智能變電站運維與防誤預警培訓系統(tǒng)研究

焦日升，焦俊馳，王 菁，曹盛楠

（1.國網(wǎng)吉林省電力有限公司培訓中心，吉林 長春 130062；2.國網(wǎng)四川省電力公司檢修公司，四川 樂山 614000）

0 引言

目前，伴隨著智能電網(wǎng)技術的廣泛應用，智能變電站運行與建設的數(shù)量正以前所未有得規(guī)模發(fā)展，使常規(guī)變電站和智能變電站共同運行在各級電網(wǎng)中，由于常規(guī)變電站和智能變電站所應用的關鍵技術不同，使得其相關運維和防誤技術差異較大，對變電站運維人員勝任崗位能力提出了更高的新要求。

1 存在的問題

1.1 智能變電站的安全運行問題

常規(guī)變電站二次回路連接、保護出口、功能連接片看得見，摸得著，可形成明顯的物理斷口，調試、運維檢修人員形成了固有的習慣。

在智能變電站，常規(guī)站“看得見”、“摸得著”的二次回路變成了“看不見”、“摸不著”的“黑匣子”，增加了變電站運維、檢修的不可控性。

缺乏對智能二次設備軟連接片、 虛回路、 光纖回路、二次安全操作等有效的技術支撐平臺，存在繼電保護誤操作、誤接線、誤設置情況，易造成電網(wǎng)事故，同時存在保護設備及其回路發(fā)生缺陷時無法快速定位診斷等一系列問題，嚴重威脅智能變電站的安全運行［1］。

1.2 智能變電站的精益化管理問題

變電站無人值守及遠方操作后， 距離遠、 手段少、監(jiān)控難、響應慢，無人值班管控手段需加強。

按照國網(wǎng)精細化管理要求， 急需加強變電站繼電保護遠程全方位管控，研究運維站、檢修工區(qū)遠程在線監(jiān)視和智能運維問題。 實現(xiàn)二次設備從定期檢修到狀態(tài)檢修、就地運維到遠程診斷、從被動檢修到主動搶修、 從經驗式管理到數(shù)據(jù)分析專家診斷的精益化轉變，以滿足運維人員快速應急搶修需求。雖然存在一體化監(jiān)控平臺、網(wǎng)分、子站等系統(tǒng)，但管理部門不同，面向運維、檢修的信息不全面，與可視化運維有關的信息整合程度不高， 實際運維檢修中存在一定的局限［2］。

2 系統(tǒng)的構建

2.1 系統(tǒng)架構

如圖1 所示， 以220 kV 典型智能變電站為例，系統(tǒng)主要由采集單元及管理單元組成。 根據(jù)變電站電壓等級，采集單元可配置1～3 臺，一般 220 kV 及以上GOOSE A、B 網(wǎng)要求完全獨立，分配在兩臺不同的采集單元。 MMS 可接入采集單元，也可接入管理單元，接入采集單元可更好地保證MMS 數(shù)據(jù)采集的可靠性。 智能變電站可視化運維與防誤預警系統(tǒng)是通過接入智能變電站的網(wǎng)絡實現(xiàn)對智能變電站數(shù)據(jù)采集的， 通過智能變電站可視化運維與防誤預警系統(tǒng)屏內交換機，可接站端工作站，通過智能變電站可視化運維與防誤預警系統(tǒng)就地管理單元， 可外接可視化運維主站。 系統(tǒng)實現(xiàn)了與智能變電站運行和管理數(shù)據(jù)的同步， 為智能變電站的安全運行和精益化管理工作提供可靠依據(jù)和科學手段。

2.2 主要功能

智能變電站可視化運維與防誤預警系統(tǒng)， 基于IEC61850 規(guī)約模型實現(xiàn)智能變電站繼電保護二次回路可視化展示、在線監(jiān)測、智能診斷及安措在線校核和預演功能，為智能變電站二次系統(tǒng)的日常運維、異常處理、 故障檢修等工況提供多維度的可視化信息支撐、決策及安全操作依據(jù)。

2.2.1 智能變電站SCD 文件管控

SCD 文件管控主要是對智能變電站SCD 文件圖形化解析及檢測， 實現(xiàn)SCD 文件的圖形化展示；實現(xiàn)二次系統(tǒng)的SCD 虛回路校檢；實現(xiàn)基于斷面或間隔的可視化對比； 實現(xiàn)XML 語法語義、DL／T860標準模型、繼電保護工程應用模型標準化、國網(wǎng)六統(tǒng)一規(guī)范化校驗； 實現(xiàn) SCD 文件與 ICD 文件、SCD 文件與CID 文件一致性校驗。

圖1 系統(tǒng)架構圖

2.2.2 全景監(jiān)視

基于電網(wǎng)一次接線圖的一、 二次設備的運行狀態(tài)，二次設備的運行狀態(tài)（保護設備運行/退出、正常/告警狀態(tài)以及通信正常/中斷狀態(tài)）可視化全景實時展示。 二次設備的運行狀態(tài)主要包括閉鎖、動作、異常、檢修、運行5 種，分別以綠色、黃色、藍色、橙色、紅色顯示。

