焦日升，焦俊馳，王 菁，曹盛楠

（1.國(guó)網(wǎng)吉林省電力有限公司培訓(xùn)中心，吉林 長(zhǎng)春 130062；2.國(guó)網(wǎng)四川省電力公司檢修公司，四川 樂(lè)山 614000）

0 引言

目前，伴隨著智能電網(wǎng)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，智能變電站運(yùn)行與建設(shè)的數(shù)量正以前所未有得規(guī)模發(fā)展，使常規(guī)變電站和智能變電站共同運(yùn)行在各級(jí)電網(wǎng)中，由于常規(guī)變電站和智能變電站所應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)不同，使得其相關(guān)運(yùn)維和防誤技術(shù)差異較大，對(duì)變電站運(yùn)維人員勝任崗位能力提出了更高的新要求。

1 存在的問(wèn)題

1.1 智能變電站的安全運(yùn)行問(wèn)題

常規(guī)變電站二次回路連接、保護(hù)出口、功能連接片看得見(jiàn)，摸得著，可形成明顯的物理斷口，調(diào)試、運(yùn)維檢修人員形成了固有的習(xí)慣。

在智能變電站，常規(guī)站“看得見(jiàn)”、“摸得著”的二次回路變成了“看不見(jiàn)”、“摸不著”的“黑匣子”，增加了變電站運(yùn)維、檢修的不可控性。

缺乏對(duì)智能二次設(shè)備軟連接片、 虛回路、 光纖回路、二次安全操作等有效的技術(shù)支撐平臺(tái)，存在繼電保護(hù)誤操作、誤接線、誤設(shè)置情況，易造成電網(wǎng)事故，同時(shí)存在保護(hù)設(shè)備及其回路發(fā)生缺陷時(shí)無(wú)法快速定位診斷等一系列問(wèn)題，嚴(yán)重威脅智能變電站的安全運(yùn)行［1］。

1.2 智能變電站的精益化管理問(wèn)題

變電站無(wú)人值守及遠(yuǎn)方操作后， 距離遠(yuǎn)、 手段少、監(jiān)控難、響應(yīng)慢，無(wú)人值班管控手段需加強(qiáng)。

按照國(guó)網(wǎng)精細(xì)化管理要求， 急需加強(qiáng)變電站繼電保護(hù)遠(yuǎn)程全方位管控，研究運(yùn)維站、檢修工區(qū)遠(yuǎn)程在線監(jiān)視和智能運(yùn)維問(wèn)題。 實(shí)現(xiàn)二次設(shè)備從定期檢修到狀態(tài)檢修、就地運(yùn)維到遠(yuǎn)程診斷、從被動(dòng)檢修到主動(dòng)搶修、 從經(jīng)驗(yàn)式管理到數(shù)據(jù)分析專家診斷的精益化轉(zhuǎn)變，以滿足運(yùn)維人員快速應(yīng)急搶修需求。雖然存在一體化監(jiān)控平臺(tái)、網(wǎng)分、子站等系統(tǒng)，但管理部門(mén)不同，面向運(yùn)維、檢修的信息不全面，與可視化運(yùn)維有關(guān)的信息整合程度不高， 實(shí)際運(yùn)維檢修中存在一定的局限［2］。

2 系統(tǒng)的構(gòu)建

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

如圖1 所示， 以220 kV 典型智能變電站為例，系統(tǒng)主要由采集單元及管理單元組成。 根據(jù)變電站電壓等級(jí)，采集單元可配置1～3 臺(tái)，一般 220 kV 及以上GOOSE A、B 網(wǎng)要求完全獨(dú)立，分配在兩臺(tái)不同的采集單元。 MMS 可接入采集單元，也可接入管理單元，接入采集單元可更好地保證MMS 數(shù)據(jù)采集的可靠性。 智能變電站可視化運(yùn)維與防誤預(yù)警系統(tǒng)是通過(guò)接入智能變電站的網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)智能變電站數(shù)據(jù)采集的， 通過(guò)智能變電站可視化運(yùn)維與防誤預(yù)警系統(tǒng)屏內(nèi)交換機(jī)，可接站端工作站，通過(guò)智能變電站可視化運(yùn)維與防誤預(yù)警系統(tǒng)就地管理單元， 可外接可視化運(yùn)維主站。 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了與智能變電站運(yùn)行和管理數(shù)據(jù)的同步， 為智能變電站的安全運(yùn)行和精益化管理工作提供可靠依據(jù)和科學(xué)手段。

2.2 主要功能

智能變電站可視化運(yùn)維與防誤預(yù)警系統(tǒng)， 基于IEC61850 規(guī)約模型實(shí)現(xiàn)智能變電站繼電保護(hù)二次回路可視化展示、在線監(jiān)測(cè)、智能診斷及安措在線校核和預(yù)演功能，為智能變電站二次系統(tǒng)的日常運(yùn)維、異常處理、 故障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(jù)。

