智能變電站二次系統(tǒng)高可視化全景調(diào)測平臺的設(shè)計(jì)

苗俊杰

摘 要： 傳統(tǒng)變電站中二次系統(tǒng)狀態(tài)調(diào)測平臺人機(jī)界面簡單，為調(diào)測人員實(shí)時(shí)了解設(shè)備工作狀態(tài)帶來了困難，因此設(shè)計(jì)了智能變電站二次系統(tǒng)高可視化全景調(diào)測平臺。采用智能移動終端實(shí)現(xiàn)二次系統(tǒng)的高可視化處理和分析，通過變狀態(tài)信息數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)的在線檢測，及時(shí)分析系統(tǒng)中的設(shè)備狀態(tài)和存在風(fēng)險(xiǎn)，平臺綜合考慮檢修成本與效益設(shè)計(jì)設(shè)備檢修方案，通過模糊數(shù)字的綜合評估方法塑造設(shè)備狀態(tài)評估模型，對狀態(tài)以及設(shè)備健康進(jìn)行綜合評估，了解設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和發(fā)展態(tài)勢。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該平臺能夠?qū)崿F(xiàn)變電站二次設(shè)備狀態(tài)、故障信息的直觀顯示以及有效調(diào)測。

關(guān)鍵詞： 智能變電站; 二次系統(tǒng); 高可視化; 全景調(diào)測平臺; 模糊數(shù)字; 故障信息; 檢修方案; 模型

中圖分類號： TN99?34; TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2018）09?0170?05

Abstract： The traditional secondary system state measurement platform has simple man?machine interface， which makes it difficult for the operator to understand the working state of the equipment in real time. Therefore， a high?visualization panoramic measurement platform of intelligent substation secondary system was designed. The intelligent mobile terminal is used to realize the high?visualization processing and analysis of the secondary system. The variable?state information data is used to realize the on?line detection of the device state to analyze the equipment status and risk of the system in real time. By comprehensively considering the maintenance cost and benefit， the equipment maintenance scheme is designed. The comprehensive evaluation method of fuzzy digital is adopted to construct the evaluation model of equipment status， evaluate the equipment status and health equipment comprehensively， and understand the running status and development trend of the equipment. The experimental results show that the platform can realize the visual display and effective measurement for status and fault information of substation secondary equipment.

Keywords： intelligent substation; secondary system; high visualization; panoramic measurement platform; fuzzy digital; fault information; overhaul scheme; model

0 引 言

智能變電站是我國電網(wǎng)公司進(jìn)行電網(wǎng)建設(shè)的關(guān)鍵，其同二次設(shè)備系統(tǒng)總目標(biāo)具有較高的關(guān)聯(lián)性。分析智能變電站二次系統(tǒng)集成調(diào)測具有較高的應(yīng)用價(jià)值。當(dāng)前我國電網(wǎng)建設(shè)進(jìn)入智能化過程，面向日益提高的智能變電站，對變電站的二次系統(tǒng)實(shí)施調(diào)測，尋求高效的調(diào)測方法可降低變電站塑造時(shí)間，具有重要的應(yīng)用意義[1]。

傳統(tǒng)變電站中二次系統(tǒng)狀態(tài)調(diào)測平臺采用表格以及文本方式呈現(xiàn)檢測信息，人機(jī)界面較簡單，為調(diào)測人員實(shí)時(shí)了解設(shè)備工作狀態(tài)帶來了較高的阻力，無法實(shí)現(xiàn)設(shè)備的直觀調(diào)測。

隨著智能變電站數(shù)字化以及網(wǎng)絡(luò)化的快速發(fā)展，基于信息的自主采集、檢測等性能可實(shí)現(xiàn)智能變電站二次系統(tǒng)的高可視化全景調(diào)測。因此，本文設(shè)計(jì)了智能變電站二次系統(tǒng)高可視化全景調(diào)測平臺，實(shí)現(xiàn)二次設(shè)備的直觀、有效調(diào)控，增強(qiáng)變電站運(yùn)行質(zhì)量。

1 智能變電站二次系統(tǒng)高可視化全景調(diào)測平臺

1.1 平臺結(jié)構(gòu)

