變電站二次設(shè)備在線監(jiān)視及遠(yuǎn)程維護(hù)系統(tǒng)研究

狄軍峰　王力　李俊剛　劉虎

摘要：繼電保護(hù)裝置作為電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的重要屏障，是電力系統(tǒng)不可缺少的部分。但是，所有這些二次設(shè)備目前在電網(wǎng)中基本上是獨(dú)立運(yùn)行的，缺少功能集成和數(shù)據(jù)利用上的綜合考慮，大多數(shù)變電站監(jiān)控系統(tǒng)不能完全接收和傳輸保護(hù)送出的所有事件、定值和錄波信息，信息的缺失給電網(wǎng)安全帶來(lái)隱患。本文分析了使用通信技術(shù)對(duì)二次設(shè)備進(jìn)行在線監(jiān)視以及遠(yuǎn)程維護(hù)，減輕工作人員工作負(fù)擔(dān)以及隨時(shí)掌握二次設(shè)備健康狀況，保證電網(wǎng)安全、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：變電站二次設(shè)備 在線監(jiān)視 遠(yuǎn)程維護(hù)。

中圖分類號(hào)：TM764 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2016）09-0107-02

變電站二次設(shè)備在線監(jiān)視及遠(yuǎn)程維護(hù)是集二次設(shè)備運(yùn)行情況、故障信息收集整理、二次設(shè)備管理及統(tǒng)計(jì)、繼電保護(hù)故障信息遠(yuǎn)傳與自動(dòng)歸檔、繼電保護(hù)裝置遠(yuǎn)程自動(dòng)巡檢、保護(hù)裝置遠(yuǎn)程控制于一體的信息化系統(tǒng)，對(duì)于提高繼電保護(hù)專業(yè)的信息化管理水平以及適應(yīng)未來(lái)智能電網(wǎng)發(fā)展具有積極意義。

但是，電網(wǎng)故障診斷研究仍停留在理論探索階段，實(shí)用化方面一直沒(méi)有太大進(jìn)展，究其原因主要有兩點(diǎn)：

（1）己有的故障診斷方法在處理多重故障、保護(hù)或斷路器不正確動(dòng)作的復(fù)雜故障以及畸變故障信息時(shí)仍存在一定問(wèn)題；

（2）由于以往技術(shù)和配置的原因?qū)е鹿收闲畔①Y源比較有限，已有產(chǎn)品大多僅依托于變電站內(nèi)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)或調(diào)度SCADA系統(tǒng)的信息。

因此，本系統(tǒng)提供的豐富的故障信息可以為研究新的故障診斷方法提供基礎(chǔ)，大大豐富了電網(wǎng)故障診斷的內(nèi)涵。

1 二次設(shè)備在線監(jiān)視

電氣設(shè)備根據(jù)功能不同可分為一次設(shè)備和二次設(shè)備。電氣二次設(shè)備主要包括繼電保護(hù)、測(cè)控、安全自動(dòng)裝置、故障錄波器、遠(yuǎn)動(dòng)等實(shí)現(xiàn)電氣量采集、分析、處理、控制的設(shè)備。二次設(shè)備及相關(guān)回路構(gòu)成了電網(wǎng)運(yùn)行的二次系統(tǒng)，或稱之為電網(wǎng)控制系統(tǒng)，其正?？煽窟\(yùn)行是保障電網(wǎng)穩(wěn)定和電力設(shè)備安全的關(guān)鍵。狀態(tài)監(jiān)測(cè)目前主要在一次設(shè)備上實(shí)施、推廣，電力二次設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)基本還沒(méi)有開(kāi)展。

狀態(tài)監(jiān)測(cè)及狀態(tài)分析的目的不在于準(zhǔn)確診斷設(shè)備究竟存在何種缺陷，這在目前或許是不現(xiàn)實(shí)的。這里分析的目的是基于設(shè)備的狀態(tài)信息，對(duì)設(shè)備狀態(tài)做出一個(gè)初步的評(píng)價(jià)，作為安排檢修的一個(gè)依據(jù)。至于不良狀態(tài)的設(shè)備的缺陷原因、性質(zhì)，需在檢修前后針對(duì)個(gè)案進(jìn)行深入分析。

