數(shù)字化變電站光纖運(yùn)維模式應(yīng)用

姚浪 張彬 李為平 李青峰 楊波

摘 要：近年來，隨著我國電網(wǎng)規(guī)模的高速發(fā)展，以及計(jì)算機(jī)、通信、控制技術(shù)發(fā)展，電力系統(tǒng)的運(yùn)行管理模式也發(fā)生了重大變化。光纖作為繼電保護(hù)通道得到廣泛的應(yīng)用，但運(yùn)行過程中會出現(xiàn)大量衰減和中斷的情況，而往往檢測故障存在困難麻煩等問題。本文從數(shù)字化變電站的特點(diǎn)出發(fā)，分析集中監(jiān)控運(yùn)維模式，并為改進(jìn)數(shù)字化變電站的集中監(jiān)控運(yùn)維模式提出建議。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化變電站;集中監(jiān)控;運(yùn)維模式

引言

據(jù)《BP 世界能源統(tǒng)計(jì)年鑒》2018 版顯示，2017 年中國發(fā)電總量為 6495.1 太瓦時，占世界發(fā)電總量的 25.42%，與 2016 年相比年增長率達(dá)到 6.2%[1]，這與我國龐大的變電站基數(shù)分不開，而變電站作為整個電網(wǎng)的心臟，設(shè)備運(yùn)行安全和運(yùn)維檢修人員人身安全是電力管理的重點(diǎn)、難點(diǎn)。

光纖作為繼電保護(hù)的通道介質(zhì)具有不怕超高壓與雷電電磁干擾、對電場絕緣、頻帶寬和衰耗低等優(yōu)點(diǎn)。隨著電力光纖網(wǎng)絡(luò)的逐步完善，光纖保護(hù)也將在繼電保護(hù)領(lǐng)域中得到更為廣泛的應(yīng)用。但因?yàn)楣饫w保護(hù)的大量使用，通道所出現(xiàn)的問題也不斷增加。在光纖運(yùn)行過程中會出現(xiàn)大量衰減和中斷的情況，比如交換機(jī)光口的接觸不良，法蘭盤光纖熔接不可靠。這些問題如沒能及時發(fā)現(xiàn)，時間運(yùn)行久了會造成設(shè)備報(bào)警，提示光纖斷裂。這時候，運(yùn)維人員就需要到現(xiàn)場進(jìn)行光纖維護(hù)。而現(xiàn)場維護(hù)檢測中，智能終端通過光纖連接到法蘭盤，法蘭盤后的光纖再經(jīng)過多級交換機(jī)和保護(hù)裝置連接。從智能終端一側(cè)測試保護(hù)裝置發(fā)光的損耗，非常的麻煩。

現(xiàn)目前，國家電網(wǎng)公司運(yùn)維管理仍采用運(yùn)維站和無人站相結(jié)合的變電站管理模式。運(yùn)維班負(fù)責(zé)所轄變電站的現(xiàn)場設(shè)備巡視工作，運(yùn)維巡視的主要目的是對變電一次、二次設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)各方面量化數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并及時發(fā)現(xiàn)并上報(bào)設(shè)備故障信息，適時安排檢修人員進(jìn)行維修，所以變電站設(shè)備運(yùn)行安全狀態(tài)的評估主要依賴于設(shè)備運(yùn)維巡視。隨著科技的進(jìn)步和技術(shù)的發(fā)展，設(shè)備運(yùn)維巡視的方式也逐漸改變，運(yùn)維檢測技術(shù)也不斷提高，尤其光纖通道運(yùn)行檢測過程中存在很多問題，因此在檢測維護(hù)過程中實(shí)現(xiàn)運(yùn)維儀是必需的。

