智能變電站可視化運維與智能診斷系統研究與應用

樊宏偉 聞玉鳳 祁磊 賈帥杰 劉歡龍 劉建剛

【摘 ?要】近年來，經濟快速發展，隨著智能變電站的大量投運及運維工作的開展，常規站“看得見”、“摸得著”的二次回路變成了“看不見”、“摸不著”的“黑匣子”，大大增加了變電站運維、檢修的不可控性。本文基于IEC61850規約模型，嘗試在500kV衛都變根據現場運維情況部署智能變電站可視化運維與智能診斷系統，通過SCD文件解析與校驗、光纖物理鏈路建模、同源數據比對、信號多維度關聯、二次設備安全措施校核及邏輯預演等關鍵技術研究的基礎上，實現智能化變電站IED設備的在線監視與智能診斷，IED設備的可視化運維，二次設備安全措施的防誤預警，并構建智能運維體系基礎。為運維人員日常維護、故障檢修提供技術支撐和決策依據，有利于提高智能化變電站安全運行水平。

【關鍵詞】智能變電站;可視化運維;智能診斷系統;研究與應用

引言

自2009年國家電網公司組織推進智能電網戰略以來，基于IEC61850標準的智能變電站自動化技術獲得了快速發展。截止到2015年底已經投運的智能變電站約2500座，“十三五”期間新建變電站將全部采用智能變電站技術方案，我國已成為智能變電站投運數量最多的國家。智能變電站基于IEC61850標準，用變電站配置文件（substationconfigurationdescription，SCD）描述：①變電站一次設備模型與電氣拓撲信息;②自動化功能在各間隔內的分配;③智能電子設備（intelligentelectronicdevice，IED）能力;④通信配置信息;⑤IED中邏輯節點（logicalnode，LN）的映射;⑥IED之間的水平通信與垂直通信等。在工程應用中采用光纜代替電纜，二次系統裝置之間的連接關系由數據包通信代替以往硬接線的連接，這樣，基于裝置端子排的管理邊界不復存在，整個二次系統成為“黑匣子”，給運行維護帶來了諸多問題和困難，增加了智能變電站二次系統運行風險。本文通過分析智能變電站核心SCD的特征，針對二次系統運行維護的關鍵技術問題，探索“圖實相符”的可視化運維技術方案，以便為基于SCD的智能變電站工程應用提供可靠的技術支撐。

1繼電保護可視化運維與智能診斷系統介紹

本文基于IEC61850規約模型，嘗試在500kV衛都變根據現場運維情況部署智能變電站可視化運維與智能診斷系統，并通過SCD文件解析與校驗、光纖物理鏈路建模、同源數據比對、信號多維度關聯、二次設備安全措施校核及邏輯預演等關鍵技術研究，實現500kV衛都變繼電保護二次虛回路的可視化展示、狀態的在線監視、智能診斷及安措預演、在線校核與預警等功能，為該站二次系統的日常運維、異常處理、事故分析以及檢修等工況提供多維度的可視化信息支撐、決策及安全操作依據。

2智能變電站可視化運維與智能診斷系統研究與應用

2.1在線運行狀態信息

二次設備的運行狀態信息主要包括：軟硬件自檢信息、開關量信息以及采樣值等信息，其中軟硬件自檢信息針對裝置運行溫度以及電源電壓等;采樣值和開關量信息主要包括設備直流電路、差動電流以及開關量狀態、正常反應等，系統會對設備運行狀態進行不間斷監控，提供二次設備故障的診斷數據。

2.2運維檢修可視化圖紙資料展示功能應用

實現SCD文件可視化，便于及時查看虛回路、虛端子、IED設備信息，間隔光纖物理鏈路信息。虛實合一的二次回路可視化，便于及時查看并核對工作間隔二次回路動態信息，包括光纖信號互聯關系、板卡-端口信息、光纖關聯信號及虛端子。保證500kV衛都變站內業務回路的可視化在線監視及診斷。2.3運維二次安全措施校核、預演及回放功能應用支持導入安措及圖形化操作形成安措等模式，檢驗安全措施是否正確，是否存在因安全策略錯誤引發的保護誤動或者保護閉鎖。實現二次安全措施在線校核，為二次回路操作提供操作順序及操作結果的校核與告警，操作過程及結果可記錄回放;實現二次安全措施邏輯預演，及時發現操作票中的邏輯問題，避免二次安全操作邏輯錯誤導致的保護閉鎖及保護誤動事故發生。保證500kV衛都變安全措施全部正確執行與恢復，對于未執行與恢復的安全措施發出相應報警;同時，通過安措執行流程管控功能，監督運行檢修人員按照既定流程執行安措，保證在檢修作業過程中安全措施安全可靠、簡便可行。

