智能化變電站運(yùn)行維護(hù)問題的探討

王 鳴，朱 群，姚建華，陳 超

（嘉興電力局，浙江 嘉興 314000）

智能化變電站作為電網(wǎng)發(fā)展的方向，它改進(jìn)了傳統(tǒng)變電站諸如互感器飽和、鐵磁諧振、二次電纜隱患、信息共享性差、互操作性差等問題，其技術(shù)上的優(yōu)越性是顯而易見的。但是，一方面由于智能化變電站部分技術(shù)（如智能斷路器等）尚處于探索階段，另一方面由于智能電子設(shè)備數(shù)字化后本身的技術(shù)特點(diǎn)所決定，使智能化變電站無論從技術(shù)、運(yùn)行維護(hù)等方面都出現(xiàn)了需要注意的問題，只有深入認(rèn)識(shí)這些新問題，才能確保運(yùn)行檢修維護(hù)的工作質(zhì)量，從而確保智能化變電站的安全供電。

1 智能化變電站的主要技術(shù)特點(diǎn)

智能化變電站相對(duì)傳統(tǒng)自動(dòng)化變電站，具有數(shù)據(jù)采集數(shù)字化、系統(tǒng)分層分布化、信息交互網(wǎng)絡(luò)化、設(shè)備檢修狀態(tài)化、設(shè)備操作智能化等特點(diǎn)。

（1）通過61850規(guī)范對(duì)各種信息對(duì)象進(jìn)行統(tǒng)一建模，把屬于不同技術(shù)管理部門、各自相對(duì)獨(dú)立發(fā)展的各種技術(shù)集成到變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中，使變電站的信息在相應(yīng)的運(yùn)行和管理部門之間得到充分共享。

（2）61850規(guī)范統(tǒng)一了信息標(biāo)準(zhǔn)，1個(gè)制造廠或不同制造廠提供的2個(gè)或多個(gè)智能電子設(shè)備（IED）之間的互操作性得以實(shí)現(xiàn)。

（3）電子式互感器取代傳統(tǒng)互感器，解決了電流互感器飽和、過載、開路，電壓互感器鐵磁諧振等問題。

（4）利用光纜取代電纜解決了二次電纜的系列問題。

（5）一次和二次設(shè)備智能化，使在線監(jiān)測(cè)等高級(jí)應(yīng)用功能得以實(shí)現(xiàn)。

2 智能化變電站技術(shù)帶來的新問題

2.1 對(duì)保護(hù)可靠性的影響

有源電子式互感器在一次設(shè)備內(nèi)部安裝有遠(yuǎn)端模塊，系電子元器件且需要電源供電，長期運(yùn)行可靠性、穩(wěn)定性不如傳統(tǒng)互感器。光學(xué)互感器則受溫度等因素影響較大，光纖與玻璃之間的粘結(jié)存在可靠性問題。高壓電子式互感器由于受傳輸途徑和高壓電磁場(chǎng)影響，還存在輸出特性不穩(wěn)定、波形畸變等問題，此時(shí)對(duì)保護(hù)要求較高（譬如采取特殊算法等）。

合并單元作為間隔數(shù)據(jù)集中采集源，一旦出錯(cuò)將導(dǎo)致所有相關(guān)保護(hù)閉鎖，擴(kuò)大故障范圍。此外，光纖傳輸采樣數(shù)字信號(hào)，類似于電纜傳輸存在開路、斷線可能，同樣存在采樣異常情況，如通信中斷、數(shù)據(jù)無效或失步等問題，對(duì)此要求閉鎖相關(guān)有影響的保護(hù)并發(fā)告警信號(hào)，譬如GOOSE（面向通用對(duì)象的變電站事件）斷鏈，無論保護(hù)處于運(yùn)行或者檢修狀態(tài)，均發(fā)運(yùn)行異常信號(hào)，開入記憶失效前狀態(tài)。

對(duì)采樣和跳閘點(diǎn)對(duì)點(diǎn)“直采直跳”的要求，必然導(dǎo)致大量光纖的集中使用，大量的光接口元件集中于同一塊插件帶來光接口設(shè)備功率增大發(fā)熱的問題，另外由于每個(gè)光纖口需要獨(dú)立的控制器，對(duì)裝置硬件要求提高。應(yīng)考慮分散式布置方案，如將母差保護(hù)、主變壓器保護(hù)按主單元和子單元分散布置以減少光纖過多集中的影響。