1 數(shù)字化變電站運(yùn)維基本特征

1.1變電站運(yùn)維現(xiàn)狀

目前變電站建設(shè)了視頻監(jiān)控、微機(jī)保護(hù)等多個監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，用于變電站電氣設(shè)備運(yùn)行參數(shù)實(shí)時監(jiān)控，保證在電氣設(shè)備發(fā)生故障的第一時間，故障得以發(fā)現(xiàn)并通知，并使運(yùn)維人員可以在短時間內(nèi)快速響應(yīng)。然而，單單依靠目視檢查、視頻監(jiān)控、微機(jī)保護(hù)等監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對電氣設(shè)備的監(jiān)測，其數(shù)據(jù)來源仍十分單一，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足變電站全方位監(jiān)控的建設(shè)需求。對于電氣設(shè)備的安全運(yùn)行來說，導(dǎo)致其故障的因素很多，并不能只關(guān)注電氣設(shè)備單一特征的內(nèi)部或外部變化，如果不及時發(fā)現(xiàn)和消除隱患，可能會發(fā)展成各種故障，對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定構(gòu)成威脅[2，3]。因此人工到站對設(shè)備運(yùn)維巡視仍是必須的，而人工到站檢查時只通過目視檢查是不夠的，智能化輔助工具是必須，比如數(shù)字化變電站光纖通路運(yùn)維儀可作為此類工具，運(yùn)用到光纖檢查上。

數(shù)字化變電站巡視是運(yùn)維管理的基礎(chǔ)，可以有效保障電氣設(shè)備安全，通過巡視發(fā)現(xiàn)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)的變化，從而定位電氣設(shè)備的缺陷和隱患，提出具體的維護(hù)內(nèi)容，以便及時消除缺陷，防止事故發(fā)生，將故障降到最低限度，確保設(shè)備的安全和電力系統(tǒng)的穩(wěn)定[4]。變電站設(shè)備巡檢在變電站運(yùn)行中起著非常重要的作用，能及時發(fā)現(xiàn)事故隱患，防止事故發(fā)生。

變電站，尤其是數(shù)字化變電站中，大量運(yùn)行的設(shè)備都通過光纖進(jìn)行通信連接。運(yùn)行過程中會出現(xiàn)大量衰減和中斷的情況。比如交換機(jī)光口的接觸不良，法蘭盤光纖熔接不可靠。

這些問題，建設(shè)過程中也許沒有發(fā)現(xiàn)。但是時間運(yùn)行久了，損害增加，造成設(shè)備報(bào)警，提示光纖斷裂。這時候，運(yùn)維人員就需要到現(xiàn)場進(jìn)行光纖維護(hù)。

例如智能終端到保護(hù)測裝置，智能終端通過光纖連接到法蘭盤，法蘭盤后的光纖再經(jīng)過多級交換機(jī)和保護(hù)裝置連接。

從智能終端一側(cè)測試保護(hù)裝置發(fā)光的損耗，非常的麻煩。

首先，需要用發(fā)光筆打光檢測通路是否正常。

然后再用光功率計(jì)測試光纖損耗。法蘭盤到設(shè)備端時，一端有有效光源而一端無光源，無法進(jìn)行雙向通信的測試。

備用光纖沒有任何有效光源，無法進(jìn)行衰減測試。

發(fā)光筆及光功率計(jì)配合只能測試一條光纖的通斷和光衰。

如果要測試多條光纖的損害時，需要對應(yīng)多倍的測試時間，工作效率極低。

1.2光纖運(yùn)維目前監(jiān)測技術(shù)

智能光纖監(jiān)測技術(shù)（eODN）是光纖通信先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維技術(shù)。通信支撐是堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的重要組成部分，而基于EPON（Ethernet passive optical network，以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)的光纖通信以其無源可靠、經(jīng)濟(jì)高效、高速和遠(yuǎn)距離覆蓋的特性，在智能電網(wǎng)配電自動化、用電信息采集和電力光纖到戶的建設(shè)過程中得到了成熟和廣泛的應(yīng)用，不斷提高配電、用電的效率和電力網(wǎng)絡(luò)的可靠性。

eODN 智能光纖網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測技術(shù)主要通過發(fā)送測試光脈沖到光纖內(nèi)，然后對反射回的光進(jìn)行檢測。光纖末端、光纖斷裂以及連接器等事件可以通過脈沖的反射反映到終端上，終端根據(jù)光反射回來所花費(fèi)的時間來確定每個事件的距離。