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)采用分布式架構(gòu)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。系統(tǒng)可分為上下兩部分，其中上半部分為無(wú)人值守變電站二次設(shè)備在線監(jiān)視及遠(yuǎn)程維護(hù)主站系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱：主站）部分，下半部分為無(wú)人值守變電站二次設(shè)備在線監(jiān)視及遠(yuǎn)程控制終端（簡(jiǎn)稱：子站）部分。

子站部署于110kV無(wú)人值守變電站內(nèi)，接入繼電保護(hù)、故障錄波器等二次設(shè)備，采集數(shù)據(jù)并通過(guò)電力數(shù)據(jù)網(wǎng)與主站系統(tǒng)進(jìn)行通信。每個(gè)變電站應(yīng)至少配置一套子站系統(tǒng)。因?yàn)檫h(yuǎn)方控制功能的需要，子站系統(tǒng)部署于電力系統(tǒng)安全I(xiàn)區(qū)。

主站系統(tǒng)部署與地調(diào)控制中心，通過(guò)電力數(shù)據(jù)網(wǎng)接入轄區(qū)內(nèi)所有子站，可通過(guò)子站主動(dòng)采集站內(nèi)裝置的信息或接收子站轉(zhuǎn)發(fā)的裝置自動(dòng)上送信息。

圖1中主站系統(tǒng)又可分為左右兩部分，左邊部分位于電力系統(tǒng)安全I(xiàn)區(qū)，右邊部分位于電力系統(tǒng)安全I(xiàn)II區(qū)。位于安全I(xiàn)區(qū)的部分是主站系統(tǒng)的功能主體，其中的通信服務(wù)器負(fù)責(zé)與子站通信，并將數(shù)據(jù)分發(fā)給各應(yīng)用程序；數(shù)據(jù)服務(wù)器中安裝數(shù)據(jù)庫(kù)，負(fù)責(zé)保存數(shù)據(jù)；應(yīng)用服務(wù)器中運(yùn)行主站系統(tǒng)各高級(jí)應(yīng)用，提高系統(tǒng)可用性；工作站中運(yùn)行主站系統(tǒng)監(jiān)視分析的人機(jī)界面程序和一些工程維護(hù)的輔助程序。位于安全I(xiàn)II區(qū)的部分是WEB服務(wù)器，WEB服務(wù)器提供了主站系統(tǒng)的WEB服務(wù)，用戶可在工作PC機(jī)上通過(guò)III區(qū)網(wǎng)絡(luò)直接瀏覽系統(tǒng)數(shù)據(jù)，WEB服務(wù)器中的數(shù)據(jù)由位于安全I(xiàn)區(qū)的通信服務(wù)器通過(guò)安全隔離裝置單向發(fā)送。

1.2 二次設(shè)備信息收集

系統(tǒng)以二次設(shè)備的信息為基礎(chǔ)，為保證系統(tǒng)能取得二次設(shè)備信息，必須將二次設(shè)備接入到系統(tǒng)，并且系統(tǒng)與二次設(shè)備進(jìn)行通信遠(yuǎn)程獲取二次設(shè)備信息。但是目前市面上二次設(shè)備的類型、廠家、版本、對(duì)外通信接口多種多樣，沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。要實(shí)現(xiàn)對(duì)所有二次設(shè)備的接入難度很大，本系統(tǒng)經(jīng)過(guò)研究后應(yīng)具備接入大多數(shù)主流廠家的典型設(shè)備的能力?？紤]到規(guī)約的多樣性以及系統(tǒng)未來(lái)的可擴(kuò)展性，系統(tǒng)應(yīng)該設(shè)計(jì)成開(kāi)放式，只需增加模塊即可完成新規(guī)約裝置的接入，不影響其他程序運(yùn)行。

