智能化變電站運行維護問題的探討

王 鳴，朱 群，姚建華，陳 超

（嘉興電力局，浙江 嘉興 314000）

智能化變電站作為電網發展的方向，它改進了傳統變電站諸如互感器飽和、鐵磁諧振、二次電纜隱患、信息共享性差、互操作性差等問題，其技術上的優越性是顯而易見的。但是，一方面由于智能化變電站部分技術（如智能斷路器等）尚處于探索階段，另一方面由于智能電子設備數字化后本身的技術特點所決定，使智能化變電站無論從技術、運行維護等方面都出現了需要注意的問題，只有深入認識這些新問題，才能確保運行檢修維護的工作質量，從而確保智能化變電站的安全供電。

1 智能化變電站的主要技術特點

智能化變電站相對傳統自動化變電站，具有數據采集數字化、系統分層分布化、信息交互網絡化、設備檢修狀態化、設備操作智能化等特點。

（1）通過61850規范對各種信息對象進行統一建模，把屬于不同技術管理部門、各自相對獨立發展的各種技術集成到變電站自動化系統中，使變電站的信息在相應的運行和管理部門之間得到充分共享。

（2）61850規范統一了信息標準，1個制造廠或不同制造廠提供的2個或多個智能電子設備（IED）之間的互操作性得以實現。

（3）電子式互感器取代傳統互感器，解決了電流互感器飽和、過載、開路，電壓互感器鐵磁諧振等問題。

（4）利用光纜取代電纜解決了二次電纜的系列問題。

（5）一次和二次設備智能化，使在線監測等高級應用功能得以實現。

2 智能化變電站技術帶來的新問題

2.1 對保護可靠性的影響

有源電子式互感器在一次設備內部安裝有遠端模塊，系電子元器件且需要電源供電，長期運行可靠性、穩定性不如傳統互感器。光學互感器則受溫度等因素影響較大，光纖與玻璃之間的粘結存在可靠性問題。高壓電子式互感器由于受傳輸途徑和高壓電磁場影響，還存在輸出特性不穩定、波形畸變等問題，此時對保護要求較高（譬如采取特殊算法等）。

合并單元作為間隔數據集中采集源，一旦出錯將導致所有相關保護閉鎖，擴大故障范圍。此外，光纖傳輸采樣數字信號，類似于電纜傳輸存在開路、斷線可能，同樣存在采樣異常情況，如通信中斷、數據無效或失步等問題，對此要求閉鎖相關有影響的保護并發告警信號，譬如GOOSE（面向通用對象的變電站事件）斷鏈，無論保護處于運行或者檢修狀態，均發運行異常信號，開入記憶失效前狀態。

對采樣和跳閘點對點“直采直跳”的要求，必然導致大量光纖的集中使用，大量的光接口元件集中于同一塊插件帶來光接口設備功率增大發熱的問題，另外由于每個光纖口需要獨立的控制器，對裝置硬件要求提高。應考慮分散式布置方案，如將母差保護、主變壓器保護按主單元和子單元分散布置以減少光纖過多集中的影響。

2.2 對保護快速性方面的影響

與傳統互感器相比，電子式互感器傳輸數字量從互感器到合并單元，再從合并單元到交換機或保護測控，中間環節較多，增加了傳輸延時。同時，保護跳閘出口要經過智能終端的處理。對保護快速性也有一定影響：

采樣過程：電子式互感器→合并單元→保護裝置。

跳閘出口過程：保護裝置→智能終端→斷路器機構。

相比傳統，保護動作延時主要在合并單元、智能終端處理和光纖傳輸部分，據廠家經驗數據較傳統微機保護慢了5～7 ms。

2.3 信息的安全性問題凸現

以往變電站設備之間點對點的通信方式，安全性比較高，這種信息的交互機制在安全性方面體現為局部性特征。變電站內信息交互采用對等通信模式后，所有IED設備的信息均在局域網上實現，一旦某個IED受到惡意攻擊，在變電站未實現信息有效安全防護的情況下，有可能對整個變電站自動化系統的安全運行帶來極大的影響。