采用eODN 智能光纖網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測技術(shù)進(jìn)行光鏈路狀態(tài)監(jiān)測和故障定位，采用雙色曲線對比光路新舊事件。在光路狀態(tài)正常情況下，啟動終端測試，將健康數(shù)據(jù)曲線存儲下來; 在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行過程中，終端測試數(shù)據(jù)實(shí)時刷新并同健康數(shù)據(jù)實(shí)時對比，從而實(shí)現(xiàn)光路的實(shí)時、在線、性能監(jiān)測; 在光路出現(xiàn)故障以后，終端試的測試結(jié)果與健康參數(shù)數(shù)據(jù)將會出現(xiàn)明顯差異，系統(tǒng)發(fā)生預(yù)警，通過兩條曲線數(shù)據(jù)差異的對比分析即可獲得故障點(diǎn)精確位置。

1.3光纖通道控制的優(yōu)勢

光纖通道首先在通信技術(shù)中得到廣泛的應(yīng)用，它是基于用光導(dǎo)纖維作為傳輸介質(zhì)的一種通信手段。光纖通道相對于其他傳統(tǒng)通道具有如下優(yōu)勢：

（1）頻帶寬，傳輸?shù)男畔⒘看?。這樣可以使線路兩端保護(hù)裝置盡可能多的交換信息，從而可以大大加強(qiáng)繼電保護(hù)動作的正確性和可靠性。傳輸質(zhì)量高，誤碼率低。這種特點(diǎn)使得光纖通道很容易滿足繼電保護(hù)對通道所要求的"透明度"。即發(fā)端保護(hù)裝置發(fā)送的信息，經(jīng)通道傳輸后到達(dá)收端，使收端保護(hù)裝置所看到的信息與發(fā)端原始發(fā)送信息完全一致，沒有增加或減少任何細(xì)節(jié)。

（2）抗干擾能力強(qiáng)。由于光信號的特點(diǎn)，可以有效的防止雷電、系統(tǒng)故障時產(chǎn)生的電磁方面的干擾，因此，光纖通道最適合應(yīng)用在繼電保護(hù)通道。

1.4光纖通道運(yùn)維技術(shù)的研究

將發(fā)光筆和光功率計(jì)進(jìn)行融合。設(shè)備發(fā)出的光源為有效光源，對端可直接接受測量光衰。發(fā)光源與接收器融為一體，即可發(fā)出有效光源，又可以測試光衰，從而實(shí)現(xiàn)雙向通信測試。然后，將單個發(fā)光源和接受器擴(kuò)展為多個發(fā)光源和接收器，可以同時進(jìn)行多個光纖通道的測試。一旦發(fā)現(xiàn)通道中斷，只需移動一端的測試器向?qū)Χ死^續(xù)測試，即可慢慢定位問題光纖位置。同時備用光纖的狀態(tài)非常清晰，隨時可以做替換使用。研究成果為測試設(shè)備對人身與環(huán)境無影響，在進(jìn)行衰耗測試時，光纖通道已退出運(yùn)行，對電網(wǎng)無影響，可實(shí)現(xiàn)8路同時測試;光纖類型多模單模兼容;光纖通道衰耗測試時間縮短50%，效率提高幾倍。

2 數(shù)字化變電站集中監(jiān)控運(yùn)行

在變電站集中監(jiān)控加少人值守管理新模式下，由集控中心負(fù)責(zé)各個受控變電站的運(yùn)行監(jiān)盤、無功設(shè)備投退、運(yùn)行轉(zhuǎn)熱備用（熱備用轉(zhuǎn)運(yùn)行）操作，調(diào)度的指令直接下達(dá)到集控中心，由集控中心負(fù)責(zé)組織調(diào)度指令的實(shí)施和異常事故處理，受控變電站現(xiàn)場實(shí)施少人值班，負(fù)責(zé)變電站的設(shè)備巡視、維護(hù)、定期輪換試驗(yàn)和場地設(shè)施維護(hù)工作，并在在集控中心的指揮下完成變電站現(xiàn)場的倒閘操作和異常事故處理。

新模式下突破傳統(tǒng)的有人值班模式，規(guī)范集控、受控站的工作流程及業(yè)務(wù)分界面，豐富集控中心的工作內(nèi)涵，讓集控中心承擔(dān)部分調(diào)度管理職能，通過集控中心和受控站地有序配合，有利于事故的快速處理，且大部分操作由集控遠(yuǎn)方遙控執(zhí)行，變電站人員進(jìn)行配合位置檢查，及現(xiàn)場冷備用轉(zhuǎn)檢修操作的操作模式，大大提高了操作效率。數(shù)字化變電站的智能化設(shè)備、信息通信網(wǎng)絡(luò)和遠(yuǎn)方監(jiān)控能力為集中監(jiān)控提供了最佳技術(shù)支持和保障。

