一種就地化繼電保護的全生命周期運維系統(tǒng)

薛 鐘，董 貝，景興東，丁 毅

(1.國電南京自動化股份有限公司, 江蘇 南京 210003; 2.中國天楹,江蘇 南通 226600)

0 引 言

隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展和特高壓交直流混聯(lián)大電網(wǎng)的建成，電網(wǎng)安全運行的要求越來越高，繼電保護作為電力系統(tǒng)的第一道防線，實現(xiàn)建設(shè)容易、運維簡單、運行可靠是保證支撐電網(wǎng)安全、助力經(jīng)濟發(fā)展的基本要求。但智能變電站目前也面臨一些實際現(xiàn)狀和問題。相對于傳統(tǒng)變電站，智能變電站的規(guī)劃設(shè)計復(fù)雜、抽象、容易出錯，建設(shè)周期長、投入增大，設(shè)備功能調(diào)試和通信校驗工作復(fù)雜，后期運行和維護工作復(fù)雜，對專業(yè)人員要求提高，出現(xiàn)問題難排查，影響供電可靠。并且一個站一個配置，標準化程度低。

國家電網(wǎng)公司委托浙江省電力公司于2015年底開展了智能變電站繼電保護裝置的就地化、小型化的研究，2016年，中國電力科學(xué)研究院發(fā)布了國家電網(wǎng)公司2016年第五批繼電保護及安全自動裝置專業(yè)檢測工作的通知，同年年底漠河、舟山等多個智能變電站進行就地化線路保護掛網(wǎng)試運行工作。

就地化保護裝置的安裝和運行過程具有以下難點：(1)就地化保護裝置需要戶外安裝，(2)就地化保護裝置沒有HMI界面，(3)就地化保護裝置需要通過預(yù)置航空端子與外部交互，(4)就地化保護裝置無法通過傳統(tǒng)工具進行調(diào)試，(5)就地化裝置和各個廠家配套工具不統(tǒng)一。由于以上難點給就地化保護裝置和新的變電站現(xiàn)場模式的運維、檢修、調(diào)試、管理帶來了新的挑戰(zhàn)。為了滿足這種需求，提高就地化保護裝置的運維、調(diào)試、管理水平，以及保證運維檢修的正確性和安全性，本文提出一套就地化繼電保護全生命周期綜合運維系統(tǒng)，用于貫穿就地化保護的全生命周期，從運行、維護、管理各個角度解決就地化保護帶來的各種問題。

1 架構(gòu)設(shè)計

針對就地化保護引出的一系列運維問題和痛點，本文提出一種就地化繼電保護的全生命周期綜合運維系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以劃分為如下兩個核心模塊：運維服務(wù)器模塊和運維PDA模塊，運維系統(tǒng)的架構(gòu)示意圖如圖1所示。

這兩個模塊既可以相互獨立，分開運行實現(xiàn)各自的功能，又可以組合成一套完整的就地化保護的全生命周期運維系統(tǒng)[1-3]。

運維服務(wù)器模塊主要是通過Tomcat服務(wù)器、UI界面和數(shù)據(jù)庫對運維系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理和服務(wù)運行進行支撐。

運維PDA模塊主要是提供裝載有運維系統(tǒng)APP的移動客戶端，幫助現(xiàn)場人員進行就地化裝置的全生命周期的運維管理[4]。

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 運維服務(wù)器模塊

運維服務(wù)器模塊主要由Tomcat服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫、UI界面和交互接口組成。Tomcat服務(wù)器是基于Tomcat開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，用于人員管理、變電站信息維護、臺賬信息維護和圖檔信息維護等。基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫主要是用于記錄PDA的操作信息、操作日志、人員信息、工單信息和變電站相關(guān)信息等。臺賬數(shù)據(jù)庫主要是用于記錄臺賬相關(guān)數(shù)據(jù)。圖檔數(shù)據(jù)庫主要是用于記錄變電站圖檔相關(guān)數(shù)據(jù)。交互接口主要是提供在線或者離線的方式幫助Tomcat服務(wù)器和運維PDA進行數(shù)據(jù)交互和信息傳遞。

圖1 運維系統(tǒng)架構(gòu)

運維服務(wù)器的主要核心功能包括：基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理；人員管理；資料管理；交互接口；服務(wù)器UI。

(1)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理：此組件分為兩個部分：第一部分是數(shù)據(jù)庫，主要用于存儲變電站、電壓等級、二次設(shè)備、保護裝置和運維人員等相關(guān)信息；第二部分是Tomcat服務(wù)器中的管理代碼，主要是用于增、刪、改、查數(shù)據(jù)庫中的相關(guān)信息，能夠提供可視化界面進行數(shù)據(jù)的管理和維護。

(2)人員管理：此組件主要是用于管理運維過程中涉及的人員信息和權(quán)限管理，具體包括運維巡檢任務(wù)的發(fā)布者、執(zhí)行者和復(fù)檢者等。