2.2.1 智能變電站SCD 文件管控

SCD 文件管控主要是對(duì)智能變電站SCD 文件圖形化解析及檢測(cè)， 實(shí)現(xiàn)SCD 文件的圖形化展示；實(shí)現(xiàn)二次系統(tǒng)的SCD 虛回路校檢；實(shí)現(xiàn)基于斷面或間隔的可視化對(duì)比； 實(shí)現(xiàn)XML 語(yǔ)法語(yǔ)義、DL／T860標(biāo)準(zhǔn)模型、繼電保護(hù)工程應(yīng)用模型標(biāo)準(zhǔn)化、國(guó)網(wǎng)六統(tǒng)一規(guī)范化校驗(yàn)； 實(shí)現(xiàn) SCD 文件與 ICD 文件、SCD 文件與CID 文件一致性校驗(yàn)。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

2.2.2 全景監(jiān)視

基于電網(wǎng)一次接線圖的一、 二次設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，二次設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)（保護(hù)設(shè)備運(yùn)行/退出、正常/告警狀態(tài)以及通信正常/中斷狀態(tài)）可視化全景實(shí)時(shí)展示。 二次設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)主要包括閉鎖、動(dòng)作、異常、檢修、運(yùn)行5 種，分別以綠色、黃色、藍(lán)色、橙色、紅色顯示。

2.2.3 繼電保護(hù)設(shè)備在線監(jiān)視

實(shí)現(xiàn)對(duì)二次設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的可視化在線監(jiān)視，能夠展示保護(hù)裝置所有的動(dòng)作事件、告警事件信息、狀態(tài)變位信息、連接片狀態(tài)、定值區(qū)號(hào)、運(yùn)行工況、裝置面板指示燈等各種信息； 展示交換機(jī)端口通信狀態(tài)、端口流量等信息。

2.2.4 一二次操作狀態(tài)監(jiān)視

智能變電站各間隔的一次操作主要包括幾種狀態(tài)及狀態(tài)間的相互轉(zhuǎn)換， 如運(yùn)行-熱備用冷備用-檢修， 每一種一次的狀態(tài)都會(huì)有相應(yīng)的二次操作與之一一對(duì)應(yīng)， 如220 kV 線路由運(yùn)行轉(zhuǎn)為冷備用時(shí)，除了跳開(kāi)斷路器、分開(kāi)隔離開(kāi)關(guān)的一次設(shè)備操作外，二次系統(tǒng)的操作還包括： 退出第一及二套母差保護(hù)跳該分支GOOSE 出口連接片，退出第一及二套母差保護(hù)該分支失靈啟動(dòng)GOOSE 輸入連接片，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際人工操作時(shí)很有可能造成二次的漏操作， 該投退的連接片忘記退。本功能實(shí)現(xiàn)變電站運(yùn)行過(guò)程中的一、二次設(shè)備狀態(tài)的對(duì)應(yīng)監(jiān)測(cè)。 采集過(guò)程層的GOOSE 信號(hào)，在線實(shí)時(shí)獲取一次斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、地刀當(dāng)前位置，確定一次設(shè)備（含線路、主變、母線、母聯(lián)等）所處的狀態(tài)，再通過(guò)MMS 網(wǎng)、過(guò)程層GOOSE 網(wǎng)采集二次系統(tǒng)保護(hù)相關(guān)設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)， 包括保護(hù)功能軟連接片、SV 輸入連接片、GOOSE 輸入輸出連接片、運(yùn)行/檢修開(kāi)入硬連接片等，根據(jù)一次元件的運(yùn)行狀態(tài)及相應(yīng)的連接片整定規(guī)則，生成一次元件-連接片位置關(guān)聯(lián)規(guī)則庫(kù)， 利用變電站斷路器狀態(tài)信在變電站倒閘操作后自動(dòng)識(shí)別一次元件狀態(tài)，與一次元件-連接片規(guī)則庫(kù)進(jìn)行比較， 當(dāng)出現(xiàn)不一致時(shí)給出報(bào)警提示信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了變電站運(yùn)行過(guò)程中的一、二次設(shè)備狀態(tài)的對(duì)應(yīng)監(jiān)測(cè)。

2.2.5 定值在線查詢及校核

召喚IED 設(shè)備的實(shí)時(shí)運(yùn)行定值和多組備用定值，并可將召喚的IED 設(shè)備定值入庫(kù)，并能夠自動(dòng)或手動(dòng)核對(duì)定值信息，不一致時(shí)，告警。 具備以下功能：

