智能變電站二次系統(tǒng)高可視化全景調(diào)測(cè)平臺(tái)的設(shè)計(jì)

苗俊杰

摘 要： 傳統(tǒng)變電站中二次系統(tǒng)狀態(tài)調(diào)測(cè)平臺(tái)人機(jī)界面簡(jiǎn)單，為調(diào)測(cè)人員實(shí)時(shí)了解設(shè)備工作狀態(tài)帶來(lái)了困難，因此設(shè)計(jì)了智能變電站二次系統(tǒng)高可視化全景調(diào)測(cè)平臺(tái)。采用智能移動(dòng)終端實(shí)現(xiàn)二次系統(tǒng)的高可視化處理和分析，通過(guò)變狀態(tài)信息數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)的在線檢測(cè)，及時(shí)分析系統(tǒng)中的設(shè)備狀態(tài)和存在風(fēng)險(xiǎn)，平臺(tái)綜合考慮檢修成本與效益設(shè)計(jì)設(shè)備檢修方案，通過(guò)模糊數(shù)字的綜合評(píng)估方法塑造設(shè)備狀態(tài)評(píng)估模型，對(duì)狀態(tài)以及設(shè)備健康進(jìn)行綜合評(píng)估，了解設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和發(fā)展態(tài)勢(shì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該平臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)變電站二次設(shè)備狀態(tài)、故障信息的直觀顯示以及有效調(diào)測(cè)。

關(guān)鍵詞： 智能變電站; 二次系統(tǒng); 高可視化; 全景調(diào)測(cè)平臺(tái); 模糊數(shù)字; 故障信息; 檢修方案; 模型

中圖分類(lèi)號(hào)： TN99?34; TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2018）09?0170?05

Abstract： The traditional secondary system state measurement platform has simple man?machine interface， which makes it difficult for the operator to understand the working state of the equipment in real time. Therefore， a high?visualization panoramic measurement platform of intelligent substation secondary system was designed. The intelligent mobile terminal is used to realize the high?visualization processing and analysis of the secondary system. The variable?state information data is used to realize the on?line detection of the device state to analyze the equipment status and risk of the system in real time. By comprehensively considering the maintenance cost and benefit， the equipment maintenance scheme is designed. The comprehensive evaluation method of fuzzy digital is adopted to construct the evaluation model of equipment status， evaluate the equipment status and health equipment comprehensively， and understand the running status and development trend of the equipment. The experimental results show that the platform can realize the visual display and effective measurement for status and fault information of substation secondary equipment.

Keywords： intelligent substation; secondary system; high visualization; panoramic measurement platform; fuzzy digital; fault information; overhaul scheme; model

0 引 言

智能變電站是我國(guó)電網(wǎng)公司進(jìn)行電網(wǎng)建設(shè)的關(guān)鍵，其同二次設(shè)備系統(tǒng)總目標(biāo)具有較高的關(guān)聯(lián)性。分析智能變電站二次系統(tǒng)集成調(diào)測(cè)具有較高的應(yīng)用價(jià)值。當(dāng)前我國(guó)電網(wǎng)建設(shè)進(jìn)入智能化過(guò)程，面向日益提高的智能變電站，對(duì)變電站的二次系統(tǒng)實(shí)施調(diào)測(cè)，尋求高效的調(diào)測(cè)方法可降低變電站塑造時(shí)間，具有重要的應(yīng)用意義[1]。

傳統(tǒng)變電站中二次系統(tǒng)狀態(tài)調(diào)測(cè)平臺(tái)采用表格以及文本方式呈現(xiàn)檢測(cè)信息，人機(jī)界面較簡(jiǎn)單，為調(diào)測(cè)人員實(shí)時(shí)了解設(shè)備工作狀態(tài)帶來(lái)了較高的阻力，無(wú)法實(shí)現(xiàn)設(shè)備的直觀調(diào)測(cè)。