由于變電站IED之間將不再有點對點的硬接線，常規變電站內裝置之間明顯的安全隔離點將不復存在，裝置在任何情況下的隔離措施將通過軟件來實現，因此，系統運行安全性全部依賴IED的控制系統和變電站集中控制系統。變電站的控制、跳閘、聯/閉鎖、事件記錄等功能全部通過軟件來實現，這樣，變電站自動化系統的信息安全機制變得尤為重要。這種安全機制在對等方式信息交互機制下，將更多地體現為網絡的安全性問題。

2.4 保護就地安裝組網方式帶來的影響

為體現智能化，以減少控制電纜為原則，故考慮就地安裝保護設備（原則上越靠近一次設備越好），目前較可行的方案是智能匯控柜室外安裝。此時對智能匯控柜適應室外環境要求較高（溫度控制在-25℃～70℃，相對濕度＜90%），這就大大增加了設備成本，甚至出現輔助設備（如空調）成本高于主設備的情況。此外，設備檢修、運行維護工作環境惡化的問題也應考慮。

3 智能化變電站運行維護需要特別注意的幾個問題

3.1 重視設計、施工、運行、檢修標準體系建設

智能化變電站的設計一方面需要設計人員更密切地協調設備制造廠家，才能充分貫徹智能化設計理念與現場實際應用的結合；另一方面設計規范也需要在實踐中不斷完善改進。

施工檢修方面，傳統的檢修模式被顛覆，原傳統繼電保護模擬量輸入部分的合并單元和開入開出部分的智能終端被下放到了過程層，這些設備與保護設備是不可分割的，亟待出臺相關的校驗聯調工作試驗標準和規范。另外，施工投產驗收技術規范和標準也同樣需要。另一個檢修施工問題是數字化保護投運后在技改、升級、擴建等后續工作中，如在部分老間隔或新增間隔上的改動，需要生成新的全站系統配置文件（SCD），然后相關配置的IED都要重新下裝已配置的IED描述文件（CID），此時如何確保其他正常運行設備的安全性，如何進行試驗保證保護動作的正確性等都必須有明確的規范。

對運行環節來說，合并單元、保護裝置、智能終端、交換機等IED設備在運行中出現異常情況時，由于數字化的技術特點其處置方式完全不同于以往傳統設備，必須有明確、規范的處置流程來確保安全。如智能電子設備壓板的設置模式，除了應明確定義各類IED的“停用、信號、檢修”狀態，還應該對各類壓板的操作有明確的操作規范標準。

3.2 重視專業技術隊伍建設

智能化變電站技術特點決定了各IED的運維工作高度融合了繼電保護、通信、自動化各專業工作面。要求繼保人員全面了解甚至熟悉通信、自動化相關知識，如61850規范、通信接口、組態工具等，才能完成常規的保護校驗、聯調以及故障判斷處理工作。

運行人員在保護裝置、智能終端、合并單元、GOOSE交換機等出現運行異常時，需要根據掌握的專業知識現場初步作出正確的判斷，分析故障部位和原因，考慮相關設備停用對一次運行設備的影響，從而做出正確的處理。

運維人員面對智能化變電站的運行維護，在觀念和技能方面都需要一個提高、適應的過程，具備繼保、自動化、通信綜合專業知識的專業人才隊伍建設迫在眉睫。否則，如果過度依賴于廠家技術服務，對智能化變電站投運后的運維工作極為不利。

3.3 明確各專業分界面

智能化變電站二次系統繼保、自動化、通信各專業工作分界面越來越模糊。例如間隔層GOOSE交換機，其功能相當于傳統保護裝置之間聯系的電纜，應明確其維護職責、歸口管理。

