智能變電站二次設備檢修風險控制技術研究

馬偉東 韓偉 崔寧寧 劉磊 孔圣立

摘 要：為了應對智能變電站技術給檢修工作帶來的困難和挑戰，本文重點研究了現場二次設備檢修過程中面臨的風險。針對現場工作中出現的常見風險點，擬設計一種二次設備檢修風險控制系統，用以評估因檢修可能造成的保護誤動和拒動風險，自動展示配置文件（SCD）的修改歷史，進行待檢設備的關聯關系分析、生成安全措施票，對安措執行過程中的步驟進行實時核對和告警。通過工程實踐驗證，此系統有效降低了智能變電站的檢修風險，顯著提高了供電可靠性，且易于操作、效果良好。

關鍵字：智能變電站；二次設備；檢修；風險控制

中圖分類號：TM76；TM63 文獻標識碼：A 文章編號：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

智能變電站是建設堅強智能電網的重要組成部分，智能變電站與常規變電站最大的不同是增加了合并單元、智能終端等過程層設備。以往由電纜傳輸的模擬量信號直接就地轉變為數字量信號，并通過光纖傳輸給間隔層和站控層設備[1]。這樣二次設備之間的電氣連接變成了通信連接，物理回路變為了邏輯回路，看得見的模擬量電纜回路變成了看不見的信息流虛回路，給二次設備檢修帶來了較大風險。目前，已有文獻在智能變電站運維檢測技術方面進行了研究[1-5]，且取得了可觀的效果。其研究內容主要集中在SCD文件的檢測、設備和二次回路的調試等方面。有的文獻在智能變電站二次安措的防誤方面進行了研究，提出了安措的防誤機制[6-9]，降低了因安措的失誤而導致的事故；有的文獻從安措的自動化方面進行了研究，提出了安全措施的自動構建方法和設備操作的管控系統[10，11]，從降低現場人員工作量、降低人為失誤等方面入手，以降低智能變電站二次設備檢修的風險；有的文獻在智能變電站二次虛回路可視化、繼電保護裝置狀態監測方面進行了研究[12，13]，提出相應的手段和措施來改進二次設備的檢修，以降低檢修工作給變電站的安全穩定運行帶來的風險。但目前的研究并未將智能變電站二次設備檢修過程中面臨的風險進行一個整體的評估和預防，實際操作中缺少一個切實可用的、能降低檢修過程中面臨的各個階段風險的手段。

1 智能變電站檢修面臨的風險

1.1 SCD文件帶來的風險

智能變電站的SCD文件包含著全站二次設備的配置信息，智能變電站所有二次設備的配置信息都需要從SCD文件中導出，其正確性和完整性對智能變電站建設和運行非常重要。但目前，SCD文件缺乏必要的校核，文件版本管理嚴重依賴廠家且管理混亂。在智能變電站建設調試過程中，廠家隨意對SCD文件進行修改的現象十分普遍。

目前，部分文獻在對智能變電站二次檢修安措防誤技術進行研究時嚴重依賴對SCD文件的解析，其前提條件是設定檢修時用到的SCD文件正確無誤。若由于智能變電站的管理問題導致SCD文件非最終版本，則根據此SCD文件形成的安全技術措施就會存在重大缺陷，很可能導致運行保護設備的誤動。

1.2 二次虛回路不可視帶來的風險

智能變電站與傳統變電站的另一個區別是二次回路的虛擬化。現場工作人員開展檢修時保護的各個電流電壓回路和開入開出回路變成了信息流回路，通過光纖進行傳輸。這使得多根電纜構成的各個清晰回路變成了一根或兩根光纖，各個回路無法區分，給工作人員帶來了較大困擾。保護裝置上原來的硬壓板大部分變成了軟壓板，按照目前國網公司的保護裝置設計規定，只保留檢修壓板這一個硬壓板。在執行安措時，對于壓板投退的執行和確認不直觀，給現場工作人員帶來了較大的心理壓力，易導致工作人員焦慮，從而產生人為失誤。

1.3 安措執行帶來的風險

與傳統變電站相比，智能變電站增加了合并單元、智能終端等過程層設備，還增加了大量的交換機，組成了過程層網絡和站控層網絡，因此，智能變電站現場二次設備安全措施的實施與常規變電站有很大不同。

其一是安措執行順序不同。智能變電站中的合并單元可能與多個保護設備相關，故在安措執行時，其執行順序受到較大影響。在國網公司范圍內發生過多起因安措操作順序不當而造成的保護誤動和拒動的實際案例。為防止因執行順序導致的保護誤動，一般按照如下規則進行：執行安全措施時，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，再退出發送軟壓板，先退出運行裝置軟壓板，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行。在恢復安全措施時，宜按相反順序進行。

其二是安措執行對象不同。智能變電站的安全措施包括：①智能終端保護跳閘、保護重合閘出口硬壓板；②保護裝置功能軟壓板和控制字；③保護裝置GOOSE發送軟壓板和接收軟壓板；④保護裝置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。智能變電站在實施安全措施時，一般采用前5種措施，第⑥和第⑦較少使用。

