智能變電站變電運(yùn)維安全關(guān)鍵技術(shù)研究

徐丹婷

（國(guó)網(wǎng)湖北省電力有限公司檢修公司，湖北 武漢 430050）

1 智能變電站運(yùn)維中存在的問(wèn)題

近年來(lái)，大量新建智能變電站投入運(yùn)行，但運(yùn)維人員的運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)難以跟上。智能變電站在運(yùn)維模式上的改變，對(duì)不熟悉的運(yùn)維人員而言，極大增加了運(yùn)維難度[1]。目前，我國(guó)變電站的智能化水準(zhǔn)已經(jīng)國(guó)際領(lǐng)先，但是仍然存在一些關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題需要解決與改善[2]。從智能變電站的結(jié)構(gòu)看，智能變電站使用了大量新技術(shù)，具備更高的科技水平。但時(shí)，現(xiàn)實(shí)操作過(guò)程中卻存在設(shè)備相互不兼容的情況。一旦發(fā)生這種問(wèn)題，嚴(yán)重性難以估量，會(huì)造成無(wú)法挽救的損失。智能變電站內(nèi)部大量采用電子互感系統(tǒng)來(lái)全面掌控運(yùn)行過(guò)程，而目前傳統(tǒng)的互感器在實(shí)際運(yùn)行中難以保證穩(wěn)定性，且普遍存在使用壽命偏低的問(wèn)題。此外，互感器對(duì)外界運(yùn)行環(huán)境要求相對(duì)較高，因此在實(shí)際運(yùn)行中受網(wǎng)絡(luò)波動(dòng)導(dǎo)致信號(hào)傳輸出現(xiàn)偏差的情況時(shí)有發(fā)生，最終導(dǎo)致變電站的運(yùn)行效果難以滿足實(shí)際要求。

此外，由于智能變電站繼電保護(hù)大量使用光纜、軟壓板代替硬壓板以及采用檢修機(jī)制進(jìn)行數(shù)據(jù)隔離，而運(yùn)維人員在不清楚的情況下可能錯(cuò)誤退出檢修壓板，導(dǎo)致保護(hù)出口跳閘造成嚴(yán)重后果。軟壓板的投退如果順序出錯(cuò)，還可能導(dǎo)致正常運(yùn)行狀態(tài)下的誤動(dòng)（可能導(dǎo)致母線保護(hù)動(dòng)作），后果不堪設(shè)想。目前，大量智能站的投入導(dǎo)致原來(lái)傳統(tǒng)站運(yùn)維人員很難很快進(jìn)入狀態(tài)，且人力分配不均勻造成運(yùn)維人員技術(shù)水平斷檔嚴(yán)重。有些運(yùn)維人員清楚壓板的重要性，有些運(yùn)維人員則會(huì)在有交叉工作時(shí)錯(cuò)誤退出。

除了以上問(wèn)題，在技術(shù)層面上，智能變電站的信號(hào)數(shù)據(jù)交互行為中，普遍會(huì)使用對(duì)等傳輸方式實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的有效交互。換言之，就是不同設(shè)備在進(jìn)行數(shù)據(jù)交互時(shí)，需要網(wǎng)絡(luò)具有數(shù)據(jù)分析處理的能力，并辨別其中的有效數(shù)據(jù)和無(wú)效數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)變電站內(nèi)數(shù)據(jù)的有效傳輸。然而，在實(shí)際變電站的投運(yùn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)進(jìn)行站內(nèi)數(shù)據(jù)交互時(shí)，整個(gè)變電站網(wǎng)絡(luò)的可靠性會(huì)有所下降，一旦此時(shí)受到外部網(wǎng)絡(luò)攻擊，就會(huì)造成數(shù)據(jù)信息的丟失、外泄，情況嚴(yán)重時(shí)還可能導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)癱瘓。因此，確保智能變電站整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的安全至關(guān)重要。

2 智能變電站變電運(yùn)維安全關(guān)鍵技術(shù)