針對智能化變電站技術、設備特點和新的實現方式，應明確設計、驗收、運行管理的工作職責和界面分工。例如智能化變電站以SCD文件描述二次回路連接，成為變電站二次系統設計的核心。應重點明確SCD文件各階段的管理職責，做到工程建設與生產運行的全面銜接。按照工作職責分工，設計單位負責SCD文件的設計和最終確認，工程調試單位負責SCD文件的驗證，運行維護單位負責驗收和歸口管理，并報送相關調度部門備案

3.4 加強整定值和壓板管理

由于一體化信息平臺上對數字化保護裝置的操控性更便捷，必須加強數字化保護的定值管理，對定值的修改、切區等操作必須有嚴格的規定。

數字化軟壓板替代了傳統保護的功能投入、出口跳閘硬壓板，唯一的裝置檢修硬壓板也賦予了新的含義，已投入檢修狀態硬壓板的一次設備嚴禁運行，僅部分設備停役時，嚴禁取下停役設備的檢修狀態硬壓板。其他諸如各IED裝置功能軟壓板、GOOSE軟壓板、保護及測控裝置的遠方修改切換定值區軟壓板、遠方控制GOOSE軟壓板、遠方操作軟壓板等投退操作規范、流程必須有嚴格的規定。

3.5 規范工程文檔和交換機管理

全站SCD文件、GOOSE交換機等設備參數宜納入繼電保護專業管理。由設計院提供、調試單位在工程竣工后作為竣工資料移交運行單位繼電保護部門。其他相關專業變動SCD文件必須事先告知繼電保護專業，征得許可后再更改。

GOOSE交換機、裝置、錄波器、錄波子站、故障信息管理系統的IP地址、子網掩碼、MAC地址等設備參數按變電站遠景規模分配，由相關專業部門按整定單模式管理。交換機屏柜上粘貼端口圖實對應表，并注明調試端口。

GOOSE交換機要有雙重命名，GOOSE交換機參數按整定單管理。全站SCD文件、GOOSE交換機、裝置等設備運行參數等必須有備份文件，嚴禁隨意更改。SCD文件按版本保存，每次修改后投入使用的版本號不得重復，并要有簡要修改情況的說明。

盡管61850規范較好解決了建模、語言、接口、互操作性的統一標準問題，但是各裝置生產廠家在繼電保護功能配置等方面仍未完全統一，如保護功能軟壓板、GOOSE軟壓板、SV軟壓板的設置規范（包括名稱、數量、功能等），這些細節如何與現場運行檢修維護相適應，需要現場工程技術人員考慮并及時向廠家提出整改建議。

4 關于變電站智能化的一些思考

目前，智能化一次設備的發展步伐尚跟不上需求。傳統開關配智能終端、傳統互感器配合并單元實現模擬量就地數字化，存在二次適應一次傳統設備的問題。傳統的控制電纜仍部分存在（從智能終端到斷路器、刀閘等），嚴格來說還沒有實現真正意義上的遠端維護，應該加快智能化一次設備（如斷路器）的發展步伐。

在智能化設備、網絡的故障診斷方面，目前基本上依賴于專業人員的分析判斷，需要技術人員全面掌握各專業知識。另外，由于網絡連接設備面廣點多，人工查找故障經常采用輪停設備的排除法，對設備安全運行不利。如果通過智能化的分析手段，根據全站一體化信息平臺的綜合信息采集來分析并將故障定位到某一IED設備，將能體現檢修維護的智能化。

如果關鍵的一次設備傳感器技術等發展成熟，一次設備的智能狀態在線監測系統可以實時監測設備的運行狀態，也可以此作為狀態檢修的客觀依據。基于這些監測手段得到的數據和信息可作為狀態檢修評估的客觀依據，以此制定檢修策略，這將大大提高狀態檢修評估、決策的科學性，更大程度上發揮智能化的作用。

[1]高翔.數字化變電站應用技術[M].北京：中國電力出版社，2008.