智能變電站二次設(shè)備檢修風(fēng)險(xiǎn)控制技術(shù)研究

馬偉東 韓偉 崔寧寧 劉磊 孔圣立

摘 要：為了應(yīng)對(duì)智能變電站技術(shù)給檢修工作帶來(lái)的困難和挑戰(zhàn)，本文重點(diǎn)研究了現(xiàn)場(chǎng)二次設(shè)備檢修過(guò)程中面臨的風(fēng)險(xiǎn)。針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工作中出現(xiàn)的常見(jiàn)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，擬設(shè)計(jì)一種二次設(shè)備檢修風(fēng)險(xiǎn)控制系統(tǒng)，用以評(píng)估因檢修可能造成的保護(hù)誤動(dòng)和拒動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)，自動(dòng)展示配置文件（SCD）的修改歷史，進(jìn)行待檢設(shè)備的關(guān)聯(lián)關(guān)系分析、生成安全措施票，對(duì)安措執(zhí)行過(guò)程中的步驟進(jìn)行實(shí)時(shí)核對(duì)和告警。通過(guò)工程實(shí)踐驗(yàn)證，此系統(tǒng)有效降低了智能變電站的檢修風(fēng)險(xiǎn)，顯著提高了供電可靠性，且易于操作、效果良好。

關(guān)鍵字：智能變電站；二次設(shè)備；檢修；風(fēng)險(xiǎn)控制

中圖分類號(hào)：TM76；TM63 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2018）17-0136-04

Research of Risk Control in Intelligent Substation

Secondary Equipment Maintenance

MA Weidong HAN Wei CUI Ningning LIU Lei KONG Shengli

Abstract： In order to cope with the difficulty and challenge brought by intelligent substation technology， this paper mainly studied the risk during secondary equipment overhaul on working site. It designed a risk control system of secondary equipment maintenance， which could evaluate the risk of protection misoperation and refusal-operation caused by maintenance， moreover， which could display the revision history of SCD automatically， analyze the incidence relation of detected equipment， format the safety measures ticket. The steps in the process were checked and alerts in real time. Through engineering practice， this system effectively reduced the overhaul risk of smart substations， significantly improved the reliability of power supply， and was easy to operate and achieved good results.

Keywords： intelligent substation；secondary equipment；maintenance；risk control

智能變電站是建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的重要組成部分，智能變電站與常規(guī)變電站最大的不同是增加了合并單元、智能終端等過(guò)程層設(shè)備。以往由電纜傳輸?shù)哪M量信號(hào)直接就地轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量信號(hào)，并通過(guò)光纖傳輸給間隔層和站控層設(shè)備[1]。這樣二次設(shè)備之間的電氣連接變成了通信連接，物理回路變?yōu)榱诉壿嫽芈?，看得?jiàn)的模擬量電纜回路變成了看不見(jiàn)的信息流虛回路，給二次設(shè)備檢修帶來(lái)了較大風(fēng)險(xiǎn)。目前，已有文獻(xiàn)在智能變電站運(yùn)維檢測(cè)技術(shù)方面進(jìn)行了研究[1-5]，且取得了可觀的效果。其研究?jī)?nèi)容主要集中在SCD文件的檢測(cè)、設(shè)備和二次回路的調(diào)試等方面。有的文獻(xiàn)在智能變電站二次安措的防誤方面進(jìn)行了研究，提出了安措的防誤機(jī)制[6-9]，降低了因安措的失誤而導(dǎo)致的事故；有的文獻(xiàn)從安措的自動(dòng)化方面進(jìn)行了研究，提出了安全措施的自動(dòng)構(gòu)建方法和設(shè)備操作的管控系統(tǒng)[10，11]，從降低現(xiàn)場(chǎng)人員工作量、降低人為失誤等方面入手，以降低智能變電站二次設(shè)備檢修的風(fēng)險(xiǎn)；有的文獻(xiàn)在智能變電站二次虛回路可視化、繼電保護(hù)裝置狀態(tài)監(jiān)測(cè)方面進(jìn)行了研究[12，13]，提出相應(yīng)的手段和措施來(lái)改進(jìn)二次設(shè)備的檢修，以降低檢修工作給變電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。但目前的研究并未將智能變電站二次設(shè)備檢修過(guò)程中面臨的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行一個(gè)整體的評(píng)估和預(yù)防，實(shí)際操作中缺少一個(gè)切實(shí)可用的、能降低檢修過(guò)程中面臨的各個(gè)階段風(fēng)險(xiǎn)的手段。

