基于智能化變電站的缺陷維護管理模式探討

范李平，姚迪

(國網湖北省宜昌供電公司，湖北 宜昌 443000)

1 引言

遠安變電站是宜昌地區第一座220kV智能化改造站，一次設備采用“一次設備+智能組件”模式實現一次設備智能化，該站220kV、110kV設備區改造為最先進的H－GIS結構，節約了變電站內的設備占地空間并預留出備用間隔，實現設備平面化布置，更加安全可靠。該站間隔的保護、計量、測控裝置及交直流一體化電源等設備統一采用IEC61850的通信網絡標準，使信息交互更加通暢，通訊網絡的過程層、間隔層和站控層間設備均采用光纜通訊，大大節省了材料、降低了能耗。

隨著220kV遠安智能化變電站的順利投運，這座集技術先進、智能控制、低碳環保、資源節約等特點于一身的智能變電站，在設計、建設、管理、運行諸多方面，為智能變電站建設積累了豐富的經驗，發揮出了引領和示范作用。由于智能變電站在運行管理、設備管理、技術管理等方面發生了較大的變化，一些原有的標準和規定已不適應新設備、新技術要求，為保證其安全、穩定、經濟的連續運行以及今后相應智能變電站的順利投產，結合現場設備實際運行情況，就其在運行管理中的出現的新問題與新現象，提出意見、建議以及管理方案。

2 智能變電站與傳統變電站的區別

智能變電站是指按照 IEC61850標準分站控層、間隔層、過程層構建，采用 IEC61850數據建模和通信服務協議，過程層采用電子式互感器等具有數字化接口的智能一次設備，以網絡通信平臺為基礎，實現了變電站監測信號、控制命令、保護跳閘命令的數字化采集、傳輸、處理和數據共享，可實現網絡化二次功能、程序化操作、智能化功能等的變電站。

圖1 傳統變電站與智能變電站結構圖

智能化變電站是在數字化變電站的基礎上發展起來的，與數字化變電站相比，網絡化信息共享是智能變電站的重要特征，其站控層的功能更加強大、智能。智能變電站與傳統綜自變電站主要有以下五點區別［1－2］:

(1)智能終端就地化，減少二次電纜使用量，取而代之為光纜;

(2)跳閘方式發生了變化，保護裝置出口采用軟壓板方式進行投退;

(3)程序化操作，IEC61850的應用使保護等二次設備具備遠方操作的技術條件;

(4)二次設備網絡化，安全措施發生變化;

(5)自動化、保護專業逐漸向大二次系統專業融合，運行、檢修規范發生變化;

(6)調試方法發生變化，需要網絡聯調，使用的試驗儀器設備發生變化。

3 智能變電站給運行維護帶來的轉變

智能變電站中一次設備智能化，二次設備網絡化。設備之間連接介質由光纜或雙絞線替代了傳統的電纜，電磁信號被轉換成了數字信號，二次回路成為了“虛回路”。相比較傳統變電站而言，其運行維護必然帶來一些改變［3］。

3.1 保護功能壓板投退發生改變

保護屏傳統意義上的保護功能“硬壓板”被后臺監控系統界面上的“軟壓板”所取代。以往投退保護裝置時，運行人員需要在保護屏上進行操作，現在只需在后臺監控系統上用鼠標完成全部操作。以220kV夷遠I回后臺保護裝置為例，軟壓板配置如下:

表1 220kV夷遠I回后臺軟壓板投退說明

3.2 開關跳、合閘壓板投退發生改變

傳統保護屏上的跳、合閘壓板被“搬”上了后臺監控系統界面上，并給了它一個特色的稱“GOOSE跳、合閘壓板”。開關跳、合閘硬壓板在全站設置成了唯一，所有的保護裝置跳、合閘必須經過智能控制柜內的跳、合閘壓板去實現［4］。

在運行規程中應重點明確檢修壓板操作原則，壓板狀態、投退方式。操作原則中明確規定“110kV及以上設備停電檢修時，在停運解備后，應停用母差保護中該間隔的“間隔投入壓板”、“間隔GOOSE跳閘壓板”、“GOOSE啟動失靈”軟壓板，加用該間隔保護裝置、測控裝置、智能終端、合并單元上的“檢修狀態”硬壓板;恢備操作次序與之相反。

