故记录存储缓冲区，事件均以队列结构形式按时间顺序存储 ，2个有对应关系的指针记录最近发生的事故。每当CPU1检测到新的事故时，就会将其缓冲区内的事故记录连同最新事故记录指针一起发送给CPU2。
4.2 问题的出现及其分析
实践中发现，发生事故时监控主站事故记录准确，只有在控保单元液晶屏上有时才出现事故记录顺序颠倒或丢失现象。经过多次试验又发现，只有短时间内（如1s）当有多条事故发生时才出现这种情况。例如在几乎同时有5条以上事故记录发生时才出现这种错误。可以从2个方面分析其原因：
(1)从液晶接受事故记录的过程进行分析
当短时间内有多个事故发生时，由CPU1向CPU2传递的信息中除了正常的遥测遥信数据外，还有多个事故记录，CPU2通过I2C中断接受CPU1传来的事故记录。当接受到事故记录中断信号时，屏幕自动切换到最新SOE记录显示屏。而一个240×128液晶屏幕的刷新过程需要1 s左右的时间，由于多个事故在短时间内几乎同时报告（间隔时间仅几十ms），在液晶屏幕刷新过程中，I2C中断第二次向CPU2发送更新的事故记录，而此时屏幕显示的最新SOE记录仍是I2C中断上次向液晶屏发送的“最新”SOE记录。这样就造成事故顺序错误。
(2)从CPU1发送事故记录的过程进行分析。
CPU1事故记录在10 ms中断中进行，记录速度很快，而向CPU2发送SOE的速度却取决于I2C总线传输速率，该速率显然比记录的速度慢得多，因此当多个事故记录在短时间内接连发生时，在一批10个SOE向液晶屏传送的过程中，其中某些事故记录空间会被新来的记录所更新，而在某些情况下这些新记录又可能不被传送给液晶屏，这样就造成液晶显示事故记录丢失。
图2为事故记录丢失的演示图。图中原先最新事故记录为记录7，在某一时刻连续来了5个事故，在CPU1内，5个事故记录将按时间顺序依次填入记录8、记录9、记录10、记录1和记录2，并将最新事故记录指针指向记录2；当CPU1记录下新的事故记录时，将按记录1到记录10的顺序向液晶显示传送10条记录，并在最后传送最新记录指针。现在设想当CPU1更新1条记录，即记录8时，此时不能预知后续记录有多少，因此它开始向液晶显示传送10条记录 ，实际上此后还有4个事故记录会在10ms中断中记录下来，当CPU1送完记录1和记录2，开始发送记录3时，记录9和记录10得到更新，接下来更新记录1和记录2，这2个更新后的记录将不会被送到液晶屏显示，因此液晶显示最新记录只是更新前的记录2，造成记录丢失现象。实际记录并非没有被检测到，而只是CPU1存储的事故记录与液晶显示收到的事故记录发生了偏差。
总之，液晶显示事故记录错位及遗漏都与系统各处理功能块时序安排不当有关。此外 ，监控主站一般为基于WindowsNT或UNIX的486以上微机，自然不存在液晶显示刷屏慢的问题 ，这也说明了为什么监控主站不会出现事故丢失或错位现象的缘故。
5 解决方法
通过上述分析，液晶显示的事故记录出现遗漏或错误的根本原因在于，多个事故在短时间内连续发生时，更新记录和传输记录逻辑进程出现了时间上的交集，从而造成传送的记录并非为最新记录。当只有单个事故出现时，更新1个记录后接着传送记录，两者在时间上没有交集，所以就不会出现上述问题。由此可得到一个自然的解决方法：使记录更新和记录传输在时间上错开，避免产生交集。
1)核心CPU1检测到第1个事故时不立即传送，直到这批时间间隔很短的事故都收集完后才向下（液晶）向上（监控主站）传送。实际中是用延时一段时间来达到时间间隔的。延时的时间T应保证1次最多数量事故记录在这段时间内完成，同时也要保证某批记录传输时间不会与下一批记录更新时间有重叠。
2)液晶显示得到事故记录更新信息后，也不立即显示CPU1送来的事故记录，而是延时一段时间T后才请求CPU1再次发送事故记录，并显示此时送来的新的事故记录。
3)CPU1在第1个事故发生后延迟一段时间再发送给CPU2，而CPU2得到事故更新信息后也延时一段时间再请求CPU1发送事故记录，2个CPU的延时时间之和为T。
总之，无论采用以上何种方法，均要求在检测到某一批事故的第1个事故到控保单元人机界面显示事故之间有一个延时时间T。
T的选取应保证一批最多数量事故记录在这段时间内完成。因此延时时间T的计算公式为
式中 Δti为一批事故中相邻事故间隔时间；n为某一批事故数。
由式(1)可知，T的计算取决于“一批事故”的定义。“一批事故”的定义为相邻2个事故属于同一批事故是指其间隔小于某一时间x。因而T的计算就取决于x的取值，T是x的增函数。但x的取值不是任意的，必须满足一定的约束条件。为了得到该约束条件，可用图3描述的2批相邻事故的更新和发送过程来分析。
图3中，τ为一批记录传输及显示所需的时间，T为延时时间，x为两批事故间的最小间隔时间。为了保证某批记录传输时间不会与下一批记录更新时间有重叠，τ、T和x三者应满足以下关系
x＞τ＋T(2)
由于每次传输记录都为10条，因此τ为常量。2批事故的间隔时间x应当足够大，以容纳一批事故的完全记录及传输的时间。
据式(1)和(2)可以得到多组可行的x及T的解。当然实际应用时T应取一较小值，以缩短事故发生到显示的反应时间。
延时使监控主站和液晶显示得到事故更新记录的时刻比事故实际发生的时刻推迟了,但这并不影响事故记录的分辨率等性能要求，只不过是使最新事故记录延迟一小段时间后再显示。在笔者参与开发的变电站自动化系统中，记录传输及显示的时间τ约为700 ms，当区分2批事故的最小间隔时间x取2 s时，根据上述计算方法得到的延时时间T约为800 ms。笔者在液晶显示接受记录过程前加延时800ms后，完全达到了预期效果。可见这是一种简单有效的方法。
6 结束语
事故顺序记录因为引入了多级显示的要求，在多事故发生时会出现液晶显示记录错位或遗漏问题，笔者从时序上分析了产生这一问题的原因，由此提出了解决方案，并应用于实际变电站自动化系统。如今该系统已经在数个变电站投入使用近一年，实践表明该方法收到了良好的效果。此外，时序问题也不仅仅出现在事故顺序记录中，在变电站自动化系统中还有很多问题和时序有关，例如系统校时等。限于篇幅，本文只分析了事故顺序记录问题。笔者希望本文提出的解决方案能对变电站自动化系统设计中的其它与时序相关的问题起到参考作用。
［1］城乡电网改造常用标准汇编2［S］．北京：中国标准出版社，1999．
［2］MPS4000系列变电站自动化系统技术说明书V4．01［Z］．北京华康自动化技术工程有限公司，1999．
［3］李云樵，祖风武．变电站自动化系统的实现及性能分析［J］．中国电力，1999,(4)．
