智能變電站繼電保護巡檢系統(tǒng)的研究

趙學(xué)會， 傅　浩， 唐小平， 祁　鳴， 汪本清

(國網(wǎng)合肥供電公司， 安徽　合肥　230022)

1　引言

當(dāng)前智能變電站與傳統(tǒng)變電站巡檢模式相同，此種作業(yè)模式存在這些缺點：(1)巡檢效率低，據(jù)實際測算，人工完成一臺繼電保護或測控裝置的巡檢工作需要耗時15分鐘以上；(2)巡檢準確率低下，在人工全站巡檢的模式下，變電站的運維人員需要反復(fù)進行巡檢核對的操作達千次以上，長時間的枯燥操作，極容易發(fā)生誤檢的情況，造成準確率低下；(3)易發(fā)生誤操作，給變電站的安全運行帶來風(fēng)險。

本文為解決上述問題，開發(fā)了一套智能變電站繼電保護巡檢系統(tǒng)，實現(xiàn)變電站巡檢工作的自動化，提高智能變電站的巡檢效率、準確率，保證變電站的安全穩(wěn)定運行。

2　系統(tǒng)實現(xiàn)

2.1　系統(tǒng)架構(gòu)

智能變電站繼電保護巡檢系統(tǒng)由系統(tǒng)建模模塊、巡檢信息采集模塊、數(shù)據(jù)分析判斷模塊、SCD文件可視化管控和巡檢報告生成模塊組成。其系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖1所示。

圖1　智能變電站繼電保護巡檢系統(tǒng)架構(gòu)圖

2.2　系統(tǒng)概況

智能變電站要求一次設(shè)備智能化、二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化，在基于IEC61850規(guī)范的基礎(chǔ)上實現(xiàn)站內(nèi)電氣設(shè)備的互聯(lián)互通，實現(xiàn)信息共享的目的。

過程層主要完成開關(guān)量I/O、模擬量的采樣和控制命令的發(fā)送等與一次設(shè)備相關(guān)的功能[1]。該層的設(shè)備主要包括合并單元、智能終端及一次設(shè)備和智能組件組成的智能設(shè)備。

間隔層主要包括繼電保護裝置及測控裝置，繼電保護裝置及測控裝置對下通過SV網(wǎng)路及GOOSE網(wǎng)絡(luò)與過程層通訊，對上通過MMS網(wǎng)絡(luò)對接站控層監(jiān)控系統(tǒng)。

站控層網(wǎng)絡(luò)采用星型結(jié)構(gòu)的100Mbit/s或更高速度的工業(yè)以太網(wǎng)；網(wǎng)絡(luò)設(shè)備包括站控層中心交換機和間隔交換機。站控層和間隔層之間的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議采用MMS，故也稱為MMS網(wǎng)[2]。抽象通信服務(wù)接口(ACSI)采用抽象的建模技術(shù)和面向?qū)ο蟮募夹g(shù)，為變電站IED定義了信息模型以及作用于這些信息模型之上的服務(wù)模型，ACSI的存在使得可以用訪問鏡像的方式訪問真實的設(shè)備信息，ACSI本身不存在報文，而是采用特定服務(wù)映射SCSM映射到OSI應(yīng)用層來達到信息交換的目的，IEC61850-8部分定義了ACSI服務(wù)與MMS映射關(guān)系[3]，如表1所示。

表1　ACSI服務(wù)的MMS映射

2.3　系統(tǒng)實現(xiàn)

2.3.1基于SCD文件的仿真建模模塊實現(xiàn)

變電站系統(tǒng)配置描述SCD文件是符合變電站智能電子設(shè)備配置語言SCL規(guī)范的文件，是變電站內(nèi)數(shù)據(jù)交換的標準語言，它從面向變電站的一次、二次設(shè)備對象的角度描述了完整的變電站配置[4]。按照SCL規(guī)范構(gòu)建SCD文件的解析函數(shù)提取IED的配置信息，從中獲取設(shè)備名稱、設(shè)備通信參數(shù)配置等關(guān)鍵信息，建立相關(guān)信息模型，通過遍歷訪問LDevice節(jié)點中通信配置的相關(guān)信息，提取到根據(jù)配置信息，建立巡檢系統(tǒng)的建模模型。

2.3.2巡檢信息收集模塊

巡檢信息收集模塊主要基于MMS客戶端實現(xiàn)，MMS的客戶/服務(wù)器模型是采用虛擬制造設(shè)備(VMD)模型來描述的，即將具體的實際設(shè)備抽象為虛擬設(shè)備作為服務(wù)器的資源并按照MMS的對象VMD域、變量等順序建模，客戶端向服務(wù)器請求MMS服務(wù)，服務(wù)器響應(yīng)客戶端的MMS請求[5]。MMS客戶端可以通過指定有名變量列表的名稱來實現(xiàn)對多個變量的訪問，例如：當(dāng)VMD收到MMS客戶端對指定變量列表的Read服務(wù)時，VMD將對有名變量列表中的每個變量進行讀取，并返回所需的各個值。

