變電自動(dòng)化和穩(wěn)定性狀態(tài)檢修策略分析

毛貽智

（國網(wǎng)湖北省電力有限公司公安縣供電公司，湖北 荊州 434300）

0 引言

某變電站設(shè)計(jì)應(yīng)用的變電自動(dòng)化系統(tǒng)，具有自動(dòng)監(jiān)視、控制、調(diào)度、測(cè)量等功能，其采用分布式和集中式結(jié)合的結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)包括站控層、間隔層和過程層，用于變電站變壓器、電抗器、電容器等設(shè)備運(yùn)行過程中的數(shù)據(jù)挖掘和數(shù)據(jù)檢測(cè)。然而，系統(tǒng)運(yùn)行階段極易出現(xiàn)穩(wěn)定性問題，需定期開展穩(wěn)定性狀態(tài)檢修作業(yè)。變電自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 變電自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1 變電自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

變電自動(dòng)化系統(tǒng)構(gòu)建應(yīng)該采用分層分布式結(jié)構(gòu)，該類結(jié)構(gòu)面向?qū)ο蟾哚槍?duì)性、更聚焦[1]。分布式結(jié)構(gòu)以設(shè)備為單元模塊設(shè)計(jì)，用于控制、采集相關(guān)數(shù)據(jù)，將前端數(shù)據(jù)采集裝置安裝至高壓斷路器附近，或在內(nèi)部裝設(shè)開關(guān)。該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用電纜將分散的單元模塊銜接成為一個(gè)統(tǒng)一整體，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格式的變電自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，各單元模塊相互聯(lián)系、相互獨(dú)立，具有良好的擴(kuò)展性和可控性。但集中式結(jié)構(gòu)具有強(qiáng)大的控制功能，變電自動(dòng)化系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)需基于集中式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。使用1～2 臺(tái)中央處理器用于各功能單元的集中控制，前置主機(jī)模擬脈沖和開關(guān)量，控制輸出信號(hào)。因此，變電自動(dòng)化系統(tǒng)將集中和分散兩種結(jié)構(gòu)結(jié)合，使用分布式結(jié)構(gòu)部署和集中式組屏的方法，利于監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性，易獲取各設(shè)備元件運(yùn)行期間的電流數(shù)據(jù)、電壓數(shù)據(jù)、溫度數(shù)據(jù)、氣體數(shù)據(jù)等。

按照結(jié)構(gòu)層級(jí)，可以將系統(tǒng)分為站控層、間隔層和過程層。站控層包括主機(jī)、操作站、工作站、GPS 裝置、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、人機(jī)交互界面等；過程層包括通信中心、數(shù)據(jù)中心，調(diào)度中心等；間隔層包括管理設(shè)備、調(diào)度設(shè)備、通信設(shè)備等。

1.2 網(wǎng)絡(luò)模型

變電站采用服務(wù)器與終端服務(wù)器合作的形式完成系統(tǒng)的工作[2]。在部署服務(wù)器的同時(shí)建立變電自動(dòng)化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)模型，假定變電站中數(shù)據(jù)以節(jié)點(diǎn)編號(hào)及設(shè)備次序，建設(shè)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)模型，消除負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的注入電流，建立搖擺周期內(nèi)的數(shù)據(jù)模型。且穩(wěn)定性狀態(tài)檢測(cè)對(duì)時(shí)間的要求較高，故使用經(jīng)典單元數(shù)學(xué)模型研究多功能自動(dòng)化系統(tǒng)。模型中處于模型邊界點(diǎn)的數(shù)據(jù)穩(wěn)定性較差，需賦予網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)功能，總線網(wǎng)絡(luò)布設(shè)模型如圖2 所示。

圖2 總線網(wǎng)絡(luò)布設(shè)模型

網(wǎng)絡(luò)模型主要用于數(shù)據(jù)通信，在變電自動(dòng)化運(yùn)行方式上考慮各個(gè)元件對(duì)數(shù)據(jù)的反應(yīng)特性，使其起到通信和保護(hù)的作用。網(wǎng)絡(luò)模型構(gòu)建使用總線布設(shè)方式，將各個(gè)元件系統(tǒng)整合后建立主控網(wǎng)絡(luò)和人機(jī)交互界面，用于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的顯示。