二次設(shè)備接入到系統(tǒng)后，系統(tǒng)可對(duì)二次設(shè)備信息進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)取和收集，包括動(dòng)作信息、告警信息、錄波簡(jiǎn)報(bào)信息、開(kāi)關(guān)量變位信息、設(shè)備信息遠(yuǎn)程調(diào)?。òǘㄖ怠㈤_(kāi)關(guān)量、模擬量、軟壓板、錄波文件等）等。

1.3 故障信息遠(yuǎn)傳與自動(dòng)歸檔

電網(wǎng)中被保護(hù)的電力系統(tǒng)元件發(fā)生故障時(shí)，該元件的繼電保護(hù)裝置應(yīng)迅速進(jìn)入故障處理程序，發(fā)出一系列動(dòng)作命令并記錄故障情況，本系統(tǒng)中的子站可收集保護(hù)裝置的動(dòng)作命令和記錄故障情況的故障錄波文件，并遠(yuǎn)程傳輸?shù)街髡?，供調(diào)度以及繼電保護(hù)專業(yè)人員分析故障情況。

考慮到主站中接入了多個(gè)子站，保護(hù)裝置和錄波器裝置數(shù)量眾多，上送數(shù)據(jù)頻繁，特別是在電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，要在海量數(shù)據(jù)中挑選出故障相關(guān)的信息非常困難，所以本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)歸檔功能。當(dāng)電網(wǎng)故障是，可根據(jù)保護(hù)裝置的動(dòng)作信息啟動(dòng)自動(dòng)歸檔，形成故障報(bào)告。故障報(bào)告歸檔內(nèi)容包括故障時(shí)間、故障元件、故障類型、保護(hù)動(dòng)作情況、保護(hù)錄波文件、錄波器錄波文件等。并使用圖形化的方式展示。

1.4 故障診斷分析

故障分析是電網(wǎng)故障信息管理系統(tǒng)最重要的應(yīng)用方向，它主要包括故障錄波文件分析，如向量分析、序分量分析、諧波分析、功率分析和頻率分析等波形分析功能。

故障診斷是利用可監(jiān)測(cè)到的故障信息來(lái)識(shí)別故障元件及判別誤動(dòng)和拒動(dòng)裝置的過(guò)程，其中重點(diǎn)是故障元件的識(shí)別問(wèn)題。隨著數(shù)學(xué)和人工智能科學(xué)理論的發(fā)展，不斷有新的故障診斷方法出現(xiàn)。但是，電網(wǎng)故障診斷研究仍停留在理論探索階段，實(shí)用化方面一直沒(méi)有太大進(jìn)展，究其原因主要有兩點(diǎn)：

一是己有的故障診斷方法在處理多重故障、保護(hù)或斷路器不正確動(dòng)作的復(fù)雜故障以及畸變故障信息時(shí)仍存在一定問(wèn)題；

二是由于以往技術(shù)和配置的原因?qū)е鹿收闲畔①Y源比較有限，已有產(chǎn)品大多僅依托于變電站內(nèi)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)或調(diào)度SCADA系統(tǒng)的信息。

因此，本系統(tǒng)提供的豐富的故障信息可以為研究新的故障診斷方法提供基礎(chǔ)，大大豐富了電網(wǎng)故障診斷的內(nèi)涵。

2 二次設(shè)備遠(yuǎn)程維護(hù)

2.1 保護(hù)裝置遠(yuǎn)程自動(dòng)巡檢

隨著主站接入子站數(shù)量的增加，檢查各子站內(nèi)裝置的運(yùn)行情況以及制作運(yùn)維報(bào)告已成為非常繁重的勞動(dòng)，占用了主站運(yùn)維人員大量時(shí)間并且還無(wú)法保證質(zhì)量。在一個(gè)接入了100個(gè)子站的主站中，如果需要一個(gè)運(yùn)維人員手動(dòng)檢查所有子站內(nèi)設(shè)備的運(yùn)行情況，需要大概3個(gè)月的時(shí)間，這顯然無(wú)法滿足實(shí)時(shí)掌握設(shè)備情況的運(yùn)維基本要求。鑒于此情況，深入研究繼電保護(hù)信息系統(tǒng)后，設(shè)計(jì)了主站自動(dòng)巡檢及自動(dòng)生成運(yùn)維報(bào)告功能。