隨著智能變電站數(shù)字化以及網(wǎng)絡(luò)化的快速發(fā)展，基于信息的自主采集、檢測(cè)等性能可實(shí)現(xiàn)智能變電站二次系統(tǒng)的高可視化全景調(diào)測(cè)。因此，本文設(shè)計(jì)了智能變電站二次系統(tǒng)高可視化全景調(diào)測(cè)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)二次設(shè)備的直觀、有效調(diào)控，增強(qiáng)變電站運(yùn)行質(zhì)量。

1 智能變電站二次系統(tǒng)高可視化全景調(diào)測(cè)平臺(tái)

1.1 平臺(tái)結(jié)構(gòu)

本文設(shè)計(jì)的智能變電站二次系統(tǒng)高可視化全景調(diào)測(cè)平臺(tái)結(jié)構(gòu)用圖1描述，其可完成的內(nèi)容是：融合SCD配置模型反饋的靜態(tài)信息以及實(shí)施IEC61850報(bào)文事件，可檢測(cè)總體變電站各IED同外部信息進(jìn)行交互接口的狀態(tài)，獲取變電站二次系統(tǒng)中存在的問(wèn)題[2];及時(shí)檢測(cè)保護(hù)、遙控過(guò)程等變電站業(yè)務(wù)流程，檢驗(yàn)變電站的總體業(yè)務(wù)流程;同時(shí)完成變電站重點(diǎn)事件的關(guān)聯(lián)研究，如獲取產(chǎn)生二次設(shè)備故障的根源，同時(shí)采用合理的操作技術(shù)完成故障事件的實(shí)時(shí)調(diào)測(cè)[3];通過(guò)三維可視化技術(shù)在三維場(chǎng)景內(nèi)進(jìn)行動(dòng)態(tài)著色、報(bào)警以及推圖等模式，直觀描述設(shè)備狀態(tài)信息，確保維修人員對(duì)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行直觀分析。

1.2 智能移動(dòng)調(diào)測(cè)終端在二次系統(tǒng)調(diào)測(cè)平臺(tái)的應(yīng)用

調(diào)測(cè)平臺(tái)采用移動(dòng)終端對(duì)變電站二次設(shè)備實(shí)施調(diào)測(cè)成為相關(guān)人員分析的熱點(diǎn)，智能移動(dòng)調(diào)測(cè)終端能夠?yàn)槎蜗到y(tǒng)調(diào)測(cè)工作提供支撐服務(wù)，提高系統(tǒng)調(diào)測(cè)的靈敏度和可視化程度。該設(shè)備融合了基于ARM微處理器、安卓系統(tǒng)的平板計(jì)數(shù)以及嵌入式FPGA技術(shù)，其中，F(xiàn)PGA技術(shù)可對(duì)變電站的通信報(bào)文進(jìn)行及時(shí)操作。

本文塑造的智能移動(dòng)調(diào)測(cè)終端的屬性如下：

1） 包含的觸摸屏能夠?qū)嵤┦彝庾鳂I(yè)，并且大小是8寸;

2） 通過(guò)安卓操作系統(tǒng)進(jìn)行及時(shí)完善處理;

3） 通過(guò)大量的連接口同智能站通信系統(tǒng)通信，實(shí)現(xiàn)不同變電站內(nèi)數(shù)據(jù)調(diào)測(cè)的通信;

4） 包含的工業(yè)電池?fù)碛休^高的續(xù)航性能;

5） 集成了不同性能的APP，對(duì)二次設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)實(shí)施分析和調(diào)控。

智能移動(dòng)調(diào)測(cè)終端用圖2描述。分析圖2能夠得出，使用智能移動(dòng)調(diào)測(cè)終端，可從后臺(tái)SCD管控系統(tǒng)內(nèi)獲取變電站的SCD文件以及相關(guān)的配置信息。對(duì)變電站二次系統(tǒng)相關(guān)的信息進(jìn)行高可視化展示和研究[4]，這些信息主要有變電站的網(wǎng)絡(luò)連接信息、IED間虛連接和虛端子信息、虛擬保護(hù)電路信息和SCD/CID差異對(duì)比信息，最終完成了智能變電站二次信息的全程高可視化處理。采用智能移動(dòng)調(diào)測(cè)終端可采集變電站中的EC61850 SV，GOOSE以及MMS等不同類(lèi)型的報(bào)文，融合SCD靜態(tài)配置信息情況，實(shí)現(xiàn)變電站二次系統(tǒng)的高可視化全景調(diào)測(cè)。