2.2.3 繼電保護設備在線監(jiān)視

實現(xiàn)對二次設備運行狀態(tài)的可視化在線監(jiān)視，能夠展示保護裝置所有的動作事件、告警事件信息、狀態(tài)變位信息、連接片狀態(tài)、定值區(qū)號、運行工況、裝置面板指示燈等各種信息； 展示交換機端口通信狀態(tài)、端口流量等信息。

2.2.4 一二次操作狀態(tài)監(jiān)視

智能變電站各間隔的一次操作主要包括幾種狀態(tài)及狀態(tài)間的相互轉換， 如運行-熱備用冷備用-檢修， 每一種一次的狀態(tài)都會有相應的二次操作與之一一對應， 如220 kV 線路由運行轉為冷備用時，除了跳開斷路器、分開隔離開關的一次設備操作外，二次系統(tǒng)的操作還包括： 退出第一及二套母差保護跳該分支GOOSE 出口連接片，退出第一及二套母差保護該分支失靈啟動GOOSE 輸入連接片，現(xiàn)場實際人工操作時很有可能造成二次的漏操作， 該投退的連接片忘記退。本功能實現(xiàn)變電站運行過程中的一、二次設備狀態(tài)的對應監(jiān)測。 采集過程層的GOOSE 信號，在線實時獲取一次斷路器、隔離開關、地刀當前位置，確定一次設備（含線路、主變、母線、母聯(lián)等）所處的狀態(tài)，再通過MMS 網(wǎng)、過程層GOOSE 網(wǎng)采集二次系統(tǒng)保護相關設備的當前狀態(tài)， 包括保護功能軟連接片、SV 輸入連接片、GOOSE 輸入輸出連接片、運行/檢修開入硬連接片等，根據(jù)一次元件的運行狀態(tài)及相應的連接片整定規(guī)則，生成一次元件-連接片位置關聯(lián)規(guī)則庫， 利用變電站斷路器狀態(tài)信在變電站倒閘操作后自動識別一次元件狀態(tài)，與一次元件-連接片規(guī)則庫進行比較， 當出現(xiàn)不一致時給出報警提示信號，實現(xiàn)了變電站運行過程中的一、二次設備狀態(tài)的對應監(jiān)測。

2.2.5 定值在線查詢及校核

召喚IED 設備的實時運行定值和多組備用定值，并可將召喚的IED 設備定值入庫，并能夠自動或手動核對定值信息，不一致時，告警。 具備以下功能：

1）能查詢繼電保護設備的運行定值區(qū)。

2）能查詢任意時間段內數(shù)據(jù)庫中保存的歷史定值。

3）能周期性自動召喚定值，并與主站數(shù)據(jù)庫中保存的定值進行核對，若二者存在差異提供告警。

4）具備自動輪詢功能，周期性自動召喚信息，信息包括定值、斷路器量、軟連接片等，并與主站數(shù)據(jù)庫中保存的對應信息進行核對， 若二者存在差異提供告警，輪詢時間可配置。

2.2.6 基于CRC 碼的虛回路在線監(jiān)視

通過MMS 報文或CID/CCD 文件在線獲取保護裝置的虛回路CRC 碼， 通過采集MU、 智能終端的GOOSE 報文獲取MU、 智能終端虛回路CRC 碼，與裝置SCD 文件中IED 的CRC 碼進行比對， 對不一致IED 進行實時監(jiān)視與預警。

2.2.7 間隔可視化監(jiān)視及虛實回路圖

實現(xiàn)間隔繼電保護相關IED 設備虛實回路實時狀態(tài)監(jiān)測并可視化展示， 在線實時監(jiān)測過程層SV、GOOSE 虛回路的狀態(tài)，連接片狀態(tài)，光纖信號互聯(lián)關系、板卡-端口信息、光纖關聯(lián)信號及虛端子。

2.2.8 缺陷自動智能診斷

實現(xiàn)繼電保護裝置的智能診斷、異常告警定位、故障可視化。 具體的功能如下：

1）裝置溫度、裝置電源電壓、過程層端口發(fā)送/接收光強和光纖縱聯(lián)通道光強監(jiān)測信息的統(tǒng)計和歷史數(shù)據(jù)查詢功能，可根據(jù)同期數(shù)據(jù)比對、變化趨勢、突變監(jiān)測。

2）辨識保護系統(tǒng)裝置（含合并單元、保護裝置、智能終端及過程層交換機）的告警信息。

3） 應能根據(jù)一次設備同源多數(shù)據(jù)進行比對，實現(xiàn)保護采樣數(shù)據(jù)異常告警。

4）采集過程層網(wǎng)絡報文，并實時分析報文數(shù)據(jù)，實現(xiàn)二次虛回路狀態(tài)在線監(jiān)視， 監(jiān)測二次虛回路對應關聯(lián)連接片狀態(tài)；應能根據(jù)通信鏈路報文情況，進行光纖鏈路通斷判別，實現(xiàn)異常告警，告警能定位到光纜、通信端口等。