3 運(yùn)維模式具體實(shí)現(xiàn)

3.1監(jiān)控和操作一體化

監(jiān)控及操作一體化的模式對運(yùn)行調(diào)度員的素質(zhì)要求相對較高，因?yàn)檎{(diào)度員不但需指揮電網(wǎng)的設(shè)備操作、事故的處理與監(jiān)視電網(wǎng)的運(yùn)行參數(shù)，還需代替變電站值班的人員所監(jiān)視變電站的本體設(shè)施運(yùn)行情況、設(shè)備的保護(hù)操作與管理信息，工作量比較大，加大了運(yùn)行調(diào)度員工作的負(fù)擔(dān)，無法發(fā)揮地區(qū)的電網(wǎng)調(diào)度職能，導(dǎo)致出現(xiàn)操作失誤與信息混亂等問題。

3.2監(jiān)控和操作分設(shè)化

監(jiān)控及操作分設(shè)化的模式有設(shè)置統(tǒng)一集中的監(jiān)控中心，有相應(yīng)的聯(lián)系職能與操作職能，且實(shí)時監(jiān)控所有變電站遠(yuǎn)程的工作。在運(yùn)行操作班時，進(jìn)行分區(qū)域的配置，可依據(jù)所在區(qū)域負(fù)責(zé)變電站操作與工作許可以及巡視、驗(yàn)收、處理事故的運(yùn)行管理。此模式有效促進(jìn)變電運(yùn)行劃分內(nèi)部職能，職責(zé)更清晰。但因設(shè)置統(tǒng)一集中的監(jiān)控中心，增加變電站時不需增加監(jiān)控工作人員的數(shù)量，因此，當(dāng)變電站的規(guī)模達(dá)到一定程度時，監(jiān)控及操作分設(shè)化的運(yùn)行模式減人增效特征最明顯。

3.3區(qū)域監(jiān)管化

對區(qū)域進(jìn)行監(jiān)控管理的模式主要是將監(jiān)控設(shè)置于調(diào)度室，有利于實(shí)現(xiàn)調(diào)度與監(jiān)控一體化，并且由運(yùn)行調(diào)度員監(jiān)控或是監(jiān)控人員監(jiān)控區(qū)域內(nèi)設(shè)備的調(diào)度，有效將調(diào)度與監(jiān)控一體化，提升了人力資源利用的效率，確保調(diào)度與監(jiān)控的統(tǒng)一，對區(qū)域進(jìn)行監(jiān)控管理的模式在一定程度可作為是操作及監(jiān)控分設(shè)化延伸。但此模式不適應(yīng)于當(dāng)前國家電網(wǎng)的調(diào)度模式，更利于在低于110千伏電壓等級的變電站，或是密集區(qū)域?qū)嵤?/p>

4 運(yùn)維模式改進(jìn)建議

4.1采用綜合監(jiān)控技術(shù)

變電站的視頻監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)測、安全防范、火災(zāi)報(bào)警、門禁等子系統(tǒng)，大都采取獨(dú)自運(yùn)行的模式，使用不同的渠道采集信息，甚至各自擁有維護(hù)管理人員，這樣無法實(shí)現(xiàn)所有系統(tǒng)的集中監(jiān)控管理，間接減少了系統(tǒng)的工作效率，提高了它的使用和管理成本。所以數(shù)字化變電站集中監(jiān)控盡量采用綜合監(jiān)控技術(shù)，使各系統(tǒng)之間的關(guān)系發(fā)生改變，不再是簡單的功能復(fù)加，它們之間有了聯(lián)系，并可以根據(jù)需要把相應(yīng)的功能進(jìn)行關(guān)聯(lián)，在符合觸發(fā)條件時同時發(fā)揮相應(yīng)的作用。