1.3 智能變電站二次系統(tǒng)狀態(tài)信息數(shù)據(jù)平臺(tái)設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的變電站二次系統(tǒng)狀態(tài)信息數(shù)據(jù)平臺(tái)用圖3描述，包括二次設(shè)備狀態(tài)在線檢測(cè)以及離線數(shù)據(jù)。二次設(shè)備狀態(tài)在線檢測(cè)可檢測(cè)變電站的融合單元、通信系統(tǒng)以及繼電保護(hù)等內(nèi)容，同時(shí)采用通信網(wǎng)絡(luò)向數(shù)據(jù)平臺(tái)反饋檢測(cè)到的信息。離線數(shù)據(jù)由二次設(shè)備歷史數(shù)據(jù)以及屬性弊端構(gòu)成，歷史數(shù)據(jù)由二次設(shè)備狀態(tài)巡檢數(shù)據(jù)、設(shè)備故障記錄以及設(shè)備檢修數(shù)據(jù)等構(gòu)成。

基于圖3描述的數(shù)據(jù)平臺(tái)，能夠?qū)ψ冸娬径蜗到y(tǒng)中設(shè)備的運(yùn)行情況以及存在的風(fēng)險(xiǎn)實(shí)施分析，獲取合理的檢修方案，完成二次系統(tǒng)的實(shí)時(shí)調(diào)測(cè)。

2 智能變電站二次系統(tǒng)高可視化全景調(diào)測(cè)平臺(tái)

實(shí)現(xiàn)

2.1 考慮檢修成本與效益的二次設(shè)備檢修方案

本文設(shè)計(jì)的調(diào)測(cè)平臺(tái)采用智能變電站二次系統(tǒng)狀態(tài)檢修方法的流程用圖4描述。詳細(xì)的內(nèi)容為：

1） 依據(jù)二次系統(tǒng)中設(shè)備老化失效模型對(duì)分析設(shè)備穩(wěn)定性所需的數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)置，如設(shè)備的狀態(tài)轉(zhuǎn)移率、狀態(tài)存在時(shí)間、檢修不同項(xiàng)目的成本等;

2） 對(duì)需要進(jìn)行檢測(cè)的二次設(shè)備檢測(cè)點(diǎn)向不同方向轉(zhuǎn)移的變換概率實(shí)施設(shè)置;

3） 采用隨機(jī)過(guò)程原理基于輸入產(chǎn)生對(duì)不同狀態(tài)的穩(wěn)態(tài)概率以及存在時(shí)間實(shí)施運(yùn)算，為了獲取設(shè)備穩(wěn)定性分析指標(biāo)和剩余運(yùn)行周期，需要基于設(shè)備即刻狀態(tài)實(shí)施分析;

4） 為了對(duì)設(shè)備健康狀態(tài)實(shí)施判斷，需要對(duì)設(shè)備歷史工作情況以及狀態(tài)在線檢測(cè)結(jié)果實(shí)施分析[5];

5） 為了獲取二次設(shè)備的檢修方案，需要基于設(shè)備即刻運(yùn)行狀態(tài)以及工程經(jīng)驗(yàn)實(shí)施分析，同時(shí)對(duì)不同檢索方案的成本以及收益實(shí)施分析，最終得到最佳的檢修方案;

6） 基于檢修方案實(shí)施靈敏度研究，對(duì)檢修方案進(jìn)行改進(jìn)，再基于優(yōu)化目標(biāo)得到檢修方案內(nèi)不同參數(shù)的最優(yōu)值;

7） 為了獲取不同設(shè)備狀態(tài)工作時(shí)間的排列情況，可采用蒙特卡洛法實(shí)施分析，同時(shí)對(duì)設(shè)備狀態(tài)模型內(nèi)的參數(shù)實(shí)施調(diào)整，為后續(xù)設(shè)備狀態(tài)檢修方案的改進(jìn)提供分析依據(jù)。

