智能變電站可視化運(yùn)維與智能診斷系統(tǒng)研究與應(yīng)用

樊宏偉 聞?dòng)聒P 祁磊 賈帥杰 劉歡龍 劉建剛

【摘 ?要】近年來(lái)，經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，隨著智能變電站的大量投運(yùn)及運(yùn)維工作的開(kāi)展，常規(guī)站“看得見(jiàn)”、“摸得著”的二次回路變成了“看不見(jiàn)”、“摸不著”的“黑匣子”，大大增加了變電站運(yùn)維、檢修的不可控性。本文基于IEC61850規(guī)約模型，嘗試在500kV衛(wèi)都變根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維情況部署智能變電站可視化運(yùn)維與智能診斷系統(tǒng)，通過(guò)SCD文件解析與校驗(yàn)、光纖物理鏈路建模、同源數(shù)據(jù)比對(duì)、信號(hào)多維度關(guān)聯(lián)、二次設(shè)備安全措施校核及邏輯預(yù)演等關(guān)鍵技術(shù)研究的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)智能化變電站IED設(shè)備的在線監(jiān)視與智能診斷，IED設(shè)備的可視化運(yùn)維，二次設(shè)備安全措施的防誤預(yù)警，并構(gòu)建智能運(yùn)維體系基礎(chǔ)。為運(yùn)維人員日常維護(hù)、故障檢修提供技術(shù)支撐和決策依據(jù)，有利于提高智能化變電站安全運(yùn)行水平。

【關(guān)鍵詞】智能變電站;可視化運(yùn)維;智能診斷系統(tǒng);研究與應(yīng)用

引言

自2009年國(guó)家電網(wǎng)公司組織推進(jìn)智能電網(wǎng)戰(zhàn)略以來(lái)，基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的智能變電站自動(dòng)化技術(shù)獲得了快速發(fā)展。截止到2015年底已經(jīng)投運(yùn)的智能變電站約2500座，“十三五”期間新建變電站將全部采用智能變電站技術(shù)方案，我國(guó)已成為智能變電站投運(yùn)數(shù)量最多的國(guó)家。智能變電站基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)，用變電站配置文件（substationconfigurationdescription，SCD）描述：①變電站一次設(shè)備模型與電氣拓?fù)湫畔?②自動(dòng)化功能在各間隔內(nèi)的分配;③智能電子設(shè)備（intelligentelectronicdevice，IED）能力;④通信配置信息;⑤IED中邏輯節(jié)點(diǎn)（logicalnode，LN）的映射;⑥IED之間的水平通信與垂直通信等。在工程應(yīng)用中采用光纜代替電纜，二次系統(tǒng)裝置之間的連接關(guān)系由數(shù)據(jù)包通信代替以往硬接線的連接，這樣，基于裝置端子排的管理邊界不復(fù)存在，整個(gè)二次系統(tǒng)成為“黑匣子”，給運(yùn)行維護(hù)帶來(lái)了諸多問(wèn)題和困難，增加了智能變電站二次系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。本文通過(guò)分析智能變電站核心SCD的特征，針對(duì)二次系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，探索“圖實(shí)相符”的可視化運(yùn)維技術(shù)方案，以便為基于SCD的智能變電站工程應(yīng)用提供可靠的技術(shù)支撐。

1繼電保護(hù)可視化運(yùn)維與智能診斷系統(tǒng)介紹

本文基于IEC61850規(guī)約模型，嘗試在500kV衛(wèi)都變根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維情況部署智能變電站可視化運(yùn)維與智能診斷系統(tǒng)，并通過(guò)SCD文件解析與校驗(yàn)、光纖物理鏈路建模、同源數(shù)據(jù)比對(duì)、信號(hào)多維度關(guān)聯(lián)、二次設(shè)備安全措施校核及邏輯預(yù)演等關(guān)鍵技術(shù)研究，實(shí)現(xiàn)500kV衛(wèi)都變繼電保護(hù)二次虛回路的可視化展示、狀態(tài)的在線監(jiān)視、智能診斷及安措預(yù)演、在線校核與預(yù)警等功能，為該站二次系統(tǒng)的日常運(yùn)維、異常處理、事故分析以及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智能變電站可視化運(yùn)維與智能診斷系統(tǒng)研究與應(yīng)用