1 智能變電站檢修面臨的風(fēng)險(xiǎn)

1.1 SCD文件帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)

智能變電站的SCD文件包含著全站二次設(shè)備的配置信息，智能變電站所有二次設(shè)備的配置信息都需要從SCD文件中導(dǎo)出，其正確性和完整性對(duì)智能變電站建設(shè)和運(yùn)行非常重要。但目前，SCD文件缺乏必要的校核，文件版本管理嚴(yán)重依賴廠家且管理混亂。在智能變電站建設(shè)調(diào)試過(guò)程中，廠家隨意對(duì)SCD文件進(jìn)行修改的現(xiàn)象十分普遍。

目前，部分文獻(xiàn)在對(duì)智能變電站二次檢修安措防誤技術(shù)進(jìn)行研究時(shí)嚴(yán)重依賴對(duì)SCD文件的解析，其前提條件是設(shè)定檢修時(shí)用到的SCD文件正確無(wú)誤。若由于智能變電站的管理問(wèn)題導(dǎo)致SCD文件非最終版本，則根據(jù)此SCD文件形成的安全技術(shù)措施就會(huì)存在重大缺陷，很可能導(dǎo)致運(yùn)行保護(hù)設(shè)備的誤動(dòng)。

1.2 二次虛回路不可視帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)

智能變電站與傳統(tǒng)變電站的另一個(gè)區(qū)別是二次回路的虛擬化?，F(xiàn)場(chǎng)工作人員開展檢修時(shí)保護(hù)的各個(gè)電流電壓回路和開入開出回路變成了信息流回路，通過(guò)光纖進(jìn)行傳輸。這使得多根電纜構(gòu)成的各個(gè)清晰回路變成了一根或兩根光纖，各個(gè)回路無(wú)法區(qū)分，給工作人員帶來(lái)了較大困擾。保護(hù)裝置上原來(lái)的硬壓板大部分變成了軟壓板，按照目前國(guó)網(wǎng)公司的保護(hù)裝置設(shè)計(jì)規(guī)定，只保留檢修壓板這一個(gè)硬壓板。在執(zhí)行安措時(shí)，對(duì)于壓板投退的執(zhí)行和確認(rèn)不直觀，給現(xiàn)場(chǎng)工作人員帶來(lái)了較大的心理壓力，易導(dǎo)致工作人員焦慮，從而產(chǎn)生人為失誤。

1.3 安措執(zhí)行帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)

與傳統(tǒng)變電站相比，智能變電站增加了合并單元、智能終端等過(guò)程層設(shè)備，還增加了大量的交換機(jī)，組成了過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)和站控層網(wǎng)絡(luò)，因此，智能變電站現(xiàn)場(chǎng)二次設(shè)備安全措施的實(shí)施與常規(guī)變電站有很大不同。

其一是安措執(zhí)行順序不同。智能變電站中的合并單元可能與多個(gè)保護(hù)設(shè)備相關(guān)，故在安措執(zhí)行時(shí)，其執(zhí)行順序受到較大影響。在國(guó)網(wǎng)公司范圍內(nèi)發(fā)生過(guò)多起因安措操作順序不當(dāng)而造成的保護(hù)誤動(dòng)和拒動(dòng)的實(shí)際案例。為防止因執(zhí)行順序?qū)е碌谋Ｗo(hù)誤動(dòng)，一般按照如下規(guī)則進(jìn)行：執(zhí)行安全措施時(shí)，宜按照先退出SV軟壓板，再退出GOOSE軟壓板，先退出接收軟壓板，再退出發(fā)送軟壓板，先退出運(yùn)行裝置軟壓板，再退出檢修裝置軟壓板，先退出智能終端出口硬壓板，再投入裝置檢修壓板的順序進(jìn)行。在恢復(fù)安全措施時(shí)，宜按相反順序進(jìn)行。

其二是安措執(zhí)行對(duì)象不同。智能變電站的安全措施包括：①智能終端保護(hù)跳閘、保護(hù)重合閘出口硬壓板；②保護(hù)裝置功能軟壓板和控制字；③保護(hù)裝置GOOSE發(fā)送軟壓板和接收軟壓板；④保護(hù)裝置SV接收軟壓板；⑤裝置檢修壓板；⑥插拔光纖；⑦斷開裝置和操作電源。智能變電站在實(shí)施安全措施時(shí)，一般采用前5種措施，第⑥和第⑦較少使用。