2.2 二次設(shè)備健康狀態(tài)評(píng)價(jià)方法

2.2.1 設(shè)備狀態(tài)評(píng)分

對(duì)變電站二次設(shè)備狀態(tài)實(shí)施評(píng)分的關(guān)鍵在于對(duì)設(shè)備健康情況及時(shí)進(jìn)行分析，設(shè)備狀態(tài)評(píng)分基于模糊綜合評(píng)估模型對(duì)獲取的設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)信息實(shí)施研究和操作，了解設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和發(fā)展態(tài)勢(shì)。

本文基于模糊綜合評(píng)估模型，通過(guò)模糊數(shù)字的綜合評(píng)估方法塑造二次設(shè)備狀態(tài)評(píng)估模型的過(guò)程為：

1） 對(duì)二次設(shè)備狀態(tài)的在線監(jiān)測(cè)集實(shí)施評(píng)估，基于二次設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)內(nèi)容，塑造評(píng)估設(shè)備狀態(tài)的在線檢測(cè)集[U，]其是描述設(shè)備狀態(tài)的不同狀態(tài)量元素構(gòu)成的集合，則有：

2.2.2 設(shè)備健康綜合評(píng)價(jià)

二次設(shè)備的健康評(píng)價(jià)為[Hi，]該設(shè)備狀態(tài)的綜合評(píng)分[7]為：

3 實(shí)驗(yàn)分析

將智能變電站二次系統(tǒng)高可視化全景調(diào)制平臺(tái)在OPEN3000調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)內(nèi)實(shí)施檢測(cè)，系統(tǒng)可采集平臺(tái)的運(yùn)行狀態(tài)信息，還能夠通過(guò)診斷程序獲取平臺(tái)的診斷報(bào)告[8]。麗水站順利工作時(shí)雙母分段同時(shí)運(yùn)行，通過(guò)#1和#2主變向?qū)?yīng)范圍提供電能，麗水站是雙母運(yùn)行，古里站通過(guò)2355龍港丙線與2356龍利乙線實(shí)施供電，通過(guò)#1和#2主變向本區(qū)域提供電能。實(shí)驗(yàn)得到本文平臺(tái)下麗水站35 kV常永線320故障數(shù)據(jù)的詳細(xì)信息用表1描述。

從表1中能夠看出，本文平臺(tái)可準(zhǔn)確獲取麗水站35 kV常永線320故障數(shù)據(jù)，說(shuō)明本文平臺(tái)可有效實(shí)現(xiàn)智能變電站二次系統(tǒng)高可視化全景調(diào)測(cè)。

實(shí)驗(yàn)驅(qū)動(dòng)本文平臺(tái)的診斷程序后，先對(duì)麗水站故障區(qū)域?qū)嵤z索，采用繼保設(shè)備的動(dòng)作邏輯和原理，可降低存在的設(shè)備故障集，分析獲取唯一的故障設(shè)備，對(duì)故障實(shí)施分析[9]，最終獲取故障設(shè)備和相關(guān)狀態(tài)，得到故障診斷分析報(bào)告，用圖5描述。

分析圖5可得，本文平臺(tái)獲取的故障診斷結(jié)果推送報(bào)告中顯示：麗水站35 kV常永線320跳閘過(guò)程中，35 kV常永線產(chǎn)生故障后常永線保護(hù)裝置動(dòng)作，320開(kāi)關(guān)跳閘，則實(shí)施重合閘一次成功，再恢復(fù)供電。說(shuō)明本文平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了設(shè)備故障的直觀顯示，可視化性能佳。

分析圖6能夠得出，通過(guò)設(shè)置窗口可準(zhǔn)確實(shí)施故障模擬，對(duì)繼電保護(hù)部件的動(dòng)作信息實(shí)施規(guī)劃，同時(shí)能夠存儲(chǔ)歷史以及演練電網(wǎng)的運(yùn)行斷面[10]，為后續(xù)離線檢測(cè)提供分析依據(jù)。