5）實時監(jiān)測信息實現(xiàn)保護裝置硬件異常的故障定位，故障定位應能到所屬插件、回路類型、端口位置等。

6） 保護裝置和智能終端的跳/合閘報文及接點反校報文信息，實現(xiàn)跳/合閘回路診斷功能。

2.2.9 保護動作行為分析

對電網(wǎng)故障站內所有保護動作情況的總體分析，包括保護動作簡報、錄波文件分析。

2.2.10 巡視報告

根據(jù)自檢、越限告警、預警、在線監(jiān)測等信息對繼電保護設備運行工況進行在線分析， 定期對站內裝置進行巡檢，生成巡視報告。

2.2.11 檢修安全措施可視化

自動生成安措模板庫， 并能以可視化的方式監(jiān)測安全措施預演、 在線校核的過程中操作的狀態(tài)變化。給出安全隔離后安全性評估結論，生成安全措施報告。

3 解決的問題

通過“智能變電站運維與防誤預警培訓系統(tǒng)”的構建， 對智能變電站有別于常規(guī)變電站的工程SCD文件校驗檢查、運維檢修可視化圖紙資料、保護設備在線監(jiān)測、運維智能診斷、運維二次安全措施、構建可視化運維體系基礎等方面問題進行了有效解決，為智能變電站的安全運行和精益化管理工作提供了一個具有針對性的培訓和提升工作質量的平臺。

3.1 工程SCD 文件校驗檢查

包括SCD 文件靜態(tài)校驗、動態(tài)校核。

1）實施SCD 文件規(guī)范性校驗，確保SCD 文件是符合規(guī)范要求的，避免新建及改擴建站SCD 文件存在隱患。

2）SCD 文件動態(tài)校核， 在線讀取 IED 設備模型文件及CRC 校驗碼，進行動態(tài)校核。

3.2 提供運維檢修可視化圖紙資料

1） 實現(xiàn)SCD 文件可視化， 便于及時查看虛回路、虛端子、IED 設備信息。

2）間隔光纖物理鏈路信息。

3） 虛實合一的二次回路可視化，便于及時查看并核對工作間隔二次回路動態(tài)信息， 包括光纖信號互聯(lián)關系、板卡-端口信息、光纖關聯(lián)信號及虛端子。

3.3 保護設備在線監(jiān)測

1）基于智能變電站光纖物理鏈路建模，實現(xiàn)整站及間隔光纖物理鏈路監(jiān)測。

2）二次回路在線監(jiān)測，包含光纖信號回路及狀態(tài)、連接片狀態(tài)。

3） 按間隔全面展示保護設備詳細狀態(tài)信息，包括保護動作、告警、連接片、光字牌等，歷史信息查詢。

3.4 運維智能診斷為運維人員提供檢修決策依據(jù)

1）基于光纖物理建模，實現(xiàn)光纖鏈路故障定位。

2）實現(xiàn)保護設備異常、告警的板卡定位，保護動作邏輯分析。

3）實現(xiàn)一次操作、二次操作一致性檢查與診斷預警。

3.5 運維二次安全措施校核預演及回放

1）實現(xiàn)二次安全措施在線校核，為二次回路操作提供操作順序及操作結果的校核與告警， 操作過程及結果可記錄回放。

2）實現(xiàn)二次安全措施邏輯預演，及時發(fā)現(xiàn)操作票中的邏輯問題， 避免二次安全操作邏輯錯誤導致的保護閉鎖及保護誤動事故發(fā)生。

3.6 構建可視化運維體系基礎

二次設備運行及監(jiān)測數(shù)據(jù)記錄、遠程上傳，遠方定值管理，故障信息管理，配合遠程主站，作為站端基礎數(shù)據(jù)平臺，構建智能運維體系及為電力大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、移動終端用等高級應用提供運維數(shù)據(jù)接口。

4 結束語

基于IEC61850 規(guī)約模型在智能變電站三層兩網(wǎng)的構架上構建的 “智能變電站運維與防誤預警培訓系統(tǒng)”實現(xiàn)了其運維與防誤預警相關功能，解決了智能變電站運維與防誤預警方面存在的問題， 該系統(tǒng)可安裝在智能變電站當?shù)兀?也可以安裝在智能變電站實訓培訓系統(tǒng)之中。 由于該系統(tǒng)只能讀取智能變電站網(wǎng)絡和相關IED 有關數(shù)據(jù)與信息， 具有信息傳輸?shù)牟豢赡嫘裕?因此該系統(tǒng)不但不會給智能變電站帶來危害， 而且還會對智能變電站的運行工況及時預警，為智能變電站安全運行提供必要的保障。同時給智能變電站運維人員及時了解和掌握智能變電站的實時現(xiàn)狀、分析及判斷故障、準確尋找故障根源等提供了必要的工具與手段。