智能變電站二次設(shè)備在線運(yùn)維管控系統(tǒng)的研究

劉慶偉

(寧夏電力有限公司中衛(wèi)供電公司，寧夏 中衛(wèi) 755000)

0 引 言

移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)以及移動(dòng)終端等新技術(shù)[1-4]在智能變電站的廣泛應(yīng)用提升了變電站智能化技術(shù)應(yīng)用水平，智能變電站依靠過程層的智能終端和合并單元設(shè)備使用數(shù)字光纖與二次設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)通信，彰顯了智能變電站顯著的技術(shù)特點(diǎn)，但智能變電站現(xiàn)行運(yùn)行維護(hù)智能化程度偏低，主要體現(xiàn)在變電站內(nèi)的二次設(shè)備信息管理大都依靠人工管理方式?，F(xiàn)行智能變電站的檢修主要依靠定期檢修及出現(xiàn)故障后的故障搶修，運(yùn)維智能化程度偏低，導(dǎo)致缺陷故障的處置效率降低，而且會(huì)造成非計(jì)劃停電的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)智能變電站二次回路虛擬化等技術(shù)特點(diǎn)，也給日常的維護(hù)檢修帶來了很大的難度，使得二次運(yùn)檢人員對(duì)廠家的依賴性更強(qiáng)，因此研究智能變電站的智能化運(yùn)維方式顯得尤為迫切。

從變電站內(nèi)二次設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測[5-6]及虛擬二次回路的狀態(tài)監(jiān)測[7-9]兩方面入手，對(duì)智能變電站的二次設(shè)備在線運(yùn)維管控系統(tǒng)進(jìn)行研究，研制的在線運(yùn)維管控系統(tǒng)能夠評(píng)估設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，準(zhǔn)確定位故障位置，實(shí)現(xiàn)按設(shè)備運(yùn)行狀況實(shí)施檢修，降低故障搶修頻率，縮短停電檢修時(shí)間，提高供電可靠性，同時(shí)為變電站二次設(shè)備智能化運(yùn)維提供一定的檢修決策依據(jù)。

1 在線運(yùn)維管控系統(tǒng)架構(gòu)

二次設(shè)備在線運(yùn)維管控系統(tǒng)由系統(tǒng)主機(jī)(包含數(shù)據(jù)管理單元功能)以及多個(gè)數(shù)據(jù)采集單元組成。系統(tǒng)主機(jī)主要功能是提供軟件運(yùn)行平臺(tái)、人機(jī)交互界面以及后臺(tái)數(shù)據(jù)的分析處理。數(shù)據(jù)采集單元通過通訊接口采集過程層SV/GOOSE數(shù)據(jù)報(bào)文，傳遞到數(shù)據(jù)處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。以智能變電站三層兩網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為依據(jù)，將二次設(shè)備在線運(yùn)維管控系統(tǒng)主機(jī)掛靠在站控層的MMS網(wǎng)絡(luò)，采集保護(hù)自動(dòng)化設(shè)備的狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測，通過智能采集單元有選擇性地采集過程層SMV/GOOSE數(shù)據(jù)報(bào)文，借助先進(jìn)、可靠的傳感器技術(shù)對(duì)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理判斷，及時(shí)發(fā)現(xiàn)電力系統(tǒng)故障問題并做出準(zhǔn)確的判斷，能夠準(zhǔn)確定位故障并發(fā)出告警信號(hào)，最終實(shí)現(xiàn)缺陷位置判別。整個(gè)系統(tǒng)通過實(shí)時(shí)解析站內(nèi)通訊報(bào)文獲取設(shè)備數(shù)據(jù)，信息流傳輸為單向傳輸，不向站內(nèi)MMS網(wǎng)和過程層網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù)。

二次設(shè)備在線運(yùn)維管控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖1所示，圖中虛線圍繞范圍內(nèi)為二次設(shè)備在線運(yùn)維管控系統(tǒng)。