采用本文平臺(tái)對(duì)設(shè)備故障實(shí)施分析診斷時(shí)，將邊界開(kāi)關(guān)當(dāng)成已知信息，跳閘開(kāi)關(guān)內(nèi)的失電島同活島間的開(kāi)關(guān)或鄰近2個(gè)獨(dú)立失電的開(kāi)關(guān)會(huì)因?yàn)殚_(kāi)關(guān)信息丟失產(chǎn)生不存在區(qū)域失電的情況，則當(dāng)成邊界開(kāi)關(guān)。全網(wǎng)通信實(shí)施網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溲芯揩@取二次系統(tǒng)的失電范圍，其中開(kāi)關(guān)2201以及2202是邊界開(kāi)關(guān)，最終本文平臺(tái)得到的可疑故障設(shè)備集用表2描述。

依據(jù)動(dòng)作的保護(hù)裝置信息，基于繼電保護(hù)部件的動(dòng)作原理和屬性過(guò)濾降低可疑設(shè)備故障集，后備保護(hù)到邊界開(kāi)關(guān)，將3級(jí)內(nèi)的設(shè)備當(dāng)成疑似故障設(shè)備，將二級(jí)系統(tǒng)主保護(hù)范圍中的所有設(shè)備當(dāng)成可疑設(shè)備。龍利乙線2467主保護(hù)動(dòng)作的對(duì)象是龍利乙線，母聯(lián)2183以及母聯(lián)2174主保護(hù)動(dòng)作的對(duì)象是第1個(gè)范圍內(nèi)的4條220 kV母線，第1范圍的#1同#2主變是其主要保護(hù)的對(duì)象。則可降低可疑故障設(shè)備的區(qū)域，用表3描述。

通過(guò)專(zhuān)家系統(tǒng)分析表3中的可疑故障集，能夠得出不同類(lèi)型的故障征兆，通過(guò)本文平臺(tái)對(duì)可疑設(shè)備故障集內(nèi)的所有設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)，獲取真正的設(shè)備故障，檢測(cè)到邊界開(kāi)關(guān)以及負(fù)荷時(shí)則不再檢測(cè)，同時(shí)不再檢測(cè)該條支路，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)的斷路器也不再記錄。

本文平臺(tái)完成二次系統(tǒng)設(shè)備故障的檢測(cè)后，可對(duì)繼保部件同斷路器的動(dòng)作狀態(tài)實(shí)施分析，二次設(shè)備故障征兆集用表4描述，獲取詳細(xì)的診斷結(jié)果窗口用圖7描述。

分析表4和圖7可得，調(diào)測(cè)平臺(tái)最終運(yùn)算獲取的結(jié)果為區(qū)域1的龍港丙線存在故障，龍港丙線麗水站側(cè)2355差動(dòng)保護(hù)和距離I段保護(hù)動(dòng)作準(zhǔn)確，同時(shí)跳開(kāi)麗水站側(cè)2355開(kāi)關(guān)，龍港丙線古麗站側(cè)2355差動(dòng)和距離I段保護(hù)設(shè)備正常運(yùn)行，古麗站側(cè)2355開(kāi)關(guān)拒動(dòng)，古麗站側(cè)2355拒動(dòng)使得故障范圍提升，母聯(lián)開(kāi)關(guān)2183以及2174保護(hù)設(shè)備的動(dòng)作運(yùn)行正確，并且都準(zhǔn)確跳開(kāi)母聯(lián)開(kāi)關(guān)2183以及2174，區(qū)域I主變合理的保護(hù)動(dòng)作，準(zhǔn)確跳開(kāi)范圍I主變側(cè)2201以及2202開(kāi)關(guān)，確保其將故障范圍隔離開(kāi)，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備故障的有效調(diào)測(cè)。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了智能變電站二次系統(tǒng)高可視化全景調(diào)測(cè)平臺(tái)，采用新型智能移動(dòng)調(diào)測(cè)部件增強(qiáng)二次設(shè)備調(diào)測(cè)的可視化以及移動(dòng)化檢測(cè)性能，實(shí)現(xiàn)了智能變電站二次系統(tǒng)故障的直觀準(zhǔn)確調(diào)測(cè)。

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