4.2提高運(yùn)行抗風(fēng)險的能力

1）提升監(jiān)控中心自動化的水平，有利于監(jiān)控中心實(shí)現(xiàn)全面監(jiān)視的能力，提升變電站的自動化系統(tǒng)保障能力，加快數(shù)字化的變電站研發(fā)工作，加強(qiáng)監(jiān)控中心數(shù)據(jù)采失的能力。2）提升監(jiān)控中心的值班人員素質(zhì)，尤其是對監(jiān)控中心的值班人員調(diào)度能力的培訓(xùn)需加強(qiáng)。3）擴(kuò)寬遠(yuǎn)控操作的范圍，加快研發(fā)程序化的操作。監(jiān)控中心目前控制功能僅是對開關(guān)的遠(yuǎn)控操作，因而為編短操作的時間，提升操作的科技含量，需擴(kuò)寬遠(yuǎn)控的操作范圍，令監(jiān)控中心具布遠(yuǎn)方控制功能。

4.3采用智能分析技術(shù)

集控站在所轄變電站有數(shù)以百計(jì)的監(jiān)控單元，如果僅憑監(jiān)盤值班員對后臺視頻監(jiān)控機(jī)的監(jiān)控顯示畫面進(jìn)行監(jiān)視，往往難以發(fā)現(xiàn)某個變電站出現(xiàn)的問題。以往的系統(tǒng)大都是釆用事后重現(xiàn)現(xiàn)場畫面的方式，在事故發(fā)生后只起到分析原因的作用，無法起到警示提醒的作用。如果能夠在事件剛發(fā)生之時就進(jìn)行有效的制止和防范，對于變電站的安全平穩(wěn)運(yùn)行將起到顯著的效果。但由于設(shè)置在站內(nèi)的監(jiān)控單元數(shù)量大、視頻監(jiān)控畫面過多，會分散監(jiān)盤值班員的注意力，無法及時注意到有效視頻信息。利用智能分析技術(shù)，可以把無效信息過濾，通過分析處理后只保留有用的數(shù)據(jù)，并存儲與集控站。智能視頻分析技術(shù)與以往的監(jiān)控技術(shù)相比，擁有更為出色的有效性和持久性，它的服務(wù)器可以對釆集信號進(jìn)行分析處理，能夠劃分監(jiān)控區(qū)域，識別運(yùn)動物體，且可以不間斷的進(jìn)行監(jiān)視，極大程度的減輕監(jiān)盤值班員的工作量，發(fā)現(xiàn)異常時，能夠及時監(jiān)視有效畫面并發(fā)出告警信號，避免了漏報(bào)和誤報(bào)，提高了監(jiān)盤值班員的工作效率。

4.4提高班組人員素質(zhì)

在如今運(yùn)維模式下，原有的工作流程發(fā)生了變化，這對班組人員工作中的 自我安全監(jiān)督管控提出更高的要求。培養(yǎng)數(shù)字化變電站的運(yùn)維人才將比傳統(tǒng)變電站的更難，周期更長。在現(xiàn)場作業(yè)中風(fēng)險增大、任務(wù)加重的情況，需建立有效的人才培訓(xùn)體系，制定如今運(yùn)維人才評價標(biāo)準(zhǔn)，促進(jìn)員工逐漸轉(zhuǎn)變觀念，才能保障運(yùn)維高效工作的持續(xù)進(jìn)行。

5 結(jié)語

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，電能在現(xiàn)代社會中的地位越來越重要，由各種發(fā)電廠里將其他形式的能量轉(zhuǎn)化為電能，再由各類變壓器和輸電線路傳入變電站，最后通過變壓器和配線網(wǎng)絡(luò)分配到千家萬戶。在這過程中，顯然需要精確可靠的監(jiān)控系統(tǒng)能夠監(jiān)視數(shù)字化變電站電能的品質(zhì)并調(diào)度電能的流向。而傳統(tǒng)的電力二次設(shè)備及其監(jiān)控系統(tǒng)在改造，維護(hù)，可視化方面存在各種各樣的不足。目前電力自動化技術(shù)的進(jìn)步顯著，數(shù)字化變電站綜合自動化、變電站集中監(jiān)控、調(diào)度自動化技術(shù)得到廣泛應(yīng)用。

本文基于變電站的運(yùn)維現(xiàn)狀，對數(shù)字化變電站的集中監(jiān)控運(yùn)維模式進(jìn)行了探究，并提出了能改進(jìn)的方法，能縮短故障維護(hù)時間，降低維護(hù)人員的工作強(qiáng)度，方便設(shè)備運(yùn)行管理。

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