1.3 通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

通信軟件的系統(tǒng)非常強(qiáng)大，可以將不同設(shè)備中傳輸?shù)男盘?hào)統(tǒng)一成相同的格式[3]。變電自動(dòng)化運(yùn)行過程中采用現(xiàn)場(chǎng)總線布設(shè)的方式構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)模型，根據(jù)通信技術(shù)、通信協(xié)議的應(yīng)用，構(gòu)建變電系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)。按照通信網(wǎng)絡(luò)的需求，使用以太網(wǎng)連接模式，同時(shí)將設(shè)備連接到綜合監(jiān)控系統(tǒng)之中。數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)交換大量的信息，通信交互以邏輯節(jié)點(diǎn)和數(shù)據(jù)服務(wù)為核心，每個(gè)公用數(shù)據(jù)所承載的服務(wù)功能有所差別。通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)按照邏輯二極點(diǎn)建立模型，邏輯節(jié)點(diǎn)基本組成部件如圖3 所示。

圖3 邏輯節(jié)點(diǎn)基本組成部件

按照上述邏輯節(jié)點(diǎn)組成數(shù)據(jù)通信集合，連接邏輯設(shè)備及網(wǎng)關(guān)，將設(shè)備映射到網(wǎng)絡(luò)之中?，F(xiàn)場(chǎng)總線統(tǒng)計(jì)技術(shù)作為變電自動(dòng)化的主干網(wǎng)絡(luò)，性能會(huì)根據(jù)節(jié)點(diǎn)的持續(xù)增加而有所下降，會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)文本數(shù)據(jù)缺陷的情況，從而影響到變電站相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定。通信邏輯節(jié)點(diǎn)的影響主要表現(xiàn)在相應(yīng)速率上，邏輯節(jié)點(diǎn)中數(shù)據(jù)集中報(bào)告和記錄的增加，會(huì)使得通信相應(yīng)速率下降。同時(shí)，通信帶寬也會(huì)限制數(shù)據(jù)的傳輸。使用總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時(shí)，若某一處出現(xiàn)故障，則整個(gè)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)可能會(huì)出現(xiàn)癱瘓。

1.4 穩(wěn)定性分析

變電運(yùn)行設(shè)備自動(dòng)化技術(shù)所應(yīng)用的人工智能系統(tǒng)非常強(qiáng)大，且具有豐富的數(shù)據(jù)庫，能夠監(jiān)測(cè)和收集信息[4]。變電自動(dòng)化系統(tǒng)具備強(qiáng)大的自我調(diào)度、負(fù)荷切斷、負(fù)荷調(diào)整等功能，通過數(shù)據(jù)傳輸可識(shí)別故障，并在第一時(shí)間內(nèi)整理相關(guān)數(shù)據(jù)信息，采取停止故障部分運(yùn)行的措施，或采取調(diào)節(jié)電壓、切換線路的方式使其處于恢復(fù)至穩(wěn)定狀態(tài)。該過程基于能量管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，如果擾動(dòng)較為嚴(yán)重，變電自動(dòng)化系統(tǒng)可能處于不穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，導(dǎo)致變電站運(yùn)行產(chǎn)生危機(jī)。

處于不穩(wěn)定性狀態(tài)會(huì)產(chǎn)生兩種危機(jī)：①穩(wěn)定性危機(jī)。穩(wěn)定性危機(jī)是指變電站系統(tǒng)產(chǎn)生的能量所具備的破壞力，在短期內(nèi)難以達(dá)到穩(wěn)定的狀態(tài)。②持久性危機(jī)。持久性危機(jī)是故障因素所導(dǎo)致的系統(tǒng)實(shí)時(shí)狀態(tài)，監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)浮動(dòng)過大，影響到供電的持續(xù)性。因此，檢測(cè)變電自動(dòng)化系統(tǒng)以及連接各設(shè)備是否處于穩(wěn)定狀態(tài)，進(jìn)而采取穩(wěn)定性狀態(tài)檢修模式，在不影響變電自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)上，采取多種方式消除故障，保證系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)。