由此可見，在智能變電站執行安措時需要進行大量的軟壓板操作，且其執行順序又有嚴格的要求，難免會造成人為失誤，造成遺漏或順序錯誤。

2 智能變電站檢修風險控制系統

本文設計了一種在二次設備檢修時的風險控制系統，通過SCD文件管控技術、虛回路可視化技術和在線監視技術解決了智能變電站給運維檢修人員帶來的困擾。此系統用于輔助現場工作人員的檢修工作，降低工作中面臨的風險。系統包括3個模塊：風險識別模塊、風險分析模塊和自動化安措模塊。

2.1 風險識別模塊

風險識別模塊主要用于辨別檢修工作任務、識別智能變電站結構形式、SCD文件正確性校核。例如：識別此變電站采用常規互感器+合并單元模式還是電子式互感器+合并單元模式，保護設備采用雙重化模式還是單套裝置。根據工作任務、智能變電站型式的不同結合SCD文件提示本次工作任務存在的風險點，根據工作任務量評估風險大小，給出停電范圍建議。

2.2 風險分析模塊

風險分析模塊主要采用可視化手段展示被檢修設備和其他設備之間的聯系，停電區域設備和不停電區域設備之間的關系。模擬展示檢修設備投檢修位和對某個設備或回路采取安全措施之后對運行設備的影響。針對不同的風險點，給出相應的安全技術措施。

2.3 自動化安措模塊

自動化安措模塊包括安措票自動生成和安措執行步驟自動監視兩個部分。安措票自動生成就是在風險分析模塊對被檢修設備與其他設備關聯關系分析展示的基礎上，結合安措規則制定最優化的安措票。安措執行步驟的自動監視就是在工作人員執行安措票的過程中，將每一步的操作與安措票進行核對，如果發現漏步操作或執行順序錯誤，則發出告警信號。

3 關鍵技術

本文所述的二次設備檢修風險控制系統中的4個模塊需要用到SCD校驗技術、二次虛回路可視化技術、安措票自動生成技術和安措防誤技術。這些技術在相關文獻中已被進行了深入研究和論述。本文主要描述二次設備檢修風險控制系統中所作的創新性貢獻。

3.1 檢修風險評估

智能變電站檢修時面臨的風險主要是保護誤動和拒動的風險。要對誤動和拒動風險進行評估，就需要知道其影響因子。本文通過對SCD文件的解析和關聯關系分析可以知道某二次設備檢修時其影響范圍，根據難易程度和工作量可估算出工作時間。本文設定影響范圍、難易程度、工作時間為檢修風險的影響因子。其風險計算表達式為：

[S∑=K1F+K2T+K3N] （1）

式（1）中，[S]為風險值，F、N、T為影響范圍、難易程度和工作時間的影響值，[K]為各影響因子權重。

保護誤動包括檢修時誤操作造成的直接誤動和由于檢修導致保護區外故障時的間接誤動。誤動風險表達式為：

[SW=Pw1+Pw2S∑] （2）

式（2）中，[SW]為誤動風險，[Pw1]為直接誤動概率，[Pw2]為間接誤動概率。

保護拒動風險為檢修期間保護區內發生故障，但由于檢修造成保護拒動，其表達式為：

[SJ=PJ×S∑] （3）

式（3）中，[SJ]為拒動風險，[PJ]為檢修期間，保護區內發生故障的概率。

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風險，本文所述的風險控制系統中存放著SCD文件的歷次修改版本。在進行二次設備關聯關系展示時，可采用不同顏色標示新增設備與原有設備、新增回路與原有回路，給變電站工作人員以直觀的感受。此項技術在智能變電站改擴建工作中發揮著巨大作用。

3.3 安措自動化技術

鑒于在進行安措時操作順序對安措執行風險的影響很大。本技術創新性地將安措票在自動構建時，分別構建安措執行票和安措恢復票。將執行順序與恢復順序分開，明確兩個工作的次序，減少人為失誤，如表1、表2所示。此外，在安措執行時，分別與安措執行票和安措恢復票進行核對，對跨步或漏步操作進行告警，如圖1所示。

4 技術應用

研制的“智能變電站二次設備檢修風險控制系統”已經在南陽220kV宗璞變電站進行了現場應用。通過現場驗證可知，此系統可實現智能變電站SCD文件修改歷史可視化展示，并可校驗其正確性；能自動分析待檢設備與其他設備之間的關聯關系；能建立安措票數據庫，自動構建并存儲安措票；執行按措時，在線監視安措執行步驟，防止人為失誤，如圖1所示。其工作原理圖如圖2所示。

5 結語

本文分析了智能變電站二次設備檢修面臨的風險，在分析風險點的基礎上設計了智能變電站二次設備檢修風險控制系統的各個模塊。通過SCD文件管理校驗技術、虛回路可視化技術和管理創新有效解決了智能變電站二次設備檢修風險，最終形成一個完整的包含檢修工作事前準備、安措執行和檢修結束后安措恢復的系統。通過工程實際驗證，此系統可有效降低二次設備檢修風險，提高工作效率，避免人為失誤。

目前，智能變電站二次設備較多，二次設備的操作步驟復雜。本文涉及的二次設備操作自動化技術值得進一步研究。

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