3.3 二次設備巡視重點發生改變

二次設備的網絡化，使數據被裝置共享。一個MU采集的電流、電壓信息可以同時給線路保護(主變保護)、母線保護、測控裝置所使用。智能終端采集的開關、刀閘信息在GOOSE網絡中共享給測控裝置、保護裝置、合并單元。這些裝置一旦發生故障，影響范圍較大，必須等同于一次設備故障處理。

3.4 檢修狀態壓板的作用發生改變

原來裝置檢修狀態壓板作用是屏蔽裝置的故障、動作信息，不上傳給站控層。智能變電站為了方便設備檢修，在檢修過程中不發生誤跳合閘，在保護裝置、測控裝置、智能操作箱、合并單元都配置了相應“檢修狀態”硬壓板。在裝置的檢修狀態壓板”加用后，其網絡數據打上了“檢修”的標記，裝置間的邏輯關系取決于此標記［5］。例如:保護裝置“檢修狀態壓板”加用，智能操作箱未加用，當保護裝置跳閘指令發出后，開關不會跳閘，因智能操作箱的“檢修狀態壓板”未加用，二者狀態不對應。

以遠安變電站主變一次、二次設備檢修為例，置檢修壓板投退關系如下:先把刀閘、斷路器等操作到位，方式擺好后，再操作投退壓板如表2所示。

表2 主變一次、二次設備檢修時置檢修壓板投退原則

3.5 GPS對時系統的作用發生改變

常規變電站GPS系統作用是確保全站時間一致性，以便于故障分析。智能變電站 GPS系統的時間同步關系到數字保護功能的可靠性、動作正確性，以及正確分析處理事故的能力，它是實現站域、區域實控制的安全策略基礎。與常規綜自系統變電站相比，GPS對時系統地位更加重要［6］。

3.6 設備驗收過程發生改變

智能變電站的二次回路通過全站 SCD配置文件實現，為了檢驗SCD文件合法性、數據模型內外描述一致性、以及全站智能設備互操性及一致性，需要進行廠內聯調。在廠家聯調過程中系統集成商將除了一次設備(變壓器、斷路器、隔離刀閘)外的所有二次系統相關設備在廠內完成安裝、模擬文件配置、裝置調試。設備調試中的一大部分調試項目在廠內完成，實現最大化的工廠工作量，最小化現場工作量。廠內聯調過程驗收成為了必不可少的環節。

4 智能變電站缺陷管理

4.1 智能變電站專業巡檢項目的確定

為能正確反映裝置的狀態，設備狀態評價應基于收集的信息，由運行人員做出綜合判斷。

鑒于智能電子設備的特點，主要以運行和檢驗信息為主［8］。常規項目的檢查同常規變電站相同，智能變電站除常規項目檢查外，還應檢查以下項目，才能正確反應裝置的狀態:(1)合并單元(MU)應無告警信息;(2)GOOSE交換機信號燈指示正常;(3)GOOSE網絡通訊情況無告警信息;(4)網絡記錄儀、錄波器、信息子站分析歷史數據無異常;(5)戶外智能終端箱的防雨、防潮、防凍、防塵等措施應完好。

4.2 設備狀況評價項目的確定

依據相關標準，設備狀態可劃分為正常狀態、異常狀態、嚴重狀態3類。正常狀態:各狀態量均符合標準要求，技術性能完好、運行工況穩定，不存在一般及以上等級的缺陷且與運行條件相適應。異常狀態:單項重要狀態量已發生明顯變化，接近或超過標準限值，存在可能影響安全運行的一般缺陷。嚴重狀態:技術性能下降嚴重，重要狀態量至少有1項嚴重超出標準限值，發生嚴重缺陷或危急缺陷，運行工況已不能適應運行條件要求。

4.3 智能變電站缺陷的分類

依據國網公司發布的Q/GDW 751—2012《變電站智能設備運行維護導則》，智能設備的缺陷分級參照變電站常規設備，缺陷分為危急、嚴重和一般缺陷。

智能設備危急缺陷主要包括:(1)電子互感器故障(含采集器及其電源);(2)保護裝置、保護測控裝置故障或異常，影響設備安全運行的;(3)縱聯保護裝置通道故障或異常;(4)合并單元故障;(5)智能終端故障;(6)GOOSE斷鏈、SV通道異常報警，可能造成保護不正確動作的;(7)過程層交換機故障;(8)其他直接威脅安全運行的缺陷。