1）能查詢繼電保護(hù)設(shè)備的運(yùn)行定值區(qū)。

2）能查詢?nèi)我鈺r(shí)間段內(nèi)數(shù)據(jù)庫(kù)中保存的歷史定值。

3）能周期性自動(dòng)召喚定值，并與主站數(shù)據(jù)庫(kù)中保存的定值進(jìn)行核對(duì)，若二者存在差異提供告警。

4）具備自動(dòng)輪詢功能，周期性自動(dòng)召喚信息，信息包括定值、斷路器量、軟連接片等，并與主站數(shù)據(jù)庫(kù)中保存的對(duì)應(yīng)信息進(jìn)行核對(duì)， 若二者存在差異提供告警，輪詢時(shí)間可配置。

2.2.6 基于CRC 碼的虛回路在線監(jiān)視

通過(guò)MMS 報(bào)文或CID/CCD 文件在線獲取保護(hù)裝置的虛回路CRC 碼， 通過(guò)采集MU、 智能終端的GOOSE 報(bào)文獲取MU、 智能終端虛回路CRC 碼，與裝置SCD 文件中IED 的CRC 碼進(jìn)行比對(duì)， 對(duì)不一致IED 進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視與預(yù)警。

2.2.7 間隔可視化監(jiān)視及虛實(shí)回路圖

實(shí)現(xiàn)間隔繼電保護(hù)相關(guān)IED 設(shè)備虛實(shí)回路實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)并可視化展示， 在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)過(guò)程層SV、GOOSE 虛回路的狀態(tài)，連接片狀態(tài)，光纖信號(hào)互聯(lián)關(guān)系、板卡-端口信息、光纖關(guān)聯(lián)信號(hào)及虛端子。

2.2.8 缺陷自動(dòng)智能診斷

實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)裝置的智能診斷、異常告警定位、故障可視化。 具體的功能如下：

1）裝置溫度、裝置電源電壓、過(guò)程層端口發(fā)送/接收光強(qiáng)和光纖縱聯(lián)通道光強(qiáng)監(jiān)測(cè)信息的統(tǒng)計(jì)和歷史數(shù)據(jù)查詢功能，可根據(jù)同期數(shù)據(jù)比對(duì)、變化趨勢(shì)、突變監(jiān)測(cè)。

2）辨識(shí)保護(hù)系統(tǒng)裝置（含合并單元、保護(hù)裝置、智能終端及過(guò)程層交換機(jī)）的告警信息。

3） 應(yīng)能根據(jù)一次設(shè)備同源多數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，實(shí)現(xiàn)保護(hù)采樣數(shù)據(jù)異常告警。

4）采集過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)報(bào)文，并實(shí)時(shí)分析報(bào)文數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)二次虛回路狀態(tài)在線監(jiān)視， 監(jiān)測(cè)二次虛回路對(duì)應(yīng)關(guān)聯(lián)連接片狀態(tài)；應(yīng)能根據(jù)通信鏈路報(bào)文情況，進(jìn)行光纖鏈路通斷判別，實(shí)現(xiàn)異常告警，告警能定位到光纜、通信端口等。

5）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息實(shí)現(xiàn)保護(hù)裝置硬件異常的故障定位，故障定位應(yīng)能到所屬插件、回路類型、端口位置等。

6） 保護(hù)裝置和智能終端的跳/合閘報(bào)文及接點(diǎn)反校報(bào)文信息，實(shí)現(xiàn)跳/合閘回路診斷功能。

2.2.9 保護(hù)動(dòng)作行為分析

對(duì)電網(wǎng)故障站內(nèi)所有保護(hù)動(dòng)作情況的總體分析，包括保護(hù)動(dòng)作簡(jiǎn)報(bào)、錄波文件分析。

2.2.10 巡視報(bào)告

根據(jù)自檢、越限告警、預(yù)警、在線監(jiān)測(cè)等信息對(duì)繼電保護(hù)設(shè)備運(yùn)行工況進(jìn)行在線分析， 定期對(duì)站內(nèi)裝置進(jìn)行巡檢，生成巡視報(bào)告。

2.2.11 檢修安全措施可視化

自動(dòng)生成安措模板庫(kù)， 并能以可視化的方式監(jiān)測(cè)安全措施預(yù)演、 在線校核的過(guò)程中操作的狀態(tài)變化。給出安全隔離后安全性評(píng)估結(jié)論，生成安全措施報(bào)告。

3 解決的問(wèn)題

通過(guò)“智能變電站運(yùn)維與防誤預(yù)警培訓(xùn)系統(tǒng)”的構(gòu)建， 對(duì)智能變電站有別于常規(guī)變電站的工程SCD文件校驗(yàn)檢查、運(yùn)維檢修可視化圖紙資料、保護(hù)設(shè)備在線監(jiān)測(cè)、運(yùn)維智能診斷、運(yùn)維二次安全措施、構(gòu)建可視化運(yùn)維體系基礎(chǔ)等方面問(wèn)題進(jìn)行了有效解決，為智能變電站的安全運(yùn)行和精益化管理工作提供了一個(gè)具有針對(duì)性的培訓(xùn)和提升工作質(zhì)量的平臺(tái)。

