一種就地化繼電保護的全生命周期運維系統

薛 鐘，董 貝，景興東，丁 毅

(1.國電南京自動化股份有限公司, 江蘇 南京 210003; 2.中國天楹,江蘇 南通 226600)

0 引 言

隨著社會經濟的快速發展和特高壓交直流混聯大電網的建成，電網安全運行的要求越來越高，繼電保護作為電力系統的第一道防線，實現建設容易、運維簡單、運行可靠是保證支撐電網安全、助力經濟發展的基本要求。但智能變電站目前也面臨一些實際現狀和問題。相對于傳統變電站，智能變電站的規劃設計復雜、抽象、容易出錯，建設周期長、投入增大，設備功能調試和通信校驗工作復雜，后期運行和維護工作復雜，對專業人員要求提高，出現問題難排查，影響供電可靠。并且一個站一個配置，標準化程度低。

國家電網公司委托浙江省電力公司于2015年底開展了智能變電站繼電保護裝置的就地化、小型化的研究，2016年，中國電力科學研究院發布了國家電網公司2016年第五批繼電保護及安全自動裝置專業檢測工作的通知，同年年底漠河、舟山等多個智能變電站進行就地化線路保護掛網試運行工作。

就地化保護裝置的安裝和運行過程具有以下難點：(1)就地化保護裝置需要戶外安裝，(2)就地化保護裝置沒有HMI界面，(3)就地化保護裝置需要通過預置航空端子與外部交互，(4)就地化保護裝置無法通過傳統工具進行調試，(5)就地化裝置和各個廠家配套工具不統一。由于以上難點給就地化保護裝置和新的變電站現場模式的運維、檢修、調試、管理帶來了新的挑戰。為了滿足這種需求，提高就地化保護裝置的運維、調試、管理水平，以及保證運維檢修的正確性和安全性，本文提出一套就地化繼電保護全生命周期綜合運維系統，用于貫穿就地化保護的全生命周期，從運行、維護、管理各個角度解決就地化保護帶來的各種問題。

1 架構設計

針對就地化保護引出的一系列運維問題和痛點，本文提出一種就地化繼電保護的全生命周期綜合運維系統。該系統可以劃分為如下兩個核心模塊：運維服務器模塊和運維PDA模塊，運維系統的架構示意圖如圖1所示。

這兩個模塊既可以相互獨立，分開運行實現各自的功能，又可以組合成一套完整的就地化保護的全生命周期運維系統[1-3]。

運維服務器模塊主要是通過Tomcat服務器、UI界面和數據庫對運維系統的數據處理和服務運行進行支撐。

運維PDA模塊主要是提供裝載有運維系統APP的移動客戶端，幫助現場人員進行就地化裝置的全生命周期的運維管理[4]。

2 系統設計

2.1 運維服務器模塊

運維服務器模塊主要由Tomcat服務器、數據庫、UI界面和交互接口組成。Tomcat服務器是基于Tomcat開發的網絡管理系統，用于人員管理、變電站信息維護、臺賬信息維護和圖檔信息維護等。基礎數據庫主要是用于記錄PDA的操作信息、操作日志、人員信息、工單信息和變電站相關信息等。臺賬數據庫主要是用于記錄臺賬相關數據。圖檔數據庫主要是用于記錄變電站圖檔相關數據。交互接口主要是提供在線或者離線的方式幫助Tomcat服務器和運維PDA進行數據交互和信息傳遞。

圖1 運維系統架構

運維服務器的主要核心功能包括：基礎數據管理；人員管理；資料管理；交互接口；服務器UI。

(1)基礎數據管理：此組件分為兩個部分：第一部分是數據庫，主要用于存儲變電站、電壓等級、二次設備、保護裝置和運維人員等相關信息；第二部分是Tomcat服務器中的管理代碼，主要是用于增、刪、改、查數據庫中的相關信息，能夠提供可視化界面進行數據的管理和維護。

(2)人員管理：此組件主要是用于管理運維過程中涉及的人員信息和權限管理，具體包括運維巡檢任務的發布者、執行者和復檢者等。

(3)資料管理：此組件主要是用于在服務器上管理和存儲運維過程中涉及的圖片、文檔、音頻和視頻等相關資料。

(4)交互接口：此組件主要是用于提供服務器和移動PDA的數據庫數據和文檔音頻資料的交互接口。

(5)服務器UI：此組件主要是用于提供可視化界面進行服務器數據和資料的管理和維護。

運維服務器的架構如圖2所示。

圖2 運維服務器架構

2.2 運維PDA模塊

運維PDA模塊是基于Android和IOS的移動客戶端開發的運維APP，主要是用來幫助電網運維人員可以方便快捷地進行工單派發、權限認證、全景可視化和裝置巡檢等。運維APP根據國網規范集成了就地化和非就地化繼電保護裝置日常巡檢和專業巡檢所需的核心功能，可以幫助現場運維和巡檢人員快速、方便和高效地完成繼電保護裝置的全生命周期的運行和維護[5-7]。