智能設備嚴重缺陷主要包括:(1)GOOSE斷鏈、SV通道異常報警，不會造成保護不正確動作的;(2)對時系統異常;(3)智能控制柜內溫控裝置故障，影響保護裝置正常運行的;(4)監控系統主機(工作站)、站控層交換機故障或異常;(5)一體化電源系統監控模塊故障或通信故障;(6)遠動設備與上級通信中斷;(7)裝置液晶顯示屏異常;(8)其他不直接威脅安全運行的缺陷。

智能設備一般缺陷主要包括:(1)智能控制柜內溫控裝置故障，不影響保護裝置正常運行的;(2)在線監測系統異常、故障或通信異常;(3)網絡記錄儀故障;(4)輔助系統故障或通訊中斷;(5)一體化電源系統冗余配置的單塊充電模塊故障;(6)其他不危及安全運行的缺陷。

5 缺陷案例分析

5.1 保護裝置異常存在情況

現象1:2013年5月7日遠安220kV變電站1#主變保護B屏(型號:CSC326DB，廠家:北京四方)，出現過2次面板死機。處理過程:拔出1#主變跳高、中、低壓側COOSE直跳空開，拔出屏后GOOSE光纖(跳110千伏母聯、失靈)，然后進行恢復光纖及出口壓板，按復歸按鈕后，才顯示正常。

現象2:2013年6月13日遠安220kV變電站110kV遠廣線遠113開關保護屏(型號:CSC161AE，廠家:北京四方)液晶屏上顯示:“正在處理錄波，請等待……”，按任何鍵無反應、后臺報通信中斷、二次回路異常，一共連續出現過2次死機。處理過程:在保護裝置背板上拔下:GOOSE直跳光纖、GOOSE組網光纖，斷開電源等待 10s左右合上屏后空開，退出GOOSE跳閘出口，總出口壓板。然后恢復光纖、檢查保護裝置采樣、恢復壓板至正常狀態。

現象3:2013年9月28日遠安220kV變電站110kV母差保護(BP－2C－D)后臺合并遙信110kV母線保護通訊中斷，經常發生通訊中斷、死機等現象，重啟后正常。220kV A套母差保護BP－2C－D的后臺合并遙信220kV母線保護，發“運行異常”報警;檢查裝置發現“管理總線通訊中斷，裝置硬件板卡損壞，更換板卡后正常。

結論:對于該缺陷，都是屬于裝置死機，該型號裝置質量有待提高。

5.2 縱聯保護裝置通道故障或異常

現象:2013年10月12日遠安220kV變電站220kV夷遠一、二回保護裝置發生過4次A、B通道中斷告警，主要原因是光纖通道因施工被挖斷造成，還有部分原因是光纖松動、或者沾滿灰塵造成。

結論:要經常檢查光纖接口、及落塵情況。

5.3 GOOSE斷鏈、SV通道異常報警，可能造成保護不正確動作

現象:2013年11月19日遠安220kV變電站監控后臺發“110kV遠城I回遠114開關智能終端接收母差保護GOOSE斷鏈”、“本操作箱運行異常”、“保護裝置運行異常”，遠114開關智能終端柜內總告警燈亮”，保護人員查看后發現屬于遠114開關智能組件柜背后GOOSE光纖損壞造成，更換后正常。

結論:光纖質量對裝置影響很大，必須選擇質量好的光纖。

5.4 對時系統異常

現象:2013年10月12日遠安220kV變電站電力系統同步時鐘第1、2塊裝置信號異常閃爍，同步時鐘失步，廠家更換模塊后正常。

結論:產品質量待提高。

5.5 過程層交換機故障

現象:2013年10月26日遠安220kV變電站110kV網絡交換機2本體模塊故障，造成10kV遠廣線遠113、遠石線遠114智能終端上發GO A/B告警，后臺機上發接收合并單元GOOSE斷鏈，接收智能終端GOOSE塊1斷鏈，接收智能終端GOOSE塊2斷鏈，接收智能終端GOOSE塊3斷鏈，更換交換機2模塊后正常。