3.1 工程SCD 文件校驗(yàn)檢查

包括SCD 文件靜態(tài)校驗(yàn)、動(dòng)態(tài)校核。

1）實(shí)施SCD 文件規(guī)范性校驗(yàn)，確保SCD 文件是符合規(guī)范要求的，避免新建及改擴(kuò)建站SCD 文件存在隱患。

2）SCD 文件動(dòng)態(tài)校核， 在線讀取 IED 設(shè)備模型文件及CRC 校驗(yàn)碼，進(jìn)行動(dòng)態(tài)校核。

3.2 提供運(yùn)維檢修可視化圖紙資料

1） 實(shí)現(xiàn)SCD 文件可視化， 便于及時(shí)查看虛回路、虛端子、IED 設(shè)備信息。

2）間隔光纖物理鏈路信息。

3） 虛實(shí)合一的二次回路可視化，便于及時(shí)查看并核對(duì)工作間隔二次回路動(dòng)態(tài)信息， 包括光纖信號(hào)互聯(lián)關(guān)系、板卡-端口信息、光纖關(guān)聯(lián)信號(hào)及虛端子。

3.3 保護(hù)設(shè)備在線監(jiān)測(cè)

1）基于智能變電站光纖物理鏈路建模，實(shí)現(xiàn)整站及間隔光纖物理鏈路監(jiān)測(cè)。

2）二次回路在線監(jiān)測(cè)，包含光纖信號(hào)回路及狀態(tài)、連接片狀態(tài)。

3） 按間隔全面展示保護(hù)設(shè)備詳細(xì)狀態(tài)信息，包括保護(hù)動(dòng)作、告警、連接片、光字牌等，歷史信息查詢。

3.4 運(yùn)維智能診斷為運(yùn)維人員提供檢修決策依據(jù)

1）基于光纖物理建模，實(shí)現(xiàn)光纖鏈路故障定位。

2）實(shí)現(xiàn)保護(hù)設(shè)備異常、告警的板卡定位，保護(hù)動(dòng)作邏輯分析。

3）實(shí)現(xiàn)一次操作、二次操作一致性檢查與診斷預(yù)警。

3.5 運(yùn)維二次安全措施校核預(yù)演及回放

1）實(shí)現(xiàn)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(jié)果的校核與告警， 操作過(guò)程及結(jié)果可記錄回放。

2）實(shí)現(xiàn)二次安全措施邏輯預(yù)演，及時(shí)發(fā)現(xiàn)操作票中的邏輯問(wèn)題， 避免二次安全操作邏輯錯(cuò)誤導(dǎo)致的保護(hù)閉鎖及保護(hù)誤動(dòng)事故發(fā)生。

3.6 構(gòu)建可視化運(yùn)維體系基礎(chǔ)

二次設(shè)備運(yùn)行及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)記錄、遠(yuǎn)程上傳，遠(yuǎn)方定值管理，故障信息管理，配合遠(yuǎn)程主站，作為站端基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺(tái)，構(gòu)建智能運(yùn)維體系及為電力大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)終端用等高級(jí)應(yīng)用提供運(yùn)維數(shù)據(jù)接口。

4 結(jié)束語(yǔ)

基于IEC61850 規(guī)約模型在智能變電站三層兩網(wǎng)的構(gòu)架上構(gòu)建的 “智能變電站運(yùn)維與防誤預(yù)警培訓(xùn)系統(tǒng)”實(shí)現(xiàn)了其運(yùn)維與防誤預(yù)警相關(guān)功能，解決了智能變電站運(yùn)維與防誤預(yù)警方面存在的問(wèn)題， 該系統(tǒng)可安裝在智能變電站當(dāng)?shù)兀?也可以安裝在智能變電站實(shí)訓(xùn)培訓(xùn)系統(tǒng)之中。 由于該系統(tǒng)只能讀取智能變電站網(wǎng)絡(luò)和相關(guān)IED 有關(guān)數(shù)據(jù)與信息， 具有信息傳輸?shù)牟豢赡嫘裕?因此該系統(tǒng)不但不會(huì)給智能變電站帶來(lái)危害， 而且還會(huì)對(duì)智能變電站的運(yùn)行工況及時(shí)預(yù)警，為智能變電站安全運(yùn)行提供必要的保障。同時(shí)給智能變電站運(yùn)維人員及時(shí)了解和掌握智能變電站的實(shí)時(shí)現(xiàn)狀、分析及判斷故障、準(zhǔn)確尋找故障根源等提供了必要的工具與手段。