2 變電站穩(wěn)定性狀態(tài)檢修策略

2.1 穩(wěn)定性狀態(tài)檢修概述

變電自動(dòng)化監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，采用文本計(jì)量的方式識(shí)別變電站各系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，并依靠詞向量語料相似度的計(jì)算結(jié)果，實(shí)現(xiàn)文本信息的自動(dòng)化挖掘。而檢修工作的開展基于預(yù)防性檢修、故障檢修及狀態(tài)監(jiān)測(cè)的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)變電設(shè)備的自動(dòng)化診斷。穩(wěn)定性狀態(tài)檢修根據(jù)自動(dòng)化識(shí)別結(jié)果、監(jiān)測(cè)結(jié)果，利用自動(dòng)化系統(tǒng)的調(diào)度功能，在不停止變電設(shè)備運(yùn)行的基礎(chǔ)上，開展檢修工作，識(shí)別設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，根據(jù)識(shí)別結(jié)果的嚴(yán)重程度及預(yù)警征兆，處理變電設(shè)備的運(yùn)行故障。在變電自動(dòng)化的狀態(tài)下，狀態(tài)檢修技術(shù)呈現(xiàn)出以下特點(diǎn)，具體穩(wěn)定性狀態(tài)檢修功能如圖4 所示。

圖4 穩(wěn)定性狀態(tài)檢修功能

以變電自動(dòng)化系統(tǒng)為依托開展變電設(shè)備狀態(tài)檢修工作，既可以減少維修成本，根據(jù)系統(tǒng)識(shí)別結(jié)果及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題和解決問題，也可以在使用預(yù)測(cè)性檢修方法的過程中有效降低設(shè)備故障的概率。且依據(jù)變電自動(dòng)化系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)功能和調(diào)度功能，在各模塊的聯(lián)合作用下將日常運(yùn)行和故障檢修相結(jié)合，可及時(shí)分析和找出安全故障隱患，從而采取針對(duì)性的檢修措施。

2.2 穩(wěn)定性狀態(tài)檢修措施

2.2.1 設(shè)備狀態(tài)檢修

采集與監(jiān)控軟件的主要工作是采集變電設(shè)備的各種型號(hào)數(shù)據(jù)，如溫度、電壓、功率等[5]。變電自動(dòng)化可監(jiān)測(cè)設(shè)備數(shù)量較多，按照設(shè)備類型分別采用不同的穩(wěn)定性狀態(tài)檢修措施。變電站的核心設(shè)備為變壓器，其他設(shè)備包括互感器、斷路器、隔離開關(guān)等，綜合變電自動(dòng)化運(yùn)行的實(shí)際狀態(tài)，根據(jù)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)結(jié)果確定故障位置及故障類型，并采取不同的狀態(tài)檢修措施，在不影響變電站系統(tǒng)正常穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，分析和判斷設(shè)備是否出現(xiàn)異常。例如，變壓器穩(wěn)定性狀態(tài)檢修主要根據(jù)監(jiān)測(cè)的空間存量和氣體含量判斷設(shè)備是否處于故障狀態(tài)。部分氣體含量超標(biāo)可以驗(yàn)證變壓器設(shè)備是否存在短路或絕緣故障，同時(shí)，狀態(tài)檢修包括局部放電或設(shè)備振動(dòng)頻率的檢測(cè)等，可判斷變壓器設(shè)備是否出現(xiàn)故障隱患。

斷路器的狀態(tài)檢查主要包括是否出現(xiàn)誤動(dòng)、拒動(dòng)以及在運(yùn)行過程中是否出現(xiàn)過熱問題，通過斷路器的穩(wěn)定性狀態(tài)檢修，可以判斷是否存在相應(yīng)的故障。同時(shí)，互感器設(shè)備及隔離開關(guān)等設(shè)備均是變電自動(dòng)化的重要設(shè)備，設(shè)備穩(wěn)定性狀態(tài)檢修過程中需要使用傳感器技術(shù)及參數(shù)識(shí)別技術(shù)等檢查各元件是否處于安全穩(wěn)定的狀態(tài)，當(dāng)監(jiān)測(cè)結(jié)果表明設(shè)備運(yùn)行相關(guān)參數(shù)與實(shí)際不符合時(shí)，可根據(jù)監(jiān)測(cè)顯示故障內(nèi)容及故障區(qū)域，采取不同的檢修和維護(hù)措施，及時(shí)消除設(shè)備安全隱患。