結論:產品質量待提高。

5.6 一體化電源系統監控模塊故障或通信故障

現象:2013年12月22日遠安220kV變電站一體化電源UPS裝置報:“系統通訊故障 ”(UPS監控器裝置型號:UJK2003C2，廠家:深圳奧特訊電力設備股份有限公司)，更換交換機2模塊后正常。

結論:產品質量待提高。

5.7 智能控制柜內溫控裝置故障，影響保護裝置正常運行

現象:遠安220kV變電站智能控制柜的溫濕度信號未上送至監控中心，監控中心無法監視智能組件柜的溫度變化。據保護人員介紹，溫、濕度的變化對于智能組件柜精密元件的影響還是比較大的。

結論:將智能溫控柜內溫度和濕度點表做進監控中心后臺，設置溫度告警上下限，由監控中心負責監視、運行人員負責定期維護。

6 智能變電站二次設備故障處理

上面講到了智能變電站缺陷的分類和發現，那么最關鍵的是智能變電站缺陷的處理了，一個缺陷的處理是否合理、是否完善，會不會引發其他缺陷的出現。是關系到智能變電站二次設備能否穩定運行的關鍵。一個缺陷能不能將它控制在萌芽狀態，是我們智能化工作努力的方向。

(1)保護裝置故障處理。

保護裝置故障時，應立即查明原因，并匯報調度。經調度同意后可重啟裝置一次，重啟前應先退出保護GOOSE出口軟壓板，投入“裝置檢修狀態”壓板。重啟后，若保護裝置恢復正常，將保護恢復到跳閘狀態，并將結果匯報調度;若保護裝置不能恢復，將保護重啟情況及當前狀態匯報調度并通知檢修單位，按調度指令調整保護運行方式。當保護GOOSE出口軟壓板不能操作時。可僅投入“裝置檢修狀態”壓板重啟一次。

(2)智能終端故障處理。

智能終端故障時，應立即查明原因，并匯報凋度。經調度同意后可重啟裝置一次，重啟前應先退出智能終端分合閘出口壓板，投入“裝置檢修狀態”壓板。重啟后，若智能終端恢復正常，退出“裝置檢修狀態”壓板，投入分合閘出口壓板，并將結果匯報調度;若智能終端不能恢復，將重啟情況及當前狀態匯報調度并通知檢修，按調度指令調整保護運行方式。智能終端故障，如GOOSE斷鏈時，保護能記憶相關一次設備的狀態，功能不受影響，此時嚴禁改變一次設備狀態。

(3)交換機故障處理

交換機故障時，應立即查明原因，并匯報凋度。若檢查確為交換機故障，經凋度許可后可重啟一次，并將重啟結果匯報調度。若重啟后無法恢復，則按調度令調整保護運行方式，并通知檢修單位。

(4)保護GOOSE邏輯錯誤

保護GOOSE邏輯錯誤，包括邏輯不全或者有寄生邏輯。在運行中如果出現此類錯誤則可能導致保護誤發信號、誤收報文，嚴重時會造成保誤動、拒動。對于此類問題，首先應在驗收或者檢修時，嚴格把關，保證保護的每個GOOSE開入、開出回路都得到試驗;如果在運行中發現該問題，在處理時要做好安全措施，必要時申請停用保護處理，修改GOOSE邏輯。

(5)合并單元異常

合并單元異常缺陷包括合并單元采樣不同步、丟幀、不連續等。通過橫向對比同一時間節點的合并單元采樣報文，找出存在缺陷的合并單元，聯合廠家對該合并單元的異常報文進行分析，找出異常報文產生的原因，通過更換合并單元或者升級程序予以解決。

(6)設計方造成的缺陷。

首先我們要重視圖紙審查工作，工程開工前組織技術人員看圖、審圖，不走過場。設計人員要熟悉現場設計環境，裝置功能。虛端子回路是設計的重點，不能流于形式，套用典型工程設計，應符合現場實際，特別是改造工程。

7 結論

綜上所述，智能變電站的運行維護與常規變電站的存在很大不同，由于智能變電站推廣時間較短，在長時間運行過后必然會暴露出許多問題，目前運行維護管理的模式現在還在一個探索階段。作為運行單位必須加強新知識的培訓，在日常運行維護中多總結積累，加快對新設備、新技術的消化和吸收，才能適應智能電網的發展。

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