運維PDA的使用方式分為在線方式和離線方式兩種，這兩種方式的主要區別在于運維PDA能否連接電力公網和運維服務器進行實時交互，對于運維PDA的核心功能無本質區別。在線運維方式是指運維PDA通過連接電力安全公網，實時完成運維PDA和運維服務器之間的數據和文件交互，可以實時記錄操作數據、反饋操作結果和完善工單流程。離線運維方式是指由于某些運維現場運維PDA無法連接網絡，只能事先通過網絡或USB將所需的數據和文件從運維服務器下載到運維PDA保存，然后再帶到運維現場進行操作，運維完成后再將操作數據同步給運維服務器，這種方式無法保證數據更新的實時性，但是安全性和保密性要求更好。

運維PDA模塊的主要核心功能包括：工單系統；權限認證；全景可視化；裝置巡檢；裝量調測。

(1)工單系統：工單系統是用于用戶登錄、創建工單、審核工單、執行工單和復檢工單的管理系統。第一、由工單申請者創建工單并發布工單；第二、根據國網要求的流程，走到對應的管理人員名下審核工單是否合規，如果合規繼續走到具體的工單執行者名下；第三、工單執行者收到工單后，手機收到短信提醒，然后在經過認證后在手機上登錄運維PDA，并根據工單內容進行巡檢或者調測；第四、工單執行完成后，繼續走到工單復檢者名下進行復查，如果一切無誤則可以關閉工單流程。

工單流程示意圖如圖3所示。

圖3 工單系統示意圖

(2)權限認證：權限認證主要包含兩個方面：第一、由于電網系統的安全性和隱私性要求，因此需要確保工單系統各個環節的使用者必須通過用戶名和密碼進行登錄認證；第二、為了確保工單的執行者檢查和測試的保護裝置是工單上指定的裝置，因此需要通過PDA掃描裝置上的二維碼進行裝置認證。

(3)全景可視化：此功能主要包括以下幾個部分：第一、SCD文件可視化主要是用于實現SCD文件的可視化和比對，可以圖形化展示SPCD物理回路連接，并且可以實現過程層和站控層參數和數據集的可視化。第二、圖檔可視化: 移動客戶端的運維PDA可通過WIFI或者流量管理上傳下載、通用圖檔、工程圖檔、掃描設備二維碼獲取圖檔、語音搜索圖檔和條件搜索關鍵字。第三、光纖可視化：以物理回路顯示為主，屏柜為中心、光纜為中心、IED為中心、光配為中心、纖芯為中心(全路徑)，通過特殊通過手勢展現虛端子信號。可追溯和標記。第四、二次鏈路狀態可視化：每個纖芯自動或者手動配置鏈路告警信號、虛回路可視化可自動或者手動配置鏈路壓板[8-9]。

(4) 裝置巡檢：此功能主要包括以下幾個部分：第一、遠程液晶，由于就地化保護缺少HMI，無法直觀的查看就地化裝置各自狀態和數據是否正常。運維PDA通過無線或者有線的方式與就地化裝置連接后，可以提供可視化界面查看裝置的當前狀態和數據。第二、定值清單比對，通過運維PDA可以將文檔中的初始定值單和裝置的在線定值數據進行比對。第三、波形分析，可以通過運維PDA從裝置在線讀取或者離線讀取電力系統標準的波形文件進行展示和分析。第四、紅外測溫，運維PDA可以通過紅外線對現場保護裝置就像測溫。第五、缺陷錄入、運維PDA支持對當前巡檢設備的缺陷進行查看和實時錄入。

(5)裝置調測：此組件主要有以下2個作用：第一、提供用于輔助用戶和虛擬測試儀進行人機交互的UI界面，便于用戶根據需求定制輸入激勵。第二、將裝置的反饋輸出進行展示和分析[10-12]。

運維PDA使用流程如圖4所示。

圖4 運維PDA使用流程

3 系統應用

本文提出的繼電保護運維系統已經開始陸續在一些中小型變電站和發電廠中投入使用。以蘇州110 kV由巷變為例，展示綜合運維系統的部分核心功能和關鍵特征。

運維PDA軟件架構如圖5所示。

圖5 運維PDA軟件架構

(1)展示運維系統提供的蘇州110 kV由巷變的全站物理配置信息，如圖6所示。

圖6 全站物理配置信息

(2)展示運維系統提供的SV虛端子連接示意圖，如圖7所示。

圖7 SV虛端子連接示意圖

(3)最后、展示運維系統提供的工單巡檢示意圖，如圖8所示。

4 結 論

本文從系統架構設計、詳細模塊設計和實際應用三個方面介紹了就地化繼電保護裝置的全生命周期綜合運維系統的設計思想和整體架構。

本系統的特點在于，第一、提供了支撐整個變電站運維流程的可視化工單系統，能夠覆蓋變電站運維的全生命周期；第二、系統提供了人員管理和掃描認證的雙重權限認證手段，可以更安全和高效的確保變電站運維的可靠性和正確性；第三、系統提供了豐富的全景可視化手段，可以高效和快捷地幫助運維人員了解變電站的整體和細節信息和資料；第四、系統提供了全面的就地化裝置的運維巡檢手段，包括遠程液晶、定值比對和波形回放等等，解決了就地化裝置沒有HMI和傳統調試工具無法使用的問題。實際運行和測試結果表明了此方案的可行性、正確性和易用性[13]。

圖8 工單巡檢

實踐證明本系統將極大提高就地化繼電保護裝置的運維和巡檢效率、縮短運維難度、降低開發人力成本、提高變電站的安全性和穩定性。