智能變電站二次設(shè)備檢修風(fēng)險控制技術(shù)研究

馬偉東 韓偉 崔寧寧 劉磊 孔圣立

摘 要：為了應(yīng)對智能變電站技術(shù)給檢修工作帶來的困難和挑戰(zhàn)，本文重點研究了現(xiàn)場二次設(shè)備檢修過程中面臨的風(fēng)險。針對現(xiàn)場工作中出現(xiàn)的常見風(fēng)險點，擬設(shè)計一種二次設(shè)備檢修風(fēng)險控制系統(tǒng)，用以評估因檢修可能造成的保護誤動和拒動風(fēng)險，自動展示配置文件（SCD）的修改歷史，進行待檢設(shè)備的關(guān)聯(lián)關(guān)系分析、生成安全措施票，對安措執(zhí)行過程中的步驟進行實時核對和告警。通過工程實踐驗證，此系統(tǒng)有效降低了智能變電站的檢修風(fēng)險，顯著提高了供電可靠性，且易于操作、效果良好。

關(guān)鍵字：智能變電站；二次設(shè)備；檢修；風(fēng)險控制

中圖分類號：TM76；TM63 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）17-0136-04

Research of Risk Control in Intelligent Substation

Secondary Equipment Maintenance

MA Weidong HAN Wei CUI Ningning LIU Lei KONG Shengli

Abstract： In order to cope with the difficulty and challenge brought by intelligent substation technology， this paper mainly studied the risk during secondary equipment overhaul on working site. It designed a risk control system of secondary equipment maintenance， which could evaluate the risk of protection misoperation and refusal-operation caused by maintenance， moreover， which could display the revision history of SCD automatically， analyze the incidence relation of detected equipment， format the safety measures ticket. The steps in the process were checked and alerts in real time. Through engineering practice， this system effectively reduced the overhaul risk of smart substations， significantly improved the reliability of power supply， and was easy to operate and achieved good results.

Keywords： intelligent substation；secondary equipment；maintenance；risk control

智能變電站是建設(shè)堅強智能電網(wǎng)的重要組成部分，智能變電站與常規(guī)變電站最大的不同是增加了合并單元、智能終端等過程層設(shè)備。以往由電纜傳輸?shù)哪M量信號直接就地轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量信號，并通過光纖傳輸給間隔層和站控層設(shè)備[1]。這樣二次設(shè)備之間的電氣連接變成了通信連接，物理回路變?yōu)榱诉壿嫽芈罚吹靡姷哪M量電纜回路變成了看不見的信息流虛回路，給二次設(shè)備檢修帶來了較大風(fēng)險。目前，已有文獻在智能變電站運維檢測技術(shù)方面進行了研究[1-5]，且取得了可觀的效果。其研究內(nèi)容主要集中在SCD文件的檢測、設(shè)備和二次回路的調(diào)試等方面。有的文獻在智能變電站二次安措的防誤方面進行了研究，提出了安措的防誤機制[6-9]，降低了因安措的失誤而導(dǎo)致的事故；有的文獻從安措的自動化方面進行了研究，提出了安全措施的自動構(gòu)建方法和設(shè)備操作的管控系統(tǒng)[10，11]，從降低現(xiàn)場人員工作量、降低人為失誤等方面入手，以降低智能變電站二次設(shè)備檢修的風(fēng)險；有的文獻在智能變電站二次虛回路可視化、繼電保護裝置狀態(tài)監(jiān)測方面進行了研究[12，13]，提出相應(yīng)的手段和措施來改進二次設(shè)備的檢修，以降低檢修工作給變電站的安全穩(wěn)定運行帶來的風(fēng)險。但目前的研究并未將智能變電站二次設(shè)備檢修過程中面臨的風(fēng)險進行一個整體的評估和預(yù)防，實際操作中缺少一個切實可用的、能降低檢修過程中面臨的各個階段風(fēng)險的手段。

1 智能變電站檢修面臨的風(fēng)險

1.1 SCD文件帶來的風(fēng)險

智能變電站的SCD文件包含著全站二次設(shè)備的配置信息，智能變電站所有二次設(shè)備的配置信息都需要從SCD文件中導(dǎo)出，其正確性和完整性對智能變電站建設(shè)和運行非常重要。但目前，SCD文件缺乏必要的校核，文件版本管理嚴重依賴廠家且管理混亂。在智能變電站建設(shè)調(diào)試過程中，廠家隨意對SCD文件進行修改的現(xiàn)象十分普遍。

目前，部分文獻在對智能變電站二次檢修安措防誤技術(shù)進行研究時嚴重依賴對SCD文件的解析，其前提條件是設(shè)定檢修時用到的SCD文件正確無誤。若由于智能變電站的管理問題導(dǎo)致SCD文件非最終版本，則根據(jù)此SCD文件形成的安全技術(shù)措施就會存在重大缺陷，很可能導(dǎo)致運行保護設(shè)備的誤動。