2.1在線運(yùn)行狀態(tài)信息

二次設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)信息主要包括：軟硬件自檢信息、開(kāi)關(guān)量信息以及采樣值等信息，其中軟硬件自檢信息針對(duì)裝置運(yùn)行溫度以及電源電壓等;采樣值和開(kāi)關(guān)量信息主要包括設(shè)備直流電路、差動(dòng)電流以及開(kāi)關(guān)量狀態(tài)、正常反應(yīng)等，系統(tǒng)會(huì)對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行不間斷監(jiān)控，提供二次設(shè)備故障的診斷數(shù)據(jù)。

2.2運(yùn)維檢修可視化圖紙資料展示功能應(yīng)用

實(shí)現(xiàn)SCD文件可視化，便于及時(shí)查看虛回路、虛端子、IED設(shè)備信息，間隔光纖物理鏈路信息。虛實(shí)合一的二次回路可視化，便于及時(shí)查看并核對(duì)工作間隔二次回路動(dòng)態(tài)信息，包括光纖信號(hào)互聯(lián)關(guān)系、板卡-端口信息、光纖關(guān)聯(lián)信號(hào)及虛端子。保證500kV衛(wèi)都變站內(nèi)業(yè)務(wù)回路的可視化在線監(jiān)視及診斷。2.3運(yùn)維二次安全措施校核、預(yù)演及回放功能應(yīng)用支持導(dǎo)入安措及圖形化操作形成安措等模式，檢驗(yàn)安全措施是否正確，是否存在因安全策略錯(cuò)誤引發(fā)的保護(hù)誤動(dòng)或者保護(hù)閉鎖。實(shí)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(jié)果的校核與告警，操作過(guò)程及結(jié)果可記錄回放;實(shí)現(xiàn)二次安全措施邏輯預(yù)演，及時(shí)發(fā)現(xiàn)操作票中的邏輯問(wèn)題，避免二次安全操作邏輯錯(cuò)誤導(dǎo)致的保護(hù)閉鎖及保護(hù)誤動(dòng)事故發(fā)生。保證500kV衛(wèi)都變安全措施全部正確執(zhí)行與恢復(fù)，對(duì)于未執(zhí)行與恢復(fù)的安全措施發(fā)出相應(yīng)報(bào)警;同時(shí)，通過(guò)安措執(zhí)行流程管控功能，監(jiān)督運(yùn)行檢修人員按照既定流程執(zhí)行安措，保證在檢修作業(yè)過(guò)程中安全措施安全可靠、簡(jiǎn)便可行。

2.4保護(hù)設(shè)備在線監(jiān)測(cè)功能應(yīng)用

基于智能變電站光纖物理鏈路建模，實(shí)現(xiàn)整站及間隔光纖物理鏈路監(jiān)測(cè);實(shí)現(xiàn)間隔繼電保護(hù)相關(guān)IED設(shè)備虛回路實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)并可視化展示，在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)過(guò)程層SV、GOOSE虛回路的狀態(tài)，壓板狀態(tài);實(shí)現(xiàn)按間隔全面展示保護(hù)設(shè)備詳細(xì)狀態(tài)信息，包括保護(hù)動(dòng)作、告警、壓板、光字牌等，歷史信息查詢。保證500kV衛(wèi)都變站內(nèi)保護(hù)設(shè)備監(jiān)視并區(qū)分物理鏈路、邏輯鏈路斷鏈并預(yù)警，為運(yùn)維檢修人員提供直觀的虛回路狀態(tài)變化及信號(hào)狀態(tài)。

2.5運(yùn)維智能診斷功能應(yīng)用，提供檢修決策依據(jù)

基于光纖物理建模，實(shí)現(xiàn)站內(nèi)光纖鏈路故障定位;實(shí)現(xiàn)保護(hù)設(shè)備異常、告警的板卡定位，保護(hù)動(dòng)作邏輯分析;實(shí)現(xiàn)一次操作、二次操作一致性檢查與診斷預(yù)警。保證500kV衛(wèi)都變發(fā)生光纖鏈路故障時(shí)，能具體定位出故障類型和故障鏈路;保證電網(wǎng)故障時(shí)通過(guò)兩側(cè)變電站所有保護(hù)動(dòng)作信息收集、整理，自動(dòng)進(jìn)行綜合智能分析;保證站內(nèi)發(fā)生一次操作、二次操作不一致情況進(jìn)行預(yù)警并圖形化展示。

