智能變電站二次設備在線運維管控系統的研究

劉慶偉

(寧夏電力有限公司中衛供電公司，寧夏 中衛 755000)

0 引 言

移動互聯網、物聯網以及移動終端等新技術[1-4]在智能變電站的廣泛應用提升了變電站智能化技術應用水平，智能變電站依靠過程層的智能終端和合并單元設備使用數字光纖與二次設備進行實時通信，彰顯了智能變電站顯著的技術特點，但智能變電站現行運行維護智能化程度偏低，主要體現在變電站內的二次設備信息管理大都依靠人工管理方式。現行智能變電站的檢修主要依靠定期檢修及出現故障后的故障搶修，運維智能化程度偏低，導致缺陷故障的處置效率降低，而且會造成非計劃停電的風險，同時智能變電站二次回路虛擬化等技術特點，也給日常的維護檢修帶來了很大的難度，使得二次運檢人員對廠家的依賴性更強，因此研究智能變電站的智能化運維方式顯得尤為迫切。

從變電站內二次設備的狀態監測[5-6]及虛擬二次回路的狀態監測[7-9]兩方面入手，對智能變電站的二次設備在線運維管控系統進行研究，研制的在線運維管控系統能夠評估設備運行狀態，準確定位故障位置，實現按設備運行狀況實施檢修，降低故障搶修頻率，縮短停電檢修時間，提高供電可靠性，同時為變電站二次設備智能化運維提供一定的檢修決策依據。

1 在線運維管控系統架構

二次設備在線運維管控系統由系統主機(包含數據管理單元功能)以及多個數據采集單元組成。系統主機主要功能是提供軟件運行平臺、人機交互界面以及后臺數據的分析處理。數據采集單元通過通訊接口采集過程層SV/GOOSE數據報文，傳遞到數據處理器進行數據處理。以智能變電站三層兩網的網絡結構為依據，將二次設備在線運維管控系統主機掛靠在站控層的MMS網絡，采集保護自動化設備的狀態數據進行設備狀態監測，通過智能采集單元有選擇性地采集過程層SMV/GOOSE數據報文，借助先進、可靠的傳感器技術對收集到的數據進行分析處理判斷，及時發現電力系統故障問題并做出準確的判斷，能夠準確定位故障并發出告警信號，最終實現缺陷位置判別。整個系統通過實時解析站內通訊報文獲取設備數據，信息流傳輸為單向傳輸，不向站內MMS網和過程層網絡發送數據。

二次設備在線運維管控系統的網絡架構如圖1所示，圖中虛線圍繞范圍內為二次設備在線運維管控系統。

圖1 二次設備在線運維管控系統網絡架構

二次設備在線運維管控系統包含二次設備狀態監測，二次回路可視化展示及狀態監測，其他高級應用三大功能區域。

2 二次設備狀態監測

繼電保護設備的狀態監測[10-13]原理是將在線運維管控系統主機掛載在變電站站控層MMS網絡，二次設備狀態監測模塊集成在數據管理單元中，數據管理單元的服務器通過對MMS報文的解析獲取站控層二次設備的屬性信息。通過數據采集單元獲取過程層智能終端及合并單元設備屬性信息，將站控層的二次設備及過程層的智能設備的屬性信息劃分為運行狀態信息和設備屬性信息。通過開放所有評價二次設備狀態信息的方式，對二次設備進行全量信息開放需求分析，實現對二次設備的狀態評價。

全量信息開放需求分析包含設備屬性信息分析和運行狀態信息分析，通過站控層MMS報文以及有選擇性的SV/GOOSE報文獲取站內各個保護測控裝置、智能終端合并單元裝置的配置信息、基本物理屬性、自檢信息以及設備間的關聯等二次設備屬性信息流，同時也獲取到設備的采樣值、定值及壓板信息、開關量、實時告警等運行狀態信息流，通過數據采集、數據監測、數據分析、數據判斷4個過程實時傳輸到在線運維管控系統上，通過數據管理單元可視化的顯示模塊實現對二次設備的狀態監測。

在線運維管控系統通過導入SCD配置文件，將已經儲存于外接USB或者拷貝到本裝置中的全站配置SCD文件導入解析，并自動生成關聯IED信息，自動生成引用信息、變電站間隔信息，并轉換為本裝置的配置文件，裝置斷電重啟后不用重新導入，直接讀取配置文件即可。將裝置掛載MMS網運行后，通過解析得到的內部短地址可讀取到保護裝置各種實時運行數據值，實現以圖形和文字相結合的方式將MMS站控層網絡結構、保護測控裝置采樣值、CPU使用率、裝置實時溫度、光纖保護通道傳輸的光功率數值、運行定值區及壓板關聯關系等數據直觀地顯示出來。

3 二次回路可視化展示及狀態診斷

二次回路的狀態監測通過數據采集單元有選擇性地解析過程層SMV/GOOSE報文，將解析的報文信息傳遞到數據管理單元二次回路的狀態監測，通過SCD文件管理、通迅管理、二次回路監測診斷3個功能模塊實現SCD文件的上傳、下載、比對、虛回路的可視化顯示及光纖鏈路的監測診斷；同時通過調閱二次設備狀態監測模塊中二次設備運行狀態信息、設備屬性信息與設備異常告警信息進行匹配，實現二次設備異常診斷及保護巡檢的功能，最終在二次設備運維管控系統的可視化運維顯示界面實時查看和調閱，如圖2所示。