1.2 二次虛回路不可視帶來的風(fēng)險

智能變電站與傳統(tǒng)變電站的另一個區(qū)別是二次回路的虛擬化。現(xiàn)場工作人員開展檢修時保護的各個電流電壓回路和開入開出回路變成了信息流回路，通過光纖進行傳輸。這使得多根電纜構(gòu)成的各個清晰回路變成了一根或兩根光纖，各個回路無法區(qū)分，給工作人員帶來了較大困擾。保護裝置上原來的硬壓板大部分變成了軟壓板，按照目前國網(wǎng)公司的保護裝置設(shè)計規(guī)定，只保留檢修壓板這一個硬壓板。在執(zhí)行安措時，對于壓板投退的執(zhí)行和確認不直觀，給現(xiàn)場工作人員帶來了較大的心理壓力，易導(dǎo)致工作人員焦慮，從而產(chǎn)生人為失誤。

1.3 安措執(zhí)行帶來的風(fēng)險

與傳統(tǒng)變電站相比，智能變電站增加了合并單元、智能終端等過程層設(shè)備，還增加了大量的交換機，組成了過程層網(wǎng)絡(luò)和站控層網(wǎng)絡(luò)，因此，智能變電站現(xiàn)場二次設(shè)備安全措施的實施與常規(guī)變電站有很大不同。

其一是安措執(zhí)行順序不同。智能變電站中的合并單元可能與多個保護設(shè)備相關(guān)，故在安措執(zhí)行時，其執(zhí)行順序受到較大影響。在國網(wǎng)公司范圍內(nèi)發(fā)生過多起因安措操作順序不當而造成的保護誤動和拒動的實際案例。為防止因執(zhí)行順序?qū)е碌谋Ｗo誤動，一般按照如下規(guī)則進行：執(zhí)行安全措施時，宜按照先退出SV軟壓板，再退出GOOSE軟壓板，先退出接收軟壓板，再退出發(fā)送軟壓板，先退出運行裝置軟壓板，再退出檢修裝置軟壓板，先退出智能終端出口硬壓板，再投入裝置檢修壓板的順序進行。在恢復(fù)安全措施時，宜按相反順序進行。

其二是安措執(zhí)行對象不同。智能變電站的安全措施包括：①智能終端保護跳閘、保護重合閘出口硬壓板；②保護裝置功能軟壓板和控制字；③保護裝置GOOSE發(fā)送軟壓板和接收軟壓板；④保護裝置SV接收軟壓板；⑤裝置檢修壓板；⑥插拔光纖；⑦斷開裝置和操作電源。智能變電站在實施安全措施時，一般采用前5種措施，第⑥和第⑦較少使用。

由此可見，在智能變電站執(zhí)行安措時需要進行大量的軟壓板操作，且其執(zhí)行順序又有嚴格的要求，難免會造成人為失誤，造成遺漏或順序錯誤。

2 智能變電站檢修風(fēng)險控制系統(tǒng)

本文設(shè)計了一種在二次設(shè)備檢修時的風(fēng)險控制系統(tǒng)，通過SCD文件管控技術(shù)、虛回路可視化技術(shù)和在線監(jiān)視技術(shù)解決了智能變電站給運維檢修人員帶來的困擾。此系統(tǒng)用于輔助現(xiàn)場工作人員的檢修工作，降低工作中面臨的風(fēng)險。系統(tǒng)包括3個模塊：風(fēng)險識別模塊、風(fēng)險分析模塊和自動化安措模塊。

2.1 風(fēng)險識別模塊

風(fēng)險識別模塊主要用于辨別檢修工作任務(wù)、識別智能變電站結(jié)構(gòu)形式、SCD文件正確性校核。例如：識別此變電站采用常規(guī)互感器+合并單元模式還是電子式互感器+合并單元模式，保護設(shè)備采用雙重化模式還是單套裝置。根據(jù)工作任務(wù)、智能變電站型式的不同結(jié)合SCD文件提示本次工作任務(wù)存在的風(fēng)險點，根據(jù)工作任務(wù)量評估風(fēng)險大小，給出停電范圍建議。

2.2 風(fēng)險分析模塊

風(fēng)險分析模塊主要采用可視化手段展示被檢修設(shè)備和其他設(shè)備之間的聯(lián)系，停電區(qū)域設(shè)備和不停電區(qū)域設(shè)備之間的關(guān)系。模擬展示檢修設(shè)備投檢修位和對某個設(shè)備或回路采取安全措施之后對運行設(shè)備的影響。針對不同的風(fēng)險點，給出相應(yīng)的安全技術(shù)措施。

2.3 自動化安措模塊

自動化安措模塊包括安措票自動生成和安措執(zhí)行步驟自動監(jiān)視兩個部分。安措票自動生成就是在風(fēng)險分析模塊對被檢修設(shè)備與其他設(shè)備關(guān)聯(lián)關(guān)系分析展示的基礎(chǔ)上，結(jié)合安措規(guī)則制定最優(yōu)化的安措票。安措執(zhí)行步驟的自動監(jiān)視就是在工作人員執(zhí)行安措票的過程中，將每一步的操作與安措票進行核對，如果發(fā)現(xiàn)漏步操作或執(zhí)行順序錯誤，則發(fā)出告警信號。