針對(duì)智能變電站中存在的問(wèn)題，分析智能變電站變電運(yùn)維安全關(guān)鍵技術(shù)。

2.1 構(gòu)建科學(xué)完善的智能變電站標(biāo)準(zhǔn)化運(yùn)維體系

對(duì)于智能變電站變電運(yùn)維安全而言，構(gòu)建科學(xué)完善的智能變電站標(biāo)準(zhǔn)化運(yùn)維體系具有極其重要的現(xiàn)實(shí)意義。科學(xué)完善的智能變電站標(biāo)準(zhǔn)化運(yùn)維體系能夠?qū)崿F(xiàn)使概念上的數(shù)據(jù)理論有機(jī)契合地與智能變電站現(xiàn)實(shí)狀況相結(jié)合，而且能夠在智能變電站運(yùn)行過(guò)程中根據(jù)出現(xiàn)的問(wèn)題再次進(jìn)行完善，進(jìn)而促使智能變電站的工況越來(lái)越好。

21世紀(jì)科學(xué)技術(shù)日新月異，變電站全面升級(jí)、更新以及換代，促使智能變電站的運(yùn)維體系勢(shì)必也要隨之改變。因此，為了使運(yùn)維人員更快速地上手智能變電站的變電運(yùn)維工作，必須構(gòu)建科學(xué)完善的智能變電站標(biāo)準(zhǔn)化運(yùn)維體系，制定標(biāo)準(zhǔn)化的流程，充分考慮智能變電站技術(shù)的改變，從而確保智能變電站的優(yōu)化運(yùn)營(yíng)和安全穩(wěn)定。

2.2 提升壓板、定值以及交換機(jī)的相關(guān)理論知識(shí)

相較于傳統(tǒng)變電站，智能變電站的繼電保護(hù)有了很大變化，一旦運(yùn)維人員無(wú)法有效掌握相關(guān)技術(shù)，在布置安措、投退保護(hù)中出現(xiàn)問(wèn)題，將會(huì)對(duì)智能變電站的穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)安全隱患。相較于傳統(tǒng)變電站，智能變電站減少了硬壓板的數(shù)量，大量使用軟壓板。這些軟壓板的投退需要滿足一定順序，尤其是出口軟壓板的投退有嚴(yán)格的先后要求[3]。不同軟壓板之間的功能對(duì)于運(yùn)維人員掌握需要一定的時(shí)間。此外，大量的數(shù)據(jù)經(jīng)由交換機(jī)進(jìn)行交互，平常運(yùn)維過(guò)程中一旦交換機(jī)出現(xiàn)問(wèn)題，勢(shì)必會(huì)對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的性能和完整度產(chǎn)生影響。因此，運(yùn)維人員提升壓板、定值以及交換機(jī)的相關(guān)理論知識(shí)至關(guān)重要。只有對(duì)壓板、定值以及交換機(jī)的相關(guān)理論知識(shí)建立足夠深的認(rèn)識(shí)，才能確保運(yùn)維過(guò)程中不會(huì)對(duì)繼電保護(hù)的穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生影響，才能進(jìn)一步確保智能變電站穩(wěn)定運(yùn)行。

2.3 強(qiáng)化站內(nèi)設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)管理流程

智能變電站的實(shí)際運(yùn)行中，為了強(qiáng)化其工作效率和質(zhì)量，普遍采用電壓互感器來(lái)實(shí)現(xiàn)采樣功能，之后通過(guò)電纜直連或者交換機(jī)交互完成傳輸，通過(guò)合理的處理，科學(xué)有效地降低中間過(guò)渡環(huán)節(jié)。另外，運(yùn)維人員需要構(gòu)建對(duì)于整個(gè)變電站的檢測(cè)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)站內(nèi)運(yùn)行情況科學(xué)合理的監(jiān)管，確保獲得數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性，進(jìn)而達(dá)成智能變電站站內(nèi)各類設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行的目的。