圖1 二次設(shè)備在線運(yùn)維管控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

二次設(shè)備在線運(yùn)維管控系統(tǒng)包含二次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測，二次回路可視化展示及狀態(tài)監(jiān)測，其他高級(jí)應(yīng)用三大功能區(qū)域。

2 二次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測

繼電保護(hù)設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測[10-13]原理是將在線運(yùn)維管控系統(tǒng)主機(jī)掛載在變電站站控層MMS網(wǎng)絡(luò)，二次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測模塊集成在數(shù)據(jù)管理單元中，數(shù)據(jù)管理單元的服務(wù)器通過對(duì)MMS報(bào)文的解析獲取站控層二次設(shè)備的屬性信息。通過數(shù)據(jù)采集單元獲取過程層智能終端及合并單元設(shè)備屬性信息，將站控層的二次設(shè)備及過程層的智能設(shè)備的屬性信息劃分為運(yùn)行狀態(tài)信息和設(shè)備屬性信息。通過開放所有評(píng)價(jià)二次設(shè)備狀態(tài)信息的方式，對(duì)二次設(shè)備進(jìn)行全量信息開放需求分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)二次設(shè)備的狀態(tài)評(píng)價(jià)。

全量信息開放需求分析包含設(shè)備屬性信息分析和運(yùn)行狀態(tài)信息分析，通過站控層MMS報(bào)文以及有選擇性的SV/GOOSE報(bào)文獲取站內(nèi)各個(gè)保護(hù)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(shè)備間的關(guān)聯(lián)等二次設(shè)備屬性信息流，同時(shí)也獲取到設(shè)備的采樣值、定值及壓板信息、開關(guān)量、實(shí)時(shí)告警等運(yùn)行狀態(tài)信息流，通過數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)監(jiān)測、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)判斷4個(gè)過程實(shí)時(shí)傳輸?shù)皆诰€運(yùn)維管控系統(tǒng)上，通過數(shù)據(jù)管理單元可視化的顯示模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)二次設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測。

在線運(yùn)維管控系統(tǒng)通過導(dǎo)入SCD配置文件，將已經(jīng)儲(chǔ)存于外接USB或者拷貝到本裝置中的全站配置SCD文件導(dǎo)入解析，并自動(dòng)生成關(guān)聯(lián)IED信息，自動(dòng)生成引用信息、變電站間隔信息，并轉(zhuǎn)換為本裝置的配置文件，裝置斷電重啟后不用重新導(dǎo)入，直接讀取配置文件即可。將裝置掛載MMS網(wǎng)運(yùn)行后，通過解析得到的內(nèi)部短地址可讀取到保護(hù)裝置各種實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)值，實(shí)現(xiàn)以圖形和文字相結(jié)合的方式將MMS站控層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、保護(hù)測控裝置采樣值、CPU使用率、裝置實(shí)時(shí)溫度、光纖保護(hù)通道傳輸?shù)墓夤β蕯?shù)值、運(yùn)行定值區(qū)及壓板關(guān)聯(lián)關(guān)系等數(shù)據(jù)直觀地顯示出來。

3 二次回路可視化展示及狀態(tài)診斷

二次回路的狀態(tài)監(jiān)測通過數(shù)據(jù)采集單元有選擇性地解析過程層SMV/GOOSE報(bào)文，將解析的報(bào)文信息傳遞到數(shù)據(jù)管理單元二次回路的狀態(tài)監(jiān)測，通過SCD文件管理、通迅管理、二次回路監(jiān)測診斷3個(gè)功能模塊實(shí)現(xiàn)SCD文件的上傳、下載、比對(duì)、虛回路的可視化顯示及光纖鏈路的監(jiān)測診斷；同時(shí)通過調(diào)閱二次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測模塊中二次設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息、設(shè)備屬性信息與設(shè)備異常告警信息進(jìn)行匹配，實(shí)現(xiàn)二次設(shè)備異常診斷及保護(hù)巡檢的功能，最終在二次設(shè)備運(yùn)維管控系統(tǒng)的可視化運(yùn)維顯示界面實(shí)時(shí)查看和調(diào)閱，如圖2所示。