由此可見(jiàn)，在智能變電站執(zhí)行安措時(shí)需要進(jìn)行大量的軟壓板操作，且其執(zhí)行順序又有嚴(yán)格的要求，難免會(huì)造成人為失誤，造成遺漏或順序錯(cuò)誤。

2 智能變電站檢修風(fēng)險(xiǎn)控制系統(tǒng)

本文設(shè)計(jì)了一種在二次設(shè)備檢修時(shí)的風(fēng)險(xiǎn)控制系統(tǒng)，通過(guò)SCD文件管控技術(shù)、虛回路可視化技術(shù)和在線監(jiān)視技術(shù)解決了智能變電站給運(yùn)維檢修人員帶來(lái)的困擾。此系統(tǒng)用于輔助現(xiàn)場(chǎng)工作人員的檢修工作，降低工作中面臨的風(fēng)險(xiǎn)。系統(tǒng)包括3個(gè)模塊：風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別模塊、風(fēng)險(xiǎn)分析模塊和自動(dòng)化安措模塊。

2.1 風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別模塊

風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別模塊主要用于辨別檢修工作任務(wù)、識(shí)別智能變電站結(jié)構(gòu)形式、SCD文件正確性校核。例如：識(shí)別此變電站采用常規(guī)互感器+合并單元模式還是電子式互感器+合并單元模式，保護(hù)設(shè)備采用雙重化模式還是單套裝置。根據(jù)工作任務(wù)、智能變電站型式的不同結(jié)合SCD文件提示本次工作任務(wù)存在的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，根據(jù)工作任務(wù)量評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)大小，給出停電范圍建議。

2.2 風(fēng)險(xiǎn)分析模塊

風(fēng)險(xiǎn)分析模塊主要采用可視化手段展示被檢修設(shè)備和其他設(shè)備之間的聯(lián)系，停電區(qū)域設(shè)備和不停電區(qū)域設(shè)備之間的關(guān)系。模擬展示檢修設(shè)備投檢修位和對(duì)某個(gè)設(shè)備或回路采取安全措施之后對(duì)運(yùn)行設(shè)備的影響。針對(duì)不同的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，給出相應(yīng)的安全技術(shù)措施。

2.3 自動(dòng)化安措模塊

自動(dòng)化安措模塊包括安措票自動(dòng)生成和安措執(zhí)行步驟自動(dòng)監(jiān)視兩個(gè)部分。安措票自動(dòng)生成就是在風(fēng)險(xiǎn)分析模塊對(duì)被檢修設(shè)備與其他設(shè)備關(guān)聯(lián)關(guān)系分析展示的基礎(chǔ)上，結(jié)合安措規(guī)則制定最優(yōu)化的安措票。安措執(zhí)行步驟的自動(dòng)監(jiān)視就是在工作人員執(zhí)行安措票的過(guò)程中，將每一步的操作與安措票進(jìn)行核對(duì)，如果發(fā)現(xiàn)漏步操作或執(zhí)行順序錯(cuò)誤，則發(fā)出告警信號(hào)。

3 關(guān)鍵技術(shù)

本文所述的二次設(shè)備檢修風(fēng)險(xiǎn)控制系統(tǒng)中的4個(gè)模塊需要用到SCD校驗(yàn)技術(shù)、二次虛回路可視化技術(shù)、安措票自動(dòng)生成技術(shù)和安措防誤技術(shù)。這些技術(shù)在相關(guān)文獻(xiàn)中已被進(jìn)行了深入研究和論述。本文主要描述二次設(shè)備檢修風(fēng)險(xiǎn)控制系統(tǒng)中所作的創(chuàng)新性貢獻(xiàn)。

3.1 檢修風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

智能變電站檢修時(shí)面臨的風(fēng)險(xiǎn)主要是保護(hù)誤動(dòng)和拒動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)。要對(duì)誤動(dòng)和拒動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，就需要知道其影響因子。本文通過(guò)對(duì)SCD文件的解析和關(guān)聯(lián)關(guān)系分析可以知道某二次設(shè)備檢修時(shí)其影響范圍，根據(jù)難易程度和工作量可估算出工作時(shí)間。本文設(shè)定影響范圍、難易程度、工作時(shí)間為檢修風(fēng)險(xiǎn)的影響因子。其風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算表達(dá)式為：