2.2 對(duì)保護(hù)快速性方面的影響

與傳統(tǒng)互感器相比，電子式互感器傳輸數(shù)字量從互感器到合并單元，再從合并單元到交換機(jī)或保護(hù)測(cè)控，中間環(huán)節(jié)較多，增加了傳輸延時(shí)。同時(shí)，保護(hù)跳閘出口要經(jīng)過智能終端的處理。對(duì)保護(hù)快速性也有一定影響：

采樣過程：電子式互感器→合并單元→保護(hù)裝置。

跳閘出口過程：保護(hù)裝置→智能終端→斷路器機(jī)構(gòu)。

相比傳統(tǒng)，保護(hù)動(dòng)作延時(shí)主要在合并單元、智能終端處理和光纖傳輸部分，據(jù)廠家經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)較傳統(tǒng)微機(jī)保護(hù)慢了5～7 ms。

2.3 信息的安全性問題凸現(xiàn)

以往變電站設(shè)備之間點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信方式，安全性比較高，這種信息的交互機(jī)制在安全性方面體現(xiàn)為局部性特征。變電站內(nèi)信息交互采用對(duì)等通信模式后，所有IED設(shè)備的信息均在局域網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)，一旦某個(gè)IED受到惡意攻擊，在變電站未實(shí)現(xiàn)信息有效安全防護(hù)的情況下，有可能對(duì)整個(gè)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的安全運(yùn)行帶來極大的影響。

由于變電站IED之間將不再有點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的硬接線，常規(guī)變電站內(nèi)裝置之間明顯的安全隔離點(diǎn)將不復(fù)存在，裝置在任何情況下的隔離措施將通過軟件來實(shí)現(xiàn)，因此，系統(tǒng)運(yùn)行安全性全部依賴IED的控制系統(tǒng)和變電站集中控制系統(tǒng)。變電站的控制、跳閘、聯(lián)/閉鎖、事件記錄等功能全部通過軟件來實(shí)現(xiàn)，這樣，變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的信息安全機(jī)制變得尤為重要。這種安全機(jī)制在對(duì)等方式信息交互機(jī)制下，將更多地體現(xiàn)為網(wǎng)絡(luò)的安全性問題。

2.4 保護(hù)就地安裝組網(wǎng)方式帶來的影響

為體現(xiàn)智能化，以減少控制電纜為原則，故考慮就地安裝保護(hù)設(shè)備（原則上越靠近一次設(shè)備越好），目前較可行的方案是智能匯控柜室外安裝。此時(shí)對(duì)智能匯控柜適應(yīng)室外環(huán)境要求較高（溫度控制在-25℃～70℃，相對(duì)濕度＜90%），這就大大增加了設(shè)備成本，甚至出現(xiàn)輔助設(shè)備（如空調(diào)）成本高于主設(shè)備的情況。此外，設(shè)備檢修、運(yùn)行維護(hù)工作環(huán)境惡化的問題也應(yīng)考慮。

3 智能化變電站運(yùn)行維護(hù)需要特別注意的幾個(gè)問題

3.1 重視設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行、檢修標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)

智能化變電站的設(shè)計(jì)一方面需要設(shè)計(jì)人員更密切地協(xié)調(diào)設(shè)備制造廠家，才能充分貫徹智能化設(shè)計(jì)理念與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用的結(jié)合；另一方面設(shè)計(jì)規(guī)范也需要在實(shí)踐中不斷完善改進(jìn)。

施工檢修方面，傳統(tǒng)的檢修模式被顛覆，原傳統(tǒng)繼電保護(hù)模擬量輸入部分的合并單元和開入開出部分的智能終端被下放到了過程層，這些設(shè)備與保護(hù)設(shè)備是不可分割的，亟待出臺(tái)相關(guān)的校驗(yàn)聯(lián)調(diào)工作試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。另外，施工投產(chǎn)驗(yàn)收技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)也同樣需要。另一個(gè)檢修施工問題是數(shù)字化保護(hù)投運(yùn)后在技改、升級(jí)、擴(kuò)建等后續(xù)工作中，如在部分老間隔或新增間隔上的改動(dòng)，需要生成新的全站系統(tǒng)配置文件（SCD），然后相關(guān)配置的IED都要重新下裝已配置的IED描述文件（CID），此時(shí)如何確保其他正常運(yùn)行設(shè)備的安全性，如何進(jìn)行試驗(yàn)保證保護(hù)動(dòng)作的正確性等都必須有明確的規(guī)范。