本文設(shè)計(jì)的智能變電站二次系統(tǒng)高可視化全景調(diào)測平臺結(jié)構(gòu)用圖1描述，其可完成的內(nèi)容是：融合SCD配置模型反饋的靜態(tài)信息以及實(shí)施IEC61850報(bào)文事件，可檢測總體變電站各IED同外部信息進(jìn)行交互接口的狀態(tài)，獲取變電站二次系統(tǒng)中存在的問題[2];及時(shí)檢測保護(hù)、遙控過程等變電站業(yè)務(wù)流程，檢驗(yàn)變電站的總體業(yè)務(wù)流程;同時(shí)完成變電站重點(diǎn)事件的關(guān)聯(lián)研究，如獲取產(chǎn)生二次設(shè)備故障的根源，同時(shí)采用合理的操作技術(shù)完成故障事件的實(shí)時(shí)調(diào)測[3];通過三維可視化技術(shù)在三維場景內(nèi)進(jìn)行動態(tài)著色、報(bào)警以及推圖等模式，直觀描述設(shè)備狀態(tài)信息，確保維修人員對設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行直觀分析。

1.2 智能移動調(diào)測終端在二次系統(tǒng)調(diào)測平臺的應(yīng)用

調(diào)測平臺采用移動終端對變電站二次設(shè)備實(shí)施調(diào)測成為相關(guān)人員分析的熱點(diǎn)，智能移動調(diào)測終端能夠?yàn)槎蜗到y(tǒng)調(diào)測工作提供支撐服務(wù)，提高系統(tǒng)調(diào)測的靈敏度和可視化程度。該設(shè)備融合了基于ARM微處理器、安卓系統(tǒng)的平板計(jì)數(shù)以及嵌入式FPGA技術(shù)，其中，F(xiàn)PGA技術(shù)可對變電站的通信報(bào)文進(jìn)行及時(shí)操作。

本文塑造的智能移動調(diào)測終端的屬性如下：

1） 包含的觸摸屏能夠?qū)嵤┦彝庾鳂I(yè)，并且大小是8寸;

2） 通過安卓操作系統(tǒng)進(jìn)行及時(shí)完善處理;

3） 通過大量的連接口同智能站通信系統(tǒng)通信，實(shí)現(xiàn)不同變電站內(nèi)數(shù)據(jù)調(diào)測的通信;

4） 包含的工業(yè)電池?fù)碛休^高的續(xù)航性能;

5） 集成了不同性能的APP，對二次設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)實(shí)施分析和調(diào)控。

智能移動調(diào)測終端用圖2描述。分析圖2能夠得出，使用智能移動調(diào)測終端，可從后臺SCD管控系統(tǒng)內(nèi)獲取變電站的SCD文件以及相關(guān)的配置信息。對變電站二次系統(tǒng)相關(guān)的信息進(jìn)行高可視化展示和研究[4]，這些信息主要有變電站的網(wǎng)絡(luò)連接信息、IED間虛連接和虛端子信息、虛擬保護(hù)電路信息和SCD/CID差異對比信息，最終完成了智能變電站二次信息的全程高可視化處理。采用智能移動調(diào)測終端可采集變電站中的EC61850 SV，GOOSE以及MMS等不同類型的報(bào)文，融合SCD靜態(tài)配置信息情況，實(shí)現(xiàn)變電站二次系統(tǒng)的高可視化全景調(diào)測。

1.3 智能變電站二次系統(tǒng)狀態(tài)信息數(shù)據(jù)平臺設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的變電站二次系統(tǒng)狀態(tài)信息數(shù)據(jù)平臺用圖3描述，包括二次設(shè)備狀態(tài)在線檢測以及離線數(shù)據(jù)。二次設(shè)備狀態(tài)在線檢測可檢測變電站的融合單元、通信系統(tǒng)以及繼電保護(hù)等內(nèi)容，同時(shí)采用通信網(wǎng)絡(luò)向數(shù)據(jù)平臺反饋檢測到的信息。離線數(shù)據(jù)由二次設(shè)備歷史數(shù)據(jù)以及屬性弊端構(gòu)成，歷史數(shù)據(jù)由二次設(shè)備狀態(tài)巡檢數(shù)據(jù)、設(shè)備故障記錄以及設(shè)備檢修數(shù)據(jù)等構(gòu)成。

基于圖3描述的數(shù)據(jù)平臺，能夠?qū)ψ冸娬径蜗到y(tǒng)中設(shè)備的運(yùn)行情況以及存在的風(fēng)險(xiǎn)實(shí)施分析，獲取合理的檢修方案，完成二次系統(tǒng)的實(shí)時(shí)調(diào)測。