日志是MMS中定義的帶時標的記錄、log或數(shù)據(jù)，包括時間狀態(tài)、變量值或字符串?dāng)?shù)據(jù)，用于實時記錄事件的發(fā)生、數(shù)據(jù)的變化等。便于日后對離線數(shù)據(jù)、歷史事件的查看和分析。巡檢系統(tǒng)與待巡檢裝置建立MMS通信鏈接后，調(diào)用日志服務(wù)，獲取待巡檢裝置的日志內(nèi)容，隨后對巡檢日志進行解析，提取日志的內(nèi)容，獲取待巡檢裝置發(fā)生的告警名稱、發(fā)生時間及優(yōu)先級等關(guān)鍵信息。最后對獲取到的信息進行分析處理，按照既定的巡檢規(guī)則對日志信息進行分類處理和識別，對待巡檢裝置的運行工況進行判斷和總結(jié)，最后將日志巡檢結(jié)果暫時存放于日志巡檢信息暫存區(qū)。

2.3.3巡檢信息分析及判斷模塊的實現(xiàn)

巡檢信息分析及判斷模塊主要對采集到的巡檢信息進行分析判斷，其判斷分析的依據(jù)及過程概述如下：

(1)采樣巡檢分析主要依據(jù)遙測量幅值判斷標準、遙測量相角判斷標準及三相電流平衡判斷標準，讀取緩存的巡檢信息進行分析判斷形成巡檢分析判斷的結(jié)果。

(2)定值及軟壓板巡檢信息的分析判斷的步驟如下：首先導(dǎo)入變電站存檔的word格式的全站定值清單，依據(jù)定值名稱作為關(guān)鍵字分別提取定值清單中每個定值項的具體值和巡檢系統(tǒng)提取到的運行裝置當(dāng)前定值進行對比判斷，得出判斷結(jié)果。

(3)日志分析判斷模塊，首先讀取緩存的日志巡檢信息，然后提取日志中記錄的發(fā)生時間、事件名稱，并根據(jù)既定的規(guī)則對日志內(nèi)容進行優(yōu)先級劃分。

2.3.4SCD文件的可視化管控

實現(xiàn)SCD文件的可視化管控，能對變電站內(nèi)SCD文件自動比對，分析SCD不同時期版本的異同點。SCD文件的管控分為在線管控和離線管控兩個方面。在現(xiàn)場主要是離線管控的應(yīng)用。就SCD離線管控功能如圖2所示給出實現(xiàn)流程圖。

圖2　SCD文件離線管控示例圖

2.3.5報告生成模塊的實現(xiàn)

根據(jù)巡檢信息分析及判斷模塊得到的分析判斷結(jié)果，按照變電站巡檢報告的標準模板，巡檢分析結(jié)果按順序拷貝至標準模板中要求的位置，自動化實現(xiàn)變電站巡檢報告的生成。

3　實際使用效果

3.1　SCD文件管控可視化

SCD文件可視化，以圖形化方式展示SCD關(guān)鍵信息。主要包括三大部分：單裝置信號圖、單裝置邏輯鏈路圖、單裝置虛端子圖。

單裝置信號圖：以所選裝置為中心，顯示關(guān)聯(lián)設(shè)備之間的虛端子連接關(guān)系，如圖3所示。

圖3　單裝置信號圖

單裝置虛端子圖：顯示所選裝置的所有自身虛端子圖，并區(qū)分顯示已使用和未使用的虛端子，如圖4所示。

圖4　單裝置虛端子圖

3.2　巡檢報告格式化

根據(jù)上文所述功能，巡檢系統(tǒng)將巡檢結(jié)果信息統(tǒng)一分類整理，并按照給定的格式生成巡檢報告，報告格式示例如表2所示。

表2　繼電保護設(shè)備巡檢報告樣表

3.3　應(yīng)用效果分析

SCD可視化管控系統(tǒng)的運用，解決了智能變電站二次回路虛端子“摸不著，看不見”的問題，并能及時排查SCD文件配置中的缺陷。SCD可視化管控模塊已成功應(yīng)用于220kV錦繡變110kV間隔擴建工程中，及時發(fā)現(xiàn)了廠家配置SCD文件時出現(xiàn)的錯誤，確保保護裝置安全、健康地投入運行。

同時，智能巡檢系統(tǒng)在220kV錦繡變進行了實際應(yīng)用，并與人工巡檢作業(yè)進行了實際對比，對比結(jié)果見表3。

表3　繼電保護巡檢系統(tǒng)應(yīng)用效果分析對比

通過表3可以發(fā)現(xiàn)智能變電站繼電保護巡檢系統(tǒng)實現(xiàn)巡檢效率提升10倍以上，并杜絕了可能出現(xiàn)的巡檢誤操作的可能性。

4　結(jié)語

智能巡檢系統(tǒng)的應(yīng)用，規(guī)范了巡檢內(nèi)容，優(yōu)化了巡檢管理流程，使得原本繁瑣的工作變得簡單清晰；同時巡檢系統(tǒng)的使用和維護簡單易行，有效地減少了巡檢人員的信息采集工作量。SCD文件管控模塊實現(xiàn)SCD文件管控CRC校驗，實現(xiàn)任意一個變電站SCD文件的歷史版本與最新版本的SCD的信息比對，找出SCD文件升級所影響的裝置，從而給出指導(dǎo)意見。而且在提高巡檢效率與質(zhì)量的同時，充分考慮智能變電站過程層網(wǎng)絡(luò)的重要性，確保變電站內(nèi)保護設(shè)備的安全、網(wǎng)絡(luò)暢通。

參考文獻：

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