對(duì)運(yùn)行環(huán)節(jié)來說，合并單元、保護(hù)裝置、智能終端、交換機(jī)等IED設(shè)備在運(yùn)行中出現(xiàn)異常情況時(shí)，由于數(shù)字化的技術(shù)特點(diǎn)其處置方式完全不同于以往傳統(tǒng)設(shè)備，必須有明確、規(guī)范的處置流程來確保安全。如智能電子設(shè)備壓板的設(shè)置模式，除了應(yīng)明確定義各類IED的“停用、信號(hào)、檢修”狀態(tài)，還應(yīng)該對(duì)各類壓板的操作有明確的操作規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 重視專業(yè)技術(shù)隊(duì)伍建設(shè)

智能化變電站技術(shù)特點(diǎn)決定了各IED的運(yùn)維工作高度融合了繼電保護(hù)、通信、自動(dòng)化各專業(yè)工作面。要求繼保人員全面了解甚至熟悉通信、自動(dòng)化相關(guān)知識(shí)，如61850規(guī)范、通信接口、組態(tài)工具等，才能完成常規(guī)的保護(hù)校驗(yàn)、聯(lián)調(diào)以及故障判斷處理工作。

運(yùn)行人員在保護(hù)裝置、智能終端、合并單元、GOOSE交換機(jī)等出現(xiàn)運(yùn)行異常時(shí)，需要根據(jù)掌握的專業(yè)知識(shí)現(xiàn)場(chǎng)初步作出正確的判斷，分析故障部位和原因，考慮相關(guān)設(shè)備停用對(duì)一次運(yùn)行設(shè)備的影響，從而做出正確的處理。

運(yùn)維人員面對(duì)智能化變電站的運(yùn)行維護(hù)，在觀念和技能方面都需要一個(gè)提高、適應(yīng)的過程，具備繼保、自動(dòng)化、通信綜合專業(yè)知識(shí)的專業(yè)人才隊(duì)伍建設(shè)迫在眉睫。否則，如果過度依賴于廠家技術(shù)服務(wù)，對(duì)智能化變電站投運(yùn)后的運(yùn)維工作極為不利。

3.3 明確各專業(yè)分界面

智能化變電站二次系統(tǒng)繼保、自動(dòng)化、通信各專業(yè)工作分界面越來越模糊。例如間隔層GOOSE交換機(jī)，其功能相當(dāng)于傳統(tǒng)保護(hù)裝置之間聯(lián)系的電纜，應(yīng)明確其維護(hù)職責(zé)、歸口管理。

針對(duì)智能化變電站技術(shù)、設(shè)備特點(diǎn)和新的實(shí)現(xiàn)方式，應(yīng)明確設(shè)計(jì)、驗(yàn)收、運(yùn)行管理的工作職責(zé)和界面分工。例如智能化變電站以SCD文件描述二次回路連接，成為變電站二次系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心。應(yīng)重點(diǎn)明確SCD文件各階段的管理職責(zé)，做到工程建設(shè)與生產(chǎn)運(yùn)行的全面銜接。按照工作職責(zé)分工，設(shè)計(jì)單位負(fù)責(zé)SCD文件的設(shè)計(jì)和最終確認(rèn)，工程調(diào)試單位負(fù)責(zé)SCD文件的驗(yàn)證，運(yùn)行維護(hù)單位負(fù)責(zé)驗(yàn)收和歸口管理，并報(bào)送相關(guān)調(diào)度部門備案

3.4 加強(qiáng)整定值和壓板管理

由于一體化信息平臺(tái)上對(duì)數(shù)字化保護(hù)裝置的操控性更便捷，必須加強(qiáng)數(shù)字化保護(hù)的定值管理，對(duì)定值的修改、切區(qū)等操作必須有嚴(yán)格的規(guī)定。