2 智能變電站二次系統(tǒng)高可視化全景調(diào)測平臺

實(shí)現(xiàn)

2.1 考慮檢修成本與效益的二次設(shè)備檢修方案

本文設(shè)計(jì)的調(diào)測平臺采用智能變電站二次系統(tǒng)狀態(tài)檢修方法的流程用圖4描述。詳細(xì)的內(nèi)容為：

1） 依據(jù)二次系統(tǒng)中設(shè)備老化失效模型對分析設(shè)備穩(wěn)定性所需的數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)置，如設(shè)備的狀態(tài)轉(zhuǎn)移率、狀態(tài)存在時(shí)間、檢修不同項(xiàng)目的成本等;

2） 對需要進(jìn)行檢測的二次設(shè)備檢測點(diǎn)向不同方向轉(zhuǎn)移的變換概率實(shí)施設(shè)置;

3） 采用隨機(jī)過程原理基于輸入產(chǎn)生對不同狀態(tài)的穩(wěn)態(tài)概率以及存在時(shí)間實(shí)施運(yùn)算，為了獲取設(shè)備穩(wěn)定性分析指標(biāo)和剩余運(yùn)行周期，需要基于設(shè)備即刻狀態(tài)實(shí)施分析;

4） 為了對設(shè)備健康狀態(tài)實(shí)施判斷，需要對設(shè)備歷史工作情況以及狀態(tài)在線檢測結(jié)果實(shí)施分析[5];

5） 為了獲取二次設(shè)備的檢修方案，需要基于設(shè)備即刻運(yùn)行狀態(tài)以及工程經(jīng)驗(yàn)實(shí)施分析，同時(shí)對不同檢索方案的成本以及收益實(shí)施分析，最終得到最佳的檢修方案;

6） 基于檢修方案實(shí)施靈敏度研究，對檢修方案進(jìn)行改進(jìn)，再基于優(yōu)化目標(biāo)得到檢修方案內(nèi)不同參數(shù)的最優(yōu)值;

7） 為了獲取不同設(shè)備狀態(tài)工作時(shí)間的排列情況，可采用蒙特卡洛法實(shí)施分析，同時(shí)對設(shè)備狀態(tài)模型內(nèi)的參數(shù)實(shí)施調(diào)整，為后續(xù)設(shè)備狀態(tài)檢修方案的改進(jìn)提供分析依據(jù)。

2.2 二次設(shè)備健康狀態(tài)評價(jià)方法

2.2.1 設(shè)備狀態(tài)評分

對變電站二次設(shè)備狀態(tài)實(shí)施評分的關(guān)鍵在于對設(shè)備健康情況及時(shí)進(jìn)行分析，設(shè)備狀態(tài)評分基于模糊綜合評估模型對獲取的設(shè)備狀態(tài)檢測信息實(shí)施研究和操作，了解設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和發(fā)展態(tài)勢。

本文基于模糊綜合評估模型，通過模糊數(shù)字的綜合評估方法塑造二次設(shè)備狀態(tài)評估模型的過程為：

1） 對二次設(shè)備狀態(tài)的在線監(jiān)測集實(shí)施評估，基于二次設(shè)備狀態(tài)檢測內(nèi)容，塑造評估設(shè)備狀態(tài)的在線檢測集[U，]其是描述設(shè)備狀態(tài)的不同狀態(tài)量元素構(gòu)成的集合，則有：

2.2.2 設(shè)備健康綜合評價(jià)

二次設(shè)備的健康評價(jià)為[Hi，]該設(shè)備狀態(tài)的綜合評分[7]為：

3 實(shí)驗(yàn)分析

將智能變電站二次系統(tǒng)高可視化全景調(diào)制平臺在OPEN3000調(diào)度自動化系統(tǒng)內(nèi)實(shí)施檢測，系統(tǒng)可采集平臺的運(yùn)行狀態(tài)信息，還能夠通過診斷程序獲取平臺的診斷報(bào)告[8]。麗水站順利工作時(shí)雙母分段同時(shí)運(yùn)行，通過#1和#2主變向?qū)?yīng)范圍提供電能，麗水站是雙母運(yùn)行，古里站通過2355龍港丙線與2356龍利乙線實(shí)施供電，通過#1和#2主變向本區(qū)域提供電能。實(shí)驗(yàn)得到本文平臺下麗水站35 kV常永線320故障數(shù)據(jù)的詳細(xì)信息用表1描述。