圖2 二次回路可視化及狀態診斷結構

3.1 SCD文件管理

從設備維護人員查看 SCD 配置信息角度出發，SCD 管理模塊包含 SCD 文件上傳與下載，SCD 文件可視化，SCD文件比對，SCD 文件校驗功能，如圖3所示。

圖3 SCD文件管理功能結構

SCD文件可視化的實現主要包含4個功能：SCD內存存儲庫，SCD文件離線可視化，圖形繪制模塊，實現對導入的SCD進行精準解析的解析模塊，從而實現單裝置虛端子連接圖、單裝置光纖鏈路連接圖以及物理光纖鏈路運行圖的在線可視化展示，如圖4所示。

圖4 SCD可視化實現方式

二次設備在線運維管控系統支持IED及其虛端子連接圖形展示功能，將SCD文件導入到在線運維管控系統中，具備可視化解析智能變電站全站SCD配置文件，同時對不同廠家SCD配置文件具有自適應識別和解析功能，在線管理SCD配置文件具備身份認證機制且不影響變電站正常運行。將智能變電站重要的虛端子連接關系通過在線的形式以直觀、易閱讀的方式在系統中進行展示，可以實時查看虛端子鏈接狀態、二次設備光纖鏈路連接情況、物理光纖的運行性能等，滿足運行維護需求。

3.2 二次回路監視及狀態診斷

在SCD管理模塊對虛回路可視化展示的基礎上，通過單裝置的圖形化調閱直觀的對設備狀態進行可視化展示，可以在二次運維管控系統上實現二次專業巡視工作。通過對二次設備實時監視物理光纖狀態運行信息，對于有異常狀態的光纖鏈路發出語音告警，實現實時標注出現異常的光纖鏈路；同時可以在線查看二次設備運行溫度、CPU使用率、光纖鏈路的光口光強信息、吞吐量、幀丟幀率、傳輸延時等數據信息，實現SCD虛端子的在線式展示和光纖鏈路的實時狀態監測，預警光纖鏈路的隱患，提前研判光纖鏈路及二次設備運行狀態，有效提升隱患排查治理能力，二次回路監測診斷結構如圖5所示。

通過系統主機的數據管理單元采集到站控層的MMS報文，實時顯示裝置的網絡通訊、告警信息以及動作信息等，實現異常信息的實時上送并判斷缺陷設備。物理光纖狀態運行如圖6所示。

圖5 二次回路監測診斷結構

圖6 物理光纖狀態

物理光纖狀態運行圖形象繪制了每一根圖形化光纖，并且描述了圖形化光纖物理連接狀況，可以顯示光纖中傳輸的報文收發情況，以及光纖發送端、接收端信息及二次設備光口的光強信息等。

在上述描述的光纖鏈路可視化的基礎上，數據采集單元實時采集到過程層的SV/GOOSE報文，實時顯示有報文傳輸的光纖鏈路信息，對于由于鏈路出現異常導致沒有SMV/GOOSE報文傳輸的光纖通道，狀態診斷模塊可以通過語音播報及圖形顯示的方式提示通道異常，并能測試是由于光纖通道還是站內二次設備引起的通道異常，從而實現光纖鏈路隱患得到有效預警，提前研判光纖鏈路及設備運行狀態，做好隱患的排查治理，減少由于事故發生而導致緊急停電的次數。

3.3 高級應用功能

3.3.1 壓板的可視化展示

二次設備在線運維管控系統通過解析SCD文件中定值壓板的相關屬性，獲得相應的應用路徑，即可通過MMS網獲取保護裝置的定值、壓板狀態。其實現方式是通過解析得到的內部短地址可讀取到保護裝置的實時運行的定值和壓板，從而實現對保護定值能夠自動巡檢，同時對保護定值異常能夠及時告警，而且可解決保護定值遠方切區雙確認的難題。

對壓板變位、壓板漏投、壓板誤投能夠實現智能告警，同時提供保護裝置、合并單元、智能終端各裝置故障檢修及正常檢修時壓板投退的安全策略，用于檢修人員編制安措票和運維人員的操作監督。結合模板的配置，MMS獲取的當前開關、刀閘的位置和壓板的狀態，對于誤投、漏投壓板還采用“智能告警”，裝置內預設各種狀態下的告警策略，一旦監測到壓板狀態不滿足投退策略要求則告警。

3.3.2 保護定值的自動巡檢

定值巡檢比對方法，采用定期、手動結合的方式對MMS網當前獲取的定值與之前存儲的歷史定值數據進行比對，比對結果不一致的進行著色顯示并發送比對結果提示信息，實現定值自動校核功能。

智能告警信息傳送機制，識別重要智能告警信息通過MMS網發送遙信的方式發送到監控后臺或者通過遠動裝置發送到調度中心，實現智能遠方監視。

4 結 論

智能變電站現有運維水平較低，設備信息管理大都依靠人工管理方式，二次回路虛擬化特點導致光纖回路故障查找困難，無法有效排查光纖鏈路及二次設備光纖模塊隱患，與現有運維方式相比，智能變電站二次設備在線運維管控系統實現了二次設備實時在線監測和二次回路的在線可視化，同時對二次設備和光纖鏈路運行過程中出現的隱患得到有效預警，提前研判光纖鏈路及二次設備運行狀態，實行按設備運行狀況實施檢修，降低智能變電站故障搶修頻率，縮短停電檢修時間，提升智能變電站智能化運維水平，提高供電可靠性。