數(shù)字化軟壓板替代了傳統(tǒng)保護(hù)的功能投入、出口跳閘硬壓板，唯一的裝置檢修硬壓板也賦予了新的含義，已投入檢修狀態(tài)硬壓板的一次設(shè)備嚴(yán)禁運(yùn)行，僅部分設(shè)備停役時(shí)，嚴(yán)禁取下停役設(shè)備的檢修狀態(tài)硬壓板。其他諸如各IED裝置功能軟壓板、GOOSE軟壓板、保護(hù)及測(cè)控裝置的遠(yuǎn)方修改切換定值區(qū)軟壓板、遠(yuǎn)方控制GOOSE軟壓板、遠(yuǎn)方操作軟壓板等投退操作規(guī)范、流程必須有嚴(yán)格的規(guī)定。

3.5 規(guī)范工程文檔和交換機(jī)管理

全站SCD文件、GOOSE交換機(jī)等設(shè)備參數(shù)宜納入繼電保護(hù)專業(yè)管理。由設(shè)計(jì)院提供、調(diào)試單位在工程竣工后作為竣工資料移交運(yùn)行單位繼電保護(hù)部門。其他相關(guān)專業(yè)變動(dòng)SCD文件必須事先告知繼電保護(hù)專業(yè)，征得許可后再更改。

GOOSE交換機(jī)、裝置、錄波器、錄波子站、故障信息管理系統(tǒng)的IP地址、子網(wǎng)掩碼、MAC地址等設(shè)備參數(shù)按變電站遠(yuǎn)景規(guī)模分配，由相關(guān)專業(yè)部門按整定單模式管理。交換機(jī)屏柜上粘貼端口圖實(shí)對(duì)應(yīng)表，并注明調(diào)試端口。

GOOSE交換機(jī)要有雙重命名，GOOSE交換機(jī)參數(shù)按整定單管理。全站SCD文件、GOOSE交換機(jī)、裝置等設(shè)備運(yùn)行參數(shù)等必須有備份文件，嚴(yán)禁隨意更改。SCD文件按版本保存，每次修改后投入使用的版本號(hào)不得重復(fù)，并要有簡要修改情況的說明。

盡管61850規(guī)范較好解決了建模、語言、接口、互操作性的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)問題，但是各裝置生產(chǎn)廠家在繼電保護(hù)功能配置等方面仍未完全統(tǒng)一，如保護(hù)功能軟壓板、GOOSE軟壓板、SV軟壓板的設(shè)置規(guī)范（包括名稱、數(shù)量、功能等），這些細(xì)節(jié)如何與現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行檢修維護(hù)相適應(yīng)，需要現(xiàn)場(chǎng)工程技術(shù)人員考慮并及時(shí)向廠家提出整改建議。

4 關(guān)于變電站智能化的一些思考

目前，智能化一次設(shè)備的發(fā)展步伐尚跟不上需求。傳統(tǒng)開關(guān)配智能終端、傳統(tǒng)互感器配合并單元實(shí)現(xiàn)模擬量就地?cái)?shù)字化，存在二次適應(yīng)一次傳統(tǒng)設(shè)備的問題。傳統(tǒng)的控制電纜仍部分存在（從智能終端到斷路器、刀閘等），嚴(yán)格來說還沒有實(shí)現(xiàn)真正意義上的遠(yuǎn)端維護(hù)，應(yīng)該加快智能化一次設(shè)備（如斷路器）的發(fā)展步伐。

在智能化設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)的故障診斷方面，目前基本上依賴于專業(yè)人員的分析判斷，需要技術(shù)人員全面掌握各專業(yè)知識(shí)。另外，由于網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備面廣點(diǎn)多，人工查找故障經(jīng)常采用輪停設(shè)備的排除法，對(duì)設(shè)備安全運(yùn)行不利。如果通過智能化的分析手段，根據(jù)全站一體化信息平臺(tái)的綜合信息采集來分析并將故障定位到某一IED設(shè)備，將能體現(xiàn)檢修維護(hù)的智能化。

如果關(guān)鍵的一次設(shè)備傳感器技術(shù)等發(fā)展成熟，一次設(shè)備的智能狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，也可以此作為狀態(tài)檢修的客觀依據(jù)。基于這些監(jiān)測(cè)手段得到的數(shù)據(jù)和信息可作為狀態(tài)檢修評(píng)估的客觀依據(jù)，以此制定檢修策略，這將大大提高狀態(tài)檢修評(píng)估、決策的科學(xué)性，更大程度上發(fā)揮智能化的作用。

[1]高翔.數(shù)字化變電站應(yīng)用技術(shù)[M].北京：中國電力出版社，2008.