220 kV智能變電站運行的異常缺陷及技術改進

唐紀捷

國家電投集團江蘇新能源有限公司，江蘇 鹽城 224000

0 引言

相比普通變電站，智能變電站的功能更加多樣，同時內部組成也更加復雜，隨著投入使用年限的增加，在運行期間出現故障的頻率也會相應提升。筆者結合管理經驗，梳理智能變電站常見的問題如下：（1）一般運行缺陷。電氣設備與線路在安裝時，由于設備、線纜自身存在缺陷，或者安裝效果不理想，導致在智能變電站投入運行后，因為接觸不良使得某些設備無法正常運行，影響智能變電站各項功能的發(fā)揮。例如，變壓器出現密封失效，進而導致漏油問題，影響變壓器的正常使用。（2）嚴重缺陷。保護裝置頻繁出現誤動、拒動，無法正常進行告警，導致出現問題難以第一時間發(fā)現，由此引發(fā)更為嚴重的系統性故障。隔離開關輔助觸點無法正常閉合，或者通信系統故障，造成信號丟失等。

1 220 kV智能變電站運行的技術改進

1.1 應用智能站元件保護

為了進一步提高220 kV智能變電站各類電氣設備和線路的可靠性，對線路及元件配置方式進行了優(yōu)化。

（1）增加了電流合并單元。從原來“一對多”的接入方式轉換成了“點對點”的接入方式，從而對每一條線路、每一臺設備進行直接采樣。同時，將多條保護線路按照電壓等級進行區(qū)分配置，得到220 kV、110 kV、35 kV和10 kV線路間隔配置雙套合并單元。

（2）增加了線路保護裝置。采用電壓、電流雙信號作為控制變量，在檢測到線路同時存在過壓、過流情況后，直接跳閘，發(fā)揮保護功能。此外，還有采用雙重化配置的智能終端、錄波器裝置等。220 kV線路保護配置如圖1所示。

除優(yōu)化保護配置提高智能變電站運行穩(wěn)定性外，還設置了自動運維功能：①辨識告警信號。線路運行期間發(fā)現過載、過熱等異常信號后，該保護系統可自動識別并進行告警，提醒管理人員及時采取措施。②軟壓板自動投退。在執(zhí)行線路日常檢修或故障處理時，SV軟壓板自動退出，保障檢修作業(yè)的安全。當線路停電或斷路器斷電時，SV軟壓板自動退出。當檢修完成或故障排除后，重新啟動線路，SV軟壓板自動接入[1]。

1.2 引進網絡通信機制

智能變電站采用基于IEC 61850標準的通信機制，根據信息交互模式的不同，又可分為基于TCP/IP的分散式傳輸和基于MAC地址的組播傳輸。對比來看，TCP/IP分散式傳輸可以將信息分散到不同的通信線路中，降低通信壓力，但是會導致站控層和應用層之間信息不對稱。基于MAC地址的組播傳輸則實現了站控層、應用層、間隔層之間的信息共享，因此在智能變電站的網絡通信系統中應用效果更好。

基于MAC地址的組播傳輸，根據通信原理的不同又可分為靜態(tài)組播、動態(tài)組播兩種模式。其數據轉發(fā)方式如圖2所示。

結合圖2，靜態(tài)組播適用于只有少量數據進入終端的情況，此時對交換機的通信能力和數據處理能力要求較低，采用靜態(tài)組播進行數據轉發(fā)，可以有效降低成本并簡化系統結構。交換機利用多個串口，分別與各個IED完成數據傳遞，并將接收到的數據進行轉化、處理后，統一發(fā)送給MU。動態(tài)組播（GMRP）本質上是一種實體協議，執(zhí)行IEEE 802.1P協議標準，可用于交換設備之間以及交換設備與終端設備之間，自由完成信息收發(fā)。

1.3 推行智能變電站軟壓板

智能變電站內軟壓板管理系統包括數據采集模塊、數據存儲模塊、數據計算模塊、數據分析、服務模塊等。該系統的主要功能如下：

（1）數據處理。對于前端采集并傳輸至該系統的海量數據，基于AI技術中的專家系統，對數據進行處理，并根據處理結果展開分析，掌握智能變電站各處的運行情況。同時，支持管理員查詢歷史數據，了解某段時間內變電站的運行情況。

（2）軟壓板邏輯管理。檢修過程建模的作用是模擬智能變電站一次、二次設備的軟壓板操作序列，構建與之匹配的模型，并且進行仿真運行，以便于及時發(fā)現設備運行的異常情況。

（3）運行監(jiān)視。利用傳感器、攝像機等設備，實現對智能變電站各處運行工況的實時監(jiān)控，支持管理員隨時查詢某個時間段內的監(jiān)視資料。

（4）軟壓板邏輯校核。支持手動和自動兩種校核模式，保證軟壓板管理系統正常運行。

（5）可視化發(fā)布。全站軟壓板信息通過互聯網平臺進行發(fā)布，支持管理員遠程掌握變電站現場情況，真正實現了無人值守和可視管理[2-3]。

1.4 智能變電站檢修監(jiān)測技術

無人值守是智能變電站的一大優(yōu)勢，為了保障變電站各項功能正常發(fā)揮，要求技術人員必須遠程、實時監(jiān)測智能變電站系統的運行情況。這種情況下就需要創(chuàng)新監(jiān)測技術、引進運行監(jiān)測系統。

技術人員利用綜合數據網，將遠程管理平臺和智能變電站系統聯系起來。同時，為了保障系統運行安全，在連接綜合應用服務器前，設立了防火墻，以防止惡意入侵行為。在現場監(jiān)測系統中，主要包含220 kV GIS狀態(tài)監(jiān)測模塊、主變壓器狀態(tài)監(jiān)測模塊。以GIS狀態(tài)監(jiān)測為例，可同時監(jiān)測智能變電站運行期間是否存在泄漏電流，或者動作次數是否準確。監(jiān)測信息通過光纖快速反饋至綜合應用服務器，經過智能處理后，將數據信號直觀地呈現在遠程管理平臺，方便管理員掌握現場情況。

2 智能變電站異常工況的處理方法

對于智能變電站內不同設備出現的異常工況，處理措施如下：

（1）電源插件的處理。觀察到電源指示燈變?yōu)榧t色、常亮時，使用萬用表分別檢測輸入、輸出電壓。若發(fā)現有電壓不穩(wěn)定、超限的情況，應在切斷電源后及時更換電源插件。另外，檢查負載，若存在超載運行、異常發(fā)熱的情況，也要及時更換插件。

（2）CPU系統的處理。短時間內連續(xù)出現多次死機、重啟情況，先檢查硬件，判斷是否存在CPU接觸不良問題。排除硬件原因后再檢查軟件，解決執(zhí)行程序問題。

（3）GOOSE光纖通道的處理。若發(fā)現信號延時明顯，誤碼率增加，檢查光纜是否存在損傷，以及光纖與交換機連接處是否有松動。檢查交換機和各IED，發(fā)現故障后及時更換設備。

（4）開關量回路的處理。對于開關量異常的情況，先檢查接線是否正常，硬件有無損壞，再判斷有無干擾，參數是否正常，及時屏蔽干擾和調校參數。

3 結束語

智能變電站的推廣應用，讓變電站無人值守成為可能。在220 kV智能變電站的自動化運行中，由于設備自身方面的問題，或者是外部環(huán)境的影響，不可避免會出現通信中斷、顯示異常、誤動或拒動等問題。技術人員應采取元件及線路保護配置、創(chuàng)新網絡通信機制、引進實時監(jiān)測系統等一系列措施，保障智能變電站可以穩(wěn)定運行。