2.4 提升變電運(yùn)維智能化水平

考慮到智能變電站數(shù)據(jù)獲取的便利性，運(yùn)維人員可以進(jìn)行符合實(shí)際情況的相關(guān)軟硬件開(kāi)發(fā)，提升整個(gè)變電運(yùn)維的智能化水平，減少人力的使用[4]。通過(guò)開(kāi)發(fā)相關(guān)軟件，從而促進(jìn)智能變電站的科學(xué)發(fā)展和系統(tǒng)升級(jí)優(yōu)化，使得智能變電站可以更好地為電力系統(tǒng)服務(wù)。

3 智能變電站智能化水平提升策略

隨著技術(shù)的發(fā)展，新技術(shù)成為提升運(yùn)維安全的關(guān)鍵。目前，提升變電站智能化水平的策略主要包括一鍵順控和智能機(jī)器人巡檢系統(tǒng)。

3.1 智能變電站一鍵順控

以往變電站內(nèi)倒閘操作由值守運(yùn)維人員操作，需要采用事前依據(jù)操作目標(biāo)以及需要停電的范圍來(lái)完成倒閘操作票的填寫。實(shí)施過(guò)程中，根據(jù)操作員和監(jiān)控員的指令，比照操作步驟完成模擬演練，并將任務(wù)下發(fā)至五防鑰匙內(nèi)，隨后在現(xiàn)場(chǎng)使用五防鑰匙實(shí)施各項(xiàng)解鎖操作。這個(gè)過(guò)程極其冗余和復(fù)雜，浪費(fèi)了人力、物力以及時(shí)間。針對(duì)這個(gè)情況，智能變電站可根據(jù)自身的技術(shù)特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)一件順控。一鍵順控就是按照事先設(shè)定好的程序，只需要簡(jiǎn)單的“一鍵式”操作，即可按照固定順序完成現(xiàn)場(chǎng)的停送電操作。它主要依托自動(dòng)化系統(tǒng)內(nèi)的眾多單操指令，模擬預(yù)置內(nèi)置的五防閉鎖邏輯和符合規(guī)定的操作規(guī)則，全自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)一系列的一、二次設(shè)備操作，使得相關(guān)被操作設(shè)備在各種狀態(tài)間變換。一方面，一鍵順控減少了人為因素的參與，節(jié)省了人力物力消耗，將一個(gè)復(fù)雜的操作過(guò)程數(shù)字化分解成各個(gè)相互關(guān)聯(lián)的單操指令。另一方面，一鍵順控可以有效避免因?yàn)槿藛T因素導(dǎo)致的誤操作，極大程度地規(guī)避了人為誤操作風(fēng)險(xiǎn)，使得操作過(guò)程更加安全可靠，保障了停送電的順利進(jìn)行。

智能變電站之所以有能力進(jìn)行一鍵順控，其中最重要的因素是站內(nèi)的防誤閉鎖系統(tǒng)。該系統(tǒng)的存在為一鍵順控的實(shí)現(xiàn)奠定了重要基礎(chǔ)。在智能變電站中，防誤操作閉鎖系統(tǒng)根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可以科學(xué)分解成三層閉鎖體系，整個(gè)體系架構(gòu)完全依托于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)，由一系列裝置組成，并在各層之間使用IEC61850規(guī)范完成數(shù)據(jù)的傳輸交互。在站內(nèi)，普遍使用一體化五防系統(tǒng)，即五防系統(tǒng)會(huì)與監(jiān)控系統(tǒng)集成為一個(gè)整體，整個(gè)整體內(nèi)的防誤閉鎖功能則需要經(jīng)過(guò)配置五防硬件來(lái)完成。一鍵順控的防誤操作閉鎖功能需要集成到監(jiān)控系統(tǒng)，同理操作票管理系統(tǒng)也與監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)有機(jī)結(jié)合，因此整個(gè)五防系統(tǒng)采用的設(shè)備位置信息將有別于以往，不再像常規(guī)站使用通信網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)，而是更直接地經(jīng)由監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行同步采集，極大降低了獲取這些數(shù)據(jù)所需要的時(shí)間，確保了整個(gè)五防系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性與可靠性。一般智能站的防誤閉鎖功能都會(huì)由監(jiān)控系統(tǒng)與間隔層測(cè)控設(shè)備相互配合來(lái)完成，整個(gè)過(guò)程由GOOSE網(wǎng)絡(luò)作為數(shù)據(jù)傳輸平臺(tái)。因此，要求間隔層測(cè)控設(shè)備具備滿足要求的互聯(lián)性，同時(shí)需要進(jìn)行一定的合理設(shè)置。