3 關(guān)鍵技術(shù)

本文所述的二次設(shè)備檢修風(fēng)險控制系統(tǒng)中的4個模塊需要用到SCD校驗技術(shù)、二次虛回路可視化技術(shù)、安措票自動生成技術(shù)和安措防誤技術(shù)。這些技術(shù)在相關(guān)文獻中已被進行了深入研究和論述。本文主要描述二次設(shè)備檢修風(fēng)險控制系統(tǒng)中所作的創(chuàng)新性貢獻。

3.1 檢修風(fēng)險評估

智能變電站檢修時面臨的風(fēng)險主要是保護誤動和拒動的風(fēng)險。要對誤動和拒動風(fēng)險進行評估，就需要知道其影響因子。本文通過對SCD文件的解析和關(guān)聯(lián)關(guān)系分析可以知道某二次設(shè)備檢修時其影響范圍，根據(jù)難易程度和工作量可估算出工作時間。本文設(shè)定影響范圍、難易程度、工作時間為檢修風(fēng)險的影響因子。其風(fēng)險計算表達式為：

[S∑=K1F+K2T+K3N] （1）

式（1）中，[S]為風(fēng)險值，F(xiàn)、N、T為影響范圍、難易程度和工作時間的影響值，[K]為各影響因子權(quán)重。

保護誤動包括檢修時誤操作造成的直接誤動和由于檢修導(dǎo)致保護區(qū)外故障時的間接誤動。誤動風(fēng)險表達式為：

[SW=Pw1+Pw2S∑] （2）

式（2）中，[SW]為誤動風(fēng)險，[Pw1]為直接誤動概率，[Pw2]為間接誤動概率。

保護拒動風(fēng)險為檢修期間保護區(qū)內(nèi)發(fā)生故障，但由于檢修造成保護拒動，其表達式為：

[SJ=PJ×S∑] （3）

式（3）中，[SJ]為拒動風(fēng)險，[PJ]為檢修期間，保護區(qū)內(nèi)發(fā)生故障的概率。

3.2 SCD文件可視化展示修改歷史

鑒于SCD文件對智能變電站的重要性，為防止因私自修改SCD文件給檢修工作帶來風(fēng)險，本文所述的風(fēng)險控制系統(tǒng)中存放著SCD文件的歷次修改版本。在進行二次設(shè)備關(guān)聯(lián)關(guān)系展示時，可采用不同顏色標示新增設(shè)備與原有設(shè)備、新增回路與原有回路，給變電站工作人員以直觀的感受。此項技術(shù)在智能變電站改擴建工作中發(fā)揮著巨大作用。

3.3 安措自動化技術(shù)

鑒于在進行安措時操作順序?qū)Π泊雸?zhí)行風(fēng)險的影響很大。本技術(shù)創(chuàng)新性地將安措票在自動構(gòu)建時，分別構(gòu)建安措執(zhí)行票和安措恢復(fù)票。將執(zhí)行順序與恢復(fù)順序分開，明確兩個工作的次序，減少人為失誤，如表1、表2所示。此外，在安措執(zhí)行時，分別與安措執(zhí)行票和安措恢復(fù)票進行核對，對跨步或漏步操作進行告警，如圖1所示。

4 技術(shù)應(yīng)用

研制的“智能變電站二次設(shè)備檢修風(fēng)險控制系統(tǒng)”已經(jīng)在南陽220kV宗璞變電站進行了現(xiàn)場應(yīng)用。通過現(xiàn)場驗證可知，此系統(tǒng)可實現(xiàn)智能變電站SCD文件修改歷史可視化展示，并可校驗其正確性；能自動分析待檢設(shè)備與其他設(shè)備之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系；能建立安措票數(shù)據(jù)庫，自動構(gòu)建并存儲安措票；執(zhí)行按措時，在線監(jiān)視安措執(zhí)行步驟，防止人為失誤，如圖1所示。其工作原理圖如圖2所示。

5 結(jié)語

本文分析了智能變電站二次設(shè)備檢修面臨的風(fēng)險，在分析風(fēng)險點的基礎(chǔ)上設(shè)計了智能變電站二次設(shè)備檢修風(fēng)險控制系統(tǒng)的各個模塊。通過SCD文件管理校驗技術(shù)、虛回路可視化技術(shù)和管理創(chuàng)新有效解決了智能變電站二次設(shè)備檢修風(fēng)險，最終形成一個完整的包含檢修工作事前準備、安措執(zhí)行和檢修結(jié)束后安措恢復(fù)的系統(tǒng)。通過工程實際驗證，此系統(tǒng)可有效降低二次設(shè)備檢修風(fēng)險，提高工作效率，避免人為失誤。

目前，智能變電站二次設(shè)備較多，二次設(shè)備的操作步驟復(fù)雜。本文涉及的二次設(shè)備操作自動化技術(shù)值得進一步研究。

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