自動(dòng)巡檢的基本思想是在不增加子站和裝置負(fù)擔(dān)的情況下，使用少量的召喚操作測(cè)試裝置對(duì)各項(xiàng)功能的響應(yīng)情況，以此來(lái)判斷設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。目前能進(jìn)行的召喚測(cè)試包括召喚定值區(qū)、定值、開(kāi)關(guān)量、軟壓板、模擬量、歷史事件、錄波文件。定期進(jìn)行自動(dòng)巡檢操作即能為主站生產(chǎn)運(yùn)維報(bào)告提供原始數(shù)據(jù)。自動(dòng)巡檢能提供的數(shù)據(jù)包括：

（1）召喚命令是否正常響應(yīng)。

（2）裝置通訊狀態(tài)是否與子站上送的一致。

（3）裝置是否在很多一段時(shí)間內(nèi)無(wú)動(dòng)作和錄波產(chǎn)生。

基于自動(dòng)巡檢數(shù)據(jù)，運(yùn)維報(bào)告可以展示出每個(gè)裝置的通訊狀態(tài)是否正確、功能是否正常、是否因常時(shí)間沒(méi)有動(dòng)作錄波而存在隱患等。

2.2 遠(yuǎn)程維護(hù)

110kV變電站一般路途較遠(yuǎn)，維護(hù)人員每次進(jìn)行常規(guī)維護(hù)工作都要前往每一個(gè)變電站，既費(fèi)時(shí)費(fèi)力效率也不高。故系統(tǒng)提供遠(yuǎn)程維護(hù)功能，使維護(hù)人員不用前往每一個(gè)變電站就能進(jìn)行維護(hù)工作，只須在變電站端通過(guò)調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)接入到本系統(tǒng)中，然后系統(tǒng)通過(guò)專用遠(yuǎn)程調(diào)試維護(hù)工具進(jìn)行維護(hù)工作。

系統(tǒng)提供外部設(shè)備接入的通信標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)外部設(shè)備與本系統(tǒng)的接入和通信。為保證系統(tǒng)完全，系統(tǒng)與遠(yuǎn)程設(shè)備之間通過(guò)加密專用通道進(jìn)行通信，使用動(dòng)態(tài)密碼口令的方式對(duì)外部接入設(shè)備進(jìn)行安全性驗(yàn)證，并記錄每一步維護(hù)操作的日志到數(shù)據(jù)庫(kù)，做到操作可查詢。

3 結(jié)語(yǔ)

在線監(jiān)視及遠(yuǎn)程維護(hù)的目的不在于準(zhǔn)確診斷設(shè)備究竟存在何種缺陷。這里分析的目的是基于設(shè)備的狀態(tài)信息，對(duì)設(shè)備狀態(tài)做出一個(gè)初步的評(píng)價(jià)，作為安排檢修的一個(gè)依據(jù)。至于不良狀態(tài)的設(shè)備的缺陷原因、性質(zhì)，則需在檢修前后針對(duì)個(gè)案進(jìn)行深入分析。

本文闡述了變電站二次設(shè)備在線監(jiān)視與遠(yuǎn)程維護(hù)系統(tǒng)，給出了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，通過(guò)此系統(tǒng)可以解決目前對(duì)二次設(shè)備監(jiān)控的不足，提高電網(wǎng)二次設(shè)備安全，并且能減少工程人員工作負(fù)擔(dān)。該系統(tǒng)在甘肅110kV變電站中取得了滿意的效果。

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