[S∑=K1F+K2T+K3N] （1）

式（1）中，[S]為風(fēng)險(xiǎn)值，F(xiàn)、N、T為影響范圍、難易程度和工作時(shí)間的影響值，[K]為各影響因子權(quán)重。

保護(hù)誤動(dòng)包括檢修時(shí)誤操作造成的直接誤動(dòng)和由于檢修導(dǎo)致保護(hù)區(qū)外故障時(shí)的間接誤動(dòng)。誤動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)表達(dá)式為：

[SW=Pw1+Pw2S∑] （2）

式（2）中，[SW]為誤動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)，[Pw1]為直接誤動(dòng)概率，[Pw2]為間接誤動(dòng)概率。

保護(hù)拒動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)為檢修期間保護(hù)區(qū)內(nèi)發(fā)生故障，但由于檢修造成保護(hù)拒動(dòng)，其表達(dá)式為：

[SJ=PJ×S∑] （3）

式（3）中，[SJ]為拒動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)，[PJ]為檢修期間，保護(hù)區(qū)內(nèi)發(fā)生故障的概率。

3.2 SCD文件可視化展示修改歷史

鑒于SCD文件對(duì)智能變電站的重要性，為防止因私自修改SCD文件給檢修工作帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)，本文所述的風(fēng)險(xiǎn)控制系統(tǒng)中存放著SCD文件的歷次修改版本。在進(jìn)行二次設(shè)備關(guān)聯(lián)關(guān)系展示時(shí)，可采用不同顏色標(biāo)示新增設(shè)備與原有設(shè)備、新增回路與原有回路，給變電站工作人員以直觀的感受。此項(xiàng)技術(shù)在智能變電站改擴(kuò)建工作中發(fā)揮著巨大作用。

3.3 安措自動(dòng)化技術(shù)

鑒于在進(jìn)行安措時(shí)操作順序?qū)Π泊雸?zhí)行風(fēng)險(xiǎn)的影響很大。本技術(shù)創(chuàng)新性地將安措票在自動(dòng)構(gòu)建時(shí)，分別構(gòu)建安措執(zhí)行票和安措恢復(fù)票。將執(zhí)行順序與恢復(fù)順序分開，明確兩個(gè)工作的次序，減少人為失誤，如表1、表2所示。此外，在安措執(zhí)行時(shí)，分別與安措執(zhí)行票和安措恢復(fù)票進(jìn)行核對(duì)，對(duì)跨步或漏步操作進(jìn)行告警，如圖1所示。

4 技術(shù)應(yīng)用

研制的“智能變電站二次設(shè)備檢修風(fēng)險(xiǎn)控制系統(tǒng)”已經(jīng)在南陽(yáng)220kV宗璞變電站進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證可知，此系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)智能變電站SCD文件修改歷史可視化展示，并可校驗(yàn)其正確性；能自動(dòng)分析待檢設(shè)備與其他設(shè)備之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系；能建立安措票數(shù)據(jù)庫(kù)，自動(dòng)構(gòu)建并存儲(chǔ)安措票；執(zhí)行按措時(shí)，在線監(jiān)視安措執(zhí)行步驟，防止人為失誤，如圖1所示。其工作原理圖如圖2所示。

5 結(jié)語(yǔ)

本文分析了智能變電站二次設(shè)備檢修面臨的風(fēng)險(xiǎn)，在分析風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了智能變電站二次設(shè)備檢修風(fēng)險(xiǎn)控制系統(tǒng)的各個(gè)模塊。通過(guò)SCD文件管理校驗(yàn)技術(shù)、虛回路可視化技術(shù)和管理創(chuàng)新有效解決了智能變電站二次設(shè)備檢修風(fēng)險(xiǎn)，最終形成一個(gè)完整的包含檢修工作事前準(zhǔn)備、安措執(zhí)行和檢修結(jié)束后安措恢復(fù)的系統(tǒng)。通過(guò)工程實(shí)際驗(yàn)證，此系統(tǒng)可有效降低二次設(shè)備檢修風(fēng)險(xiǎn)，提高工作效率，避免人為失誤。

目前，智能變電站二次設(shè)備較多，二次設(shè)備的操作步驟復(fù)雜。本文涉及的二次設(shè)備操作自動(dòng)化技術(shù)值得進(jìn)一步研究。

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