3.2 智能機(jī)器人巡檢系統(tǒng)

近年來(lái)，大量變電站使用了智能巡檢機(jī)器人代替運(yùn)維人員完成各類設(shè)備巡檢工作。相較于人力巡檢，機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)100%覆蓋一次設(shè)備的巡視（其中包括大量因?yàn)榫嚯x難以監(jiān)測(cè)相關(guān)數(shù)據(jù)的壓力表等人力難以覆蓋的范疇），實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)變電站全方位無(wú)死角的巡視。此外，機(jī)器人可以集成多項(xiàng)光學(xué)技能，實(shí)現(xiàn)對(duì)站內(nèi)設(shè)備的紅外光攝影攝像、各類設(shè)備光譜測(cè)溫以及可見(jiàn)光成像等功能，避免了運(yùn)維人員操作數(shù)量眾多的設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了對(duì)設(shè)備的全方位監(jiān)測(cè)，且各設(shè)備之間分界明顯，不會(huì)出現(xiàn)設(shè)備相互遮蔽的現(xiàn)象。另外，機(jī)器人對(duì)站內(nèi)各種表計(jì)能夠完成自動(dòng)讀取，只要前期設(shè)計(jì)上保證了機(jī)器人巡視路線的合理、科學(xué)以及范圍滿足要求，所測(cè)設(shè)備的相關(guān)圖像以及視頻資料的清晰度就會(huì)很好。站內(nèi)運(yùn)維人員在主控室就可以調(diào)取機(jī)器人的全部拍攝資料進(jìn)行查看，而且在監(jiān)控后臺(tái)，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)設(shè)備類型和數(shù)據(jù)類型完成分類，確保運(yùn)維人員能第一時(shí)間獲得所需信息。

機(jī)器人在巡視過(guò)程中，一旦獲取數(shù)據(jù)與提前設(shè)定好的標(biāo)準(zhǔn)值范圍有所差異，就會(huì)自動(dòng)報(bào)警并在后臺(tái)生成告警記錄供運(yùn)維人員查看。未來(lái)，智能巡檢機(jī)器人還能實(shí)現(xiàn)與站內(nèi)的PMS系統(tǒng)、五防系統(tǒng)、全站及主變消防噴淋系統(tǒng)、站端調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)等高端應(yīng)用進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，進(jìn)一步強(qiáng)化機(jī)器人發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和判斷問(wèn)題的能力，強(qiáng)化其智能性。

4 結(jié) 論

智能變電站對(duì)人類的生產(chǎn)生活具有重要意義，但限于目前科學(xué)技術(shù)水平等一些客觀因素，智能變電站系統(tǒng)仍然存在一些問(wèn)題亟待解決。本文對(duì)智能變電站運(yùn)維中存在的問(wèn)題進(jìn)行探討，給出了提升智能變電站運(yùn)維安全的4個(gè)關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)，即構(gòu)建科學(xué)完善的智能變電站標(biāo)準(zhǔn)化運(yùn)維體系，提升壓板、定值以及交換機(jī)的相關(guān)理論知識(shí)，強(qiáng)化站內(nèi)設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)管理流程以及提升變電運(yùn)維智能化水平，提出了智能變電站一鍵順控與智能機(jī)器人巡檢系統(tǒng)，通過(guò)提升智能變電站智能化水平提升運(yùn)維安全，以期為智能變電站運(yùn)維人員提供參考。