2.4保護設備在線監測功能應用

基于智能變電站光纖物理鏈路建模，實現整站及間隔光纖物理鏈路監測;實現間隔繼電保護相關IED設備虛回路實時狀態監測并可視化展示，在線實時監測過程層SV、GOOSE虛回路的狀態，壓板狀態;實現按間隔全面展示保護設備詳細狀態信息，包括保護動作、告警、壓板、光字牌等，歷史信息查詢。保證500kV衛都變站內保護設備監視并區分物理鏈路、邏輯鏈路斷鏈并預警，為運維檢修人員提供直觀的虛回路狀態變化及信號狀態。

2.5運維智能診斷功能應用，提供檢修決策依據

基于光纖物理建模，實現站內光纖鏈路故障定位;實現保護設備異常、告警的板卡定位，保護動作邏輯分析;實現一次操作、二次操作一致性檢查與診斷預警。保證500kV衛都變發生光纖鏈路故障時，能具體定位出故障類型和故障鏈路;保證電網故障時通過兩側變電站所有保護動作信息收集、整理，自動進行綜合智能分析;保證站內發生一次操作、二次操作不一致情況進行預警并圖形化展示。

3應用情況及效果

目前，保護設備可視化運維系統已在多省試點應用。基于現場運維檢修人員的需求，切實際、高效率的解決了現場工作人員所面臨的一系列問題。以某220kV智能變電站為例，該站承擔著2016年G20峰會保電工作任務，供電范圍覆蓋蕭山榮莊、紅墾等區域，重點保障錢江世紀城區塊供電可靠。保護設備可視化運維系統與全站統一投產于2016年4月，迄今配置文件齊全，功能實現完整，已穩定安全運行近2年。該系統提高了現場快速診斷和處理設備缺陷的能力，提供了安全措施操作輔助功能，實現了智能變電站“看得見、摸得著”可視化圖形化層次化的展示。該系統的工程實施具有時間短、配置簡潔、維護方便三大特點。該變電站投運前，工作人員利用保護設備可視化運維系統光纖鏈路監視診斷、虛實回路監視診斷、光口光強監視功能等對各個間隔詳細的審查。直觀、精確的指向某一間隔智能終端第七塊板卡第四光口的光纖發生了斷鏈的情況，有針對性的排查后發現在調試過程中尾纖遭到撕扯而外表完好如初，更換后情況得到解決。送電前夕，配合工作人員進行各間隔安全措施的預演和實際校核，為送電工作和未來的停電檢修提供了保障。投運后，全景圖巡視和保護巡檢模塊給運維人員日常檢測IED設備、鏈路，檢查IED設備工作情況等帶來了極大的便利，圖形化的展示十分直觀，發現問題后還可以及時的利用其他功能進行查詢和定位。目前，從多個投運了該保護設備可視化運維系統的變電站后期改擴建維護反饋來看，該系統給變電站運維檢修帶來了極大的幫助，提高了現場工作效率，縮短了現場工作的時間。

結語

本文設計的智能變電站鏈路可視化及診斷系統從過程層、間隔層、站控層對智能變電站二次設備實現全面監視，并將全站鏈路可視化，將二次設備信息、光纖連接關系、當前狀態在一張圖上全部展示出來，變成二次設備圖紙，解開智能變電站黑匣子的秘密，同時將站控層、過程層、間隔層相結合，以多維度的、不同的數據對智能站的鏈路進行分析、診斷，定位異常點，為現場故障排查提供有效的手段，為二次設備運維檢修帶來極大的方便。

（作者單位：國網晉城供電公司）