從表1中能夠看出，本文平臺可準(zhǔn)確獲取麗水站35 kV常永線320故障數(shù)據(jù)，說明本文平臺可有效實(shí)現(xiàn)智能變電站二次系統(tǒng)高可視化全景調(diào)測。

實(shí)驗(yàn)驅(qū)動本文平臺的診斷程序后，先對麗水站故障區(qū)域?qū)嵤z索，采用繼保設(shè)備的動作邏輯和原理，可降低存在的設(shè)備故障集，分析獲取唯一的故障設(shè)備，對故障實(shí)施分析[9]，最終獲取故障設(shè)備和相關(guān)狀態(tài)，得到故障診斷分析報(bào)告，用圖5描述。

分析圖5可得，本文平臺獲取的故障診斷結(jié)果推送報(bào)告中顯示：麗水站35 kV常永線320跳閘過程中，35 kV常永線產(chǎn)生故障后常永線保護(hù)裝置動作，320開關(guān)跳閘，則實(shí)施重合閘一次成功，再恢復(fù)供電。說明本文平臺實(shí)現(xiàn)了設(shè)備故障的直觀顯示，可視化性能佳。

分析圖6能夠得出，通過設(shè)置窗口可準(zhǔn)確實(shí)施故障模擬，對繼電保護(hù)部件的動作信息實(shí)施規(guī)劃，同時(shí)能夠存儲歷史以及演練電網(wǎng)的運(yùn)行斷面[10]，為后續(xù)離線檢測提供分析依據(jù)。

采用本文平臺對設(shè)備故障實(shí)施分析診斷時(shí)，將邊界開關(guān)當(dāng)成已知信息，跳閘開關(guān)內(nèi)的失電島同活島間的開關(guān)或鄰近2個(gè)獨(dú)立失電的開關(guān)會因?yàn)殚_關(guān)信息丟失產(chǎn)生不存在區(qū)域失電的情況，則當(dāng)成邊界開關(guān)。全網(wǎng)通信實(shí)施網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溲芯揩@取二次系統(tǒng)的失電范圍，其中開關(guān)2201以及2202是邊界開關(guān)，最終本文平臺得到的可疑故障設(shè)備集用表2描述。

依據(jù)動作的保護(hù)裝置信息，基于繼電保護(hù)部件的動作原理和屬性過濾降低可疑設(shè)備故障集，后備保護(hù)到邊界開關(guān)，將3級內(nèi)的設(shè)備當(dāng)成疑似故障設(shè)備，將二級系統(tǒng)主保護(hù)范圍中的所有設(shè)備當(dāng)成可疑設(shè)備。龍利乙線2467主保護(hù)動作的對象是龍利乙線，母聯(lián)2183以及母聯(lián)2174主保護(hù)動作的對象是第1個(gè)范圍內(nèi)的4條220 kV母線，第1范圍的#1同#2主變是其主要保護(hù)的對象。則可降低可疑故障設(shè)備的區(qū)域，用表3描述。

通過專家系統(tǒng)分析表3中的可疑故障集，能夠得出不同類型的故障征兆，通過本文平臺對可疑設(shè)備故障集內(nèi)的所有設(shè)備進(jìn)行檢測，獲取真正的設(shè)備故障，檢測到邊界開關(guān)以及負(fù)荷時(shí)則不再檢測，同時(shí)不再檢測該條支路，實(shí)現(xiàn)檢測的斷路器也不再記錄。

本文平臺完成二次系統(tǒng)設(shè)備故障的檢測后，可對繼保部件同斷路器的動作狀態(tài)實(shí)施分析，二次設(shè)備故障征兆集用表4描述，獲取詳細(xì)的診斷結(jié)果窗口用圖7描述。

分析表4和圖7可得，調(diào)測平臺最終運(yùn)算獲取的結(jié)果為區(qū)域1的龍港丙線存在故障，龍港丙線麗水站側(cè)2355差動保護(hù)和距離I段保護(hù)動作準(zhǔn)確，同時(shí)跳開麗水站側(cè)2355開關(guān)，龍港丙線古麗站側(cè)2355差動和距離I段保護(hù)設(shè)備正常運(yùn)行，古麗站側(cè)2355開關(guān)拒動，古麗站側(cè)2355拒動使得故障范圍提升，母聯(lián)開關(guān)2183以及2174保護(hù)設(shè)備的動作運(yùn)行正確，并且都準(zhǔn)確跳開母聯(lián)開關(guān)2183以及2174，區(qū)域I主變合理的保護(hù)動作，準(zhǔn)確跳開范圍I主變側(cè)2201以及2202開關(guān)，確保其將故障范圍隔離開，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備故障的有效調(diào)測。