圖2 二次回路可視化及狀態(tài)診斷結(jié)構(gòu)

3.1 SCD文件管理

從設(shè)備維護(hù)人員查看 SCD 配置信息角度出發(fā)，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(duì)，SCD 文件校驗(yàn)功能，如圖3所示。

圖3 SCD文件管理功能結(jié)構(gòu)

SCD文件可視化的實(shí)現(xiàn)主要包含4個(gè)功能：SCD內(nèi)存存儲(chǔ)庫，SCD文件離線可視化，圖形繪制模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)導(dǎo)入的SCD進(jìn)行精準(zhǔn)解析的解析模塊，從而實(shí)現(xiàn)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(yùn)行圖的在線可視化展示，如圖4所示。

圖4 SCD可視化實(shí)現(xiàn)方式

二次設(shè)備在線運(yùn)維管控系統(tǒng)支持IED及其虛端子連接圖形展示功能，將SCD文件導(dǎo)入到在線運(yùn)維管控系統(tǒng)中，具備可視化解析智能變電站全站SCD配置文件，同時(shí)對(duì)不同廠家SCD配置文件具有自適應(yīng)識(shí)別和解析功能，在線管理SCD配置文件具備身份認(rèn)證機(jī)制且不影響變電站正常運(yùn)行。將智能變電站重要的虛端子連接關(guān)系通過在線的形式以直觀、易閱讀的方式在系統(tǒng)中進(jìn)行展示，可以實(shí)時(shí)查看虛端子鏈接狀態(tài)、二次設(shè)備光纖鏈路連接情況、物理光纖的運(yùn)行性能等，滿足運(yùn)行維護(hù)需求。

3.2 二次回路監(jiān)視及狀態(tài)診斷

在SCD管理模塊對(duì)虛回路可視化展示的基礎(chǔ)上，通過單裝置的圖形化調(diào)閱直觀的對(duì)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行可視化展示，可以在二次運(yùn)維管控系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)二次專業(yè)巡視工作。通過對(duì)二次設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)視物理光纖狀態(tài)運(yùn)行信息，對(duì)于有異常狀態(tài)的光纖鏈路發(fā)出語音告警，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)標(biāo)注出現(xiàn)異常的光纖鏈路；同時(shí)可以在線查看二次設(shè)備運(yùn)行溫度、CPU使用率、光纖鏈路的光口光強(qiáng)信息、吞吐量、幀丟幀率、傳輸延時(shí)等數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)SCD虛端子的在線式展示和光纖鏈路的實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測，預(yù)警光纖鏈路的隱患，提前研判光纖鏈路及二次設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，有效提升隱患排查治理能力，二次回路監(jiān)測診斷結(jié)構(gòu)如圖5所示。

通過系統(tǒng)主機(jī)的數(shù)據(jù)管理單元采集到站控層的MMS報(bào)文，實(shí)時(shí)顯示裝置的網(wǎng)絡(luò)通訊、告警信息以及動(dòng)作信息等，實(shí)現(xiàn)異常信息的實(shí)時(shí)上送并判斷缺陷設(shè)備。物理光纖狀態(tài)運(yùn)行如圖6所示。

圖5 二次回路監(jiān)測診斷結(jié)構(gòu)

圖6 物理光纖狀態(tài)

物理光纖狀態(tài)運(yùn)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?shù)膱?bào)文收發(fā)情況，以及光纖發(fā)送端、接收端信息及二次設(shè)備光口的光強(qiáng)信息等。