3應(yīng)用情況及效果

目前，保護(hù)設(shè)備可視化運(yùn)維系統(tǒng)已在多省試點(diǎn)應(yīng)用。基于現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維檢修人員的需求，切實(shí)際、高效率的解決了現(xiàn)場(chǎng)工作人員所面臨的一系列問(wèn)題。以某220kV智能變電站為例，該站承擔(dān)著2016年G20峰會(huì)保電工作任務(wù)，供電范圍覆蓋蕭山榮莊、紅墾等區(qū)域，重點(diǎn)保障錢江世紀(jì)城區(qū)塊供電可靠。保護(hù)設(shè)備可視化運(yùn)維系統(tǒng)與全站統(tǒng)一投產(chǎn)于2016年4月，迄今配置文件齊全，功能實(shí)現(xiàn)完整，已穩(wěn)定安全運(yùn)行近2年。該系統(tǒng)提高了現(xiàn)場(chǎng)快速診斷和處理設(shè)備缺陷的能力，提供了安全措施操作輔助功能，實(shí)現(xiàn)了智能變電站“看得見(jiàn)、摸得著”可視化圖形化層次化的展示。該系統(tǒng)的工程實(shí)施具有時(shí)間短、配置簡(jiǎn)潔、維護(hù)方便三大特點(diǎn)。該變電站投運(yùn)前，工作人員利用保護(hù)設(shè)備可視化運(yùn)維系統(tǒng)光纖鏈路監(jiān)視診斷、虛實(shí)回路監(jiān)視診斷、光口光強(qiáng)監(jiān)視功能等對(duì)各個(gè)間隔詳細(xì)的審查。直觀、精確的指向某一間隔智能終端第七塊板卡第四光口的光纖發(fā)生了斷鏈的情況，有針對(duì)性的排查后發(fā)現(xiàn)在調(diào)試過(guò)程中尾纖遭到撕扯而外表完好如初，更換后情況得到解決。送電前夕，配合工作人員進(jìn)行各間隔安全措施的預(yù)演和實(shí)際校核，為送電工作和未來(lái)的停電檢修提供了保障。投運(yùn)后，全景圖巡視和保護(hù)巡檢模塊給運(yùn)維人員日常檢測(cè)IED設(shè)備、鏈路，檢查IED設(shè)備工作情況等帶來(lái)了極大的便利，圖形化的展示十分直觀，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后還可以及時(shí)的利用其他功能進(jìn)行查詢和定位。目前，從多個(gè)投運(yùn)了該保護(hù)設(shè)備可視化運(yùn)維系統(tǒng)的變電站后期改擴(kuò)建維護(hù)反饋來(lái)看，該系統(tǒng)給變電站運(yùn)維檢修帶來(lái)了極大的幫助，提高了現(xiàn)場(chǎng)工作效率，縮短了現(xiàn)場(chǎng)工作的時(shí)間。

結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的智能變電站鏈路可視化及診斷系統(tǒng)從過(guò)程層、間隔層、站控層對(duì)智能變電站二次設(shè)備實(shí)現(xiàn)全面監(jiān)視，并將全站鏈路可視化，將二次設(shè)備信息、光纖連接關(guān)系、當(dāng)前狀態(tài)在一張圖上全部展示出來(lái)，變成二次設(shè)備圖紙，解開(kāi)智能變電站黑匣子的秘密，同時(shí)將站控層、過(guò)程層、間隔層相結(jié)合，以多維度的、不同的數(shù)據(jù)對(duì)智能站的鏈路進(jìn)行分析、診斷，定位異常點(diǎn)，為現(xiàn)場(chǎng)故障排查提供有效的手段，為二次設(shè)備運(yùn)維檢修帶來(lái)極大的方便。

（作者單位：國(guó)網(wǎng)晉城供電公司）