4 結(jié) 語

本文設(shè)計(jì)了智能變電站二次系統(tǒng)高可視化全景調(diào)測平臺，采用新型智能移動調(diào)測部件增強(qiáng)二次設(shè)備調(diào)測的可視化以及移動化檢測性能，實(shí)現(xiàn)了智能變電站二次系統(tǒng)故障的直觀準(zhǔn)確調(diào)測。

參考文獻(xiàn)

[1] 馬凱，劉俊紅，侯艾君，等.智能變電站信息一體化平臺高級應(yīng)用[J].南方電網(wǎng)技術(shù)，2016，10（1）：42?48.

MA Kai， LIU Junhong， HOU Aijun， et al. Advanced application of integrative information platform for smart substations [J]. Southern power system technology， 2016， 10（1）： 42?48.

[2] 劉穎.智能變電站全壽命周期“即插即用”技術(shù)體系的研究與應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2015，43（22）：23?28.

LIU Ying. Research and application on the technology system of plug & play in the smart substation′s life cycle [J]. Power system protection and control， 2015， 43（22）： 23?28.

[3] 李穎，李峰，李賓皚，等.基于變電站數(shù)字化移交成果的全景信息監(jiān)視平臺[J].電網(wǎng)與清潔能源，2015，31（12）：57?61.

LI Ying， LI Feng， LI Binai， et al. A panoramic information monitoring platform based on the digital substation handover results [J]. Power system and clean energy， 2015， 31（12）： 57?61.

[4] 趙軍，陳維江，張建功，等.智能變電站二次設(shè)備對開關(guān)瞬態(tài)的電磁兼容抗擾度要求分析[J].高電壓技術(shù)，2015，41（5）：1687?1695.

ZHAO Jun， CHEN Weijiang， ZHANG Jiangong， et al. Analysis on electromagnetic compatibility immunity requirements for secondary equipment during switching transient operations in intelligent substation [J]. High voltage engineering， 2015， 41（5）： 1687?1695.

[5] 田俊梅，趙興勇，張學(xué)軍，等.基于變電站的紅外測溫優(yōu)化算法分析[J].太原理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，45（5）：614?617.

TIAN Junmei， ZHAO Xingyong， ZHANG Xuejun， et al. Infrared temperature measuring optimized algorithm for substation [J]. Journal of Taiyuan University of Technology， 2014， 45（5）： 614?617.

[6] 李山，金銘，楊定乾，等.某智能變電站220 kV CVT 分頻諧振分析[J].電力電容器與無功補(bǔ)償，2016，37（5）：93?97.

LI Shan， JIN Ming， YANG Dingqian， et al. Frequency resonance analysis for 220 kV CVT at certain intelligent substation [J]. Power capacitor & reactive power compensation， 2016， 37（5）： 93?97.

[7] 王增華，竇青春，王秀蓮，等.智能變電站二次系統(tǒng)施工圖設(shè)計(jì)表達(dá)方法[J].電力系統(tǒng)自動化，2014，38（6）：112?116.

WANG Zenghua， DOU Qingchun， WANG Xiulian， et al. A construction?drawing design expression method of secondary system for smart substation [J]. Automation of electric power systems， 2014， 38（6）： 112?116.

[8] 楊志遠(yuǎn).論三維設(shè)計(jì)技術(shù)在變電站設(shè)計(jì)中的運(yùn)用[J].科技展望，2015，25（26）：156.

YANG Zhiyuan. Application of 3D design technology in substation design [J]. Technology outlook， 2015， 25（26）： 156.

[9] 谷松林，姜百超.高集成度智能變電站設(shè)計(jì)方案[J].電力科學(xué)與工程，2016，32（11）：39?46.

GU Songlin， JIANG Baichao. High integration scheme of smart substation design [J]. Electric power science and engineering， 2016， 32（11）： 39?46.

[10] 李志海.數(shù)字化三維變電站設(shè)計(jì)技術(shù)研究[J].電氣技術(shù)，2015，16（11）：83?86.

LI Zhihai. Research on 3D digital substation design technology [J]. Electrical technology， 2015， 16（11）： 83?86.