2.2.2 自動(dòng)化故障調(diào)度

變電自動(dòng)化系統(tǒng)具備強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析和文本識(shí)別功能，根據(jù)算法的應(yīng)用建立數(shù)據(jù)庫，對(duì)比設(shè)備運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)及故障參數(shù)，從而識(shí)別故障代碼。按照監(jiān)測(cè)所得的數(shù)據(jù)識(shí)別結(jié)果及文本挖掘算法，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化決策功能，在科學(xué)調(diào)度的基礎(chǔ)上，開展預(yù)測(cè)性檢修作業(yè)。例如，系統(tǒng)在運(yùn)行過程中可能會(huì)在某一部分出現(xiàn)超負(fù)荷輸電的情況，導(dǎo)致電力系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)有所增加，而應(yīng)用變電自動(dòng)化系統(tǒng)可以識(shí)別和監(jiān)測(cè)該類異常情況，并判斷該類異常情況產(chǎn)生的原因及此問題可能導(dǎo)致的后果。異常問題可能會(huì)持續(xù)幾秒鐘或者幾分鐘，該階段如果不根據(jù)識(shí)別結(jié)果采取相應(yīng)的措施處理故障問題，則電力系統(tǒng)非常容易出現(xiàn)故障，所造成的經(jīng)濟(jì)損失和安全事故是難以預(yù)測(cè)的。因此，利用變電自動(dòng)化系統(tǒng)的識(shí)別和調(diào)度功能，可以在變電站系統(tǒng)處于不穩(wěn)定狀態(tài)運(yùn)行過程中，及時(shí)調(diào)控以減少影響，即變電站處于恢復(fù)狀態(tài)。在此過程中，可以根據(jù)自動(dòng)化系統(tǒng)采取切換或者限制負(fù)荷的方式，為用戶提供穩(wěn)定電力。隨后，運(yùn)維人員可以根據(jù)故障識(shí)別結(jié)果，采取相應(yīng)的檢修措施，以保障系統(tǒng)及時(shí)恢復(fù)，減少可能出現(xiàn)的安全隱患問題。

2.2.3 日常維護(hù)機(jī)制建立

變電自動(dòng)化穩(wěn)定性狀態(tài)檢修就目前的電力系統(tǒng)配置情況而言，需要采取人工和系統(tǒng)同時(shí)運(yùn)行的方法識(shí)別故障、消除隱患。尤其是穩(wěn)定性狀態(tài)檢修工作強(qiáng)調(diào)預(yù)測(cè)性檢修和故障檢修等業(yè)務(wù)的開展，檢修工作的規(guī)范性、科學(xué)性是影響最終效果的關(guān)鍵因素。相關(guān)人員需要采取科學(xué)的檢修措施，結(jié)合變電自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行和應(yīng)用情況制定檢修標(biāo)準(zhǔn)和檢修規(guī)范。例如，電力企業(yè)根據(jù)變電自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用情況，將系統(tǒng)識(shí)別和監(jiān)測(cè)結(jié)果與運(yùn)維人員設(shè)備終端相連接，當(dāng)出現(xiàn)安全故障時(shí)，運(yùn)維人員可以及時(shí)處理故障，消除安全隱患。

日常系統(tǒng)運(yùn)維和維護(hù)工作的開展同樣依據(jù)系統(tǒng)的識(shí)別結(jié)果及監(jiān)測(cè)結(jié)果，運(yùn)維人員應(yīng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)際情況，在人機(jī)交互界面中應(yīng)用檢修功能、檢測(cè)功能，根據(jù)系統(tǒng)識(shí)別結(jié)果所生成的參數(shù)曲線，制定相應(yīng)的運(yùn)維措施。在檢修過程中，針對(duì)已經(jīng)排查出的安全隱患，采取單獨(dú)試驗(yàn)的方法，并切實(shí)做好相應(yīng)的安全防護(hù)工作，減少可能出現(xiàn)的安全事故。由此可見，穩(wěn)定性狀態(tài)檢修以精準(zhǔn)故障識(shí)別和科學(xué)隱患排查的方式，確保了變電自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

3 結(jié)語

變電自動(dòng)化是電力系統(tǒng)的未來發(fā)展趨勢(shì)，變電站作為電力系統(tǒng)的重要組成，其安全性、穩(wěn)定性尤為重要。變電自動(dòng)化系統(tǒng)的建設(shè)與應(yīng)用以數(shù)據(jù)為變電站設(shè)備運(yùn)行驅(qū)動(dòng)模塊，實(shí)現(xiàn)變電站自動(dòng)化監(jiān)測(cè)、自動(dòng)化調(diào)度、自動(dòng)化分析等，并基于變電自動(dòng)化的穩(wěn)定性狀態(tài)檢測(cè)對(duì)運(yùn)維人員提出更高要求，可以實(shí)時(shí)了解設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，判斷各項(xiàng)參數(shù)是否變化或是否穩(wěn)定、有序，從而保障變電站系統(tǒng)的穩(wěn)定性運(yùn)行。