在上述描述的光纖鏈路可視化的基礎(chǔ)上，數(shù)據(jù)采集單元實(shí)時(shí)采集到過程層的SV/GOOSE報(bào)文，實(shí)時(shí)顯示有報(bào)文傳輸?shù)墓饫w鏈路信息，對(duì)于由于鏈路出現(xiàn)異常導(dǎo)致沒有SMV/GOOSE報(bào)文傳輸?shù)墓饫w通道，狀態(tài)診斷模塊可以通過語音播報(bào)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(nèi)二次設(shè)備引起的通道異常，從而實(shí)現(xiàn)光纖鏈路隱患得到有效預(yù)警，提前研判光纖鏈路及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，做好隱患的排查治理，減少由于事故發(fā)生而導(dǎo)致緊急停電的次數(shù)。

3.3 高級(jí)應(yīng)用功能

3.3.1 壓板的可視化展示

二次設(shè)備在線運(yùn)維管控系統(tǒng)通過解析SCD文件中定值壓板的相關(guān)屬性，獲得相應(yīng)的應(yīng)用路徑，即可通過MMS網(wǎng)獲取保護(hù)裝置的定值、壓板狀態(tài)。其實(shí)現(xiàn)方式是通過解析得到的內(nèi)部短地址可讀取到保護(hù)裝置的實(shí)時(shí)運(yùn)行的定值和壓板，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)保護(hù)定值能夠自動(dòng)巡檢，同時(shí)對(duì)保護(hù)定值異常能夠及時(shí)告警，而且可解決保護(hù)定值遠(yuǎn)方切區(qū)雙確認(rèn)的難題。

對(duì)壓板變位、壓板漏投、壓板誤投能夠?qū)崿F(xiàn)智能告警，同時(shí)提供保護(hù)裝置、合并單元、智能終端各裝置故障檢修及正常檢修時(shí)壓板投退的安全策略，用于檢修人員編制安措票和運(yùn)維人員的操作監(jiān)督。結(jié)合模板的配置，MMS獲取的當(dāng)前開關(guān)、刀閘的位置和壓板的狀態(tài)，對(duì)于誤投、漏投壓板還采用“智能告警”，裝置內(nèi)預(yù)設(shè)各種狀態(tài)下的告警策略，一旦監(jiān)測到壓板狀態(tài)不滿足投退策略要求則告警。

3.3.2 保護(hù)定值的自動(dòng)巡檢

定值巡檢比對(duì)方法，采用定期、手動(dòng)結(jié)合的方式對(duì)MMS網(wǎng)當(dāng)前獲取的定值與之前存儲(chǔ)的歷史定值數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，比對(duì)結(jié)果不一致的進(jìn)行著色顯示并發(fā)送比對(duì)結(jié)果提示信息，實(shí)現(xiàn)定值自動(dòng)校核功能。

智能告警信息傳送機(jī)制，識(shí)別重要智能告警信息通過MMS網(wǎng)發(fā)送遙信的方式發(fā)送到監(jiān)控后臺(tái)或者通過遠(yuǎn)動(dòng)裝置發(fā)送到調(diào)度中心，實(shí)現(xiàn)智能遠(yuǎn)方監(jiān)視。

4 結(jié) 論

智能變電站現(xiàn)有運(yùn)維水平較低，設(shè)備信息管理大都依靠人工管理方式，二次回路虛擬化特點(diǎn)導(dǎo)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(shè)備光纖模塊隱患，與現(xiàn)有運(yùn)維方式相比，智能變電站二次設(shè)備在線運(yùn)維管控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了二次設(shè)備實(shí)時(shí)在線監(jiān)測和二次回路的在線可視化，同時(shí)對(duì)二次設(shè)備和光纖鏈路運(yùn)行過程中出現(xiàn)的隱患得到有效預(yù)警，提前研判光纖鏈路及二次設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)行按設(shè)備運(yùn)行狀況實(shí)施檢修，降低智能變電站故障搶修頻率，縮短停電檢修時(shí)間，提升智能變電站智能化運(yùn)維水平，提高供電可靠性。