(3)資料管理：此組件主要是用于在服務(wù)器上管理和存儲運維過程中涉及的圖片、文檔、音頻和視頻等相關(guān)資料。

(4)交互接口：此組件主要是用于提供服務(wù)器和移動PDA的數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)和文檔音頻資料的交互接口。

(5)服務(wù)器UI：此組件主要是用于提供可視化界面進行服務(wù)器數(shù)據(jù)和資料的管理和維護。

運維服務(wù)器的架構(gòu)如圖2所示。

圖2 運維服務(wù)器架構(gòu)

2.2 運維PDA模塊

運維PDA模塊是基于Android和IOS的移動客戶端開發(fā)的運維APP，主要是用來幫助電網(wǎng)運維人員可以方便快捷地進行工單派發(fā)、權(quán)限認證、全景可視化和裝置巡檢等。運維APP根據(jù)國網(wǎng)規(guī)范集成了就地化和非就地化繼電保護裝置日常巡檢和專業(yè)巡檢所需的核心功能，可以幫助現(xiàn)場運維和巡檢人員快速、方便和高效地完成繼電保護裝置的全生命周期的運行和維護[5-7]。

運維PDA的使用方式分為在線方式和離線方式兩種，這兩種方式的主要區(qū)別在于運維PDA能否連接電力公網(wǎng)和運維服務(wù)器進行實時交互，對于運維PDA的核心功能無本質(zhì)區(qū)別。在線運維方式是指運維PDA通過連接電力安全公網(wǎng)，實時完成運維PDA和運維服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)和文件交互，可以實時記錄操作數(shù)據(jù)、反饋操作結(jié)果和完善工單流程。離線運維方式是指由于某些運維現(xiàn)場運維PDA無法連接網(wǎng)絡(luò)，只能事先通過網(wǎng)絡(luò)或USB將所需的數(shù)據(jù)和文件從運維服務(wù)器下載到運維PDA保存，然后再帶到運維現(xiàn)場進行操作，運維完成后再將操作數(shù)據(jù)同步給運維服務(wù)器，這種方式無法保證數(shù)據(jù)更新的實時性，但是安全性和保密性要求更好。

運維PDA模塊的主要核心功能包括：工單系統(tǒng)；權(quán)限認證；全景可視化；裝置巡檢；裝量調(diào)測。

(1)工單系統(tǒng)：工單系統(tǒng)是用于用戶登錄、創(chuàng)建工單、審核工單、執(zhí)行工單和復(fù)檢工單的管理系統(tǒng)。第一、由工單申請者創(chuàng)建工單并發(fā)布工單；第二、根據(jù)國網(wǎng)要求的流程，走到對應(yīng)的管理人員名下審核工單是否合規(guī)，如果合規(guī)繼續(xù)走到具體的工單執(zhí)行者名下；第三、工單執(zhí)行者收到工單后，手機收到短信提醒，然后在經(jīng)過認證后在手機上登錄運維PDA，并根據(jù)工單內(nèi)容進行巡檢或者調(diào)測；第四、工單執(zhí)行完成后，繼續(xù)走到工單復(fù)檢者名下進行復(fù)查，如果一切無誤則可以關(guān)閉工單流程。

工單流程示意圖如圖3所示。

圖3 工單系統(tǒng)示意圖

(2)權(quán)限認證：權(quán)限認證主要包含兩個方面：第一、由于電網(wǎng)系統(tǒng)的安全性和隱私性要求，因此需要確保工單系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)的使用者必須通過用戶名和密碼進行登錄認證；第二、為了確保工單的執(zhí)行者檢查和測試的保護裝置是工單上指定的裝置，因此需要通過PDA掃描裝置上的二維碼進行裝置認證。

(3)全景可視化：此功能主要包括以下幾個部分：第一、SCD文件可視化主要是用于實現(xiàn)SCD文件的可視化和比對，可以圖形化展示SPCD物理回路連接，并且可以實現(xiàn)過程層和站控層參數(shù)和數(shù)據(jù)集的可視化。第二、圖檔可視化: 移動客戶端的運維PDA可通過WIFI或者流量管理上傳下載、通用圖檔、工程圖檔、掃描設(shè)備二維碼獲取圖檔、語音搜索圖檔和條件搜索關(guān)鍵字。第三、光纖可視化：以物理回路顯示為主，屏柜為中心、光纜為中心、IED為中心、光配為中心、纖芯為中心(全路徑)，通過特殊通過手勢展現(xiàn)虛端子信號。可追溯和標記。第四、二次鏈路狀態(tài)可視化：每個纖芯自動或者手動配置鏈路告警信號、虛回路可視化可自動或者手動配置鏈路壓板[8-9]。

(4) 裝置巡檢：此功能主要包括以下幾個部分：第一、遠程液晶，由于就地化保護缺少HMI，無法直觀的查看就地化裝置各自狀態(tài)和數(shù)據(jù)是否正常。運維PDA通過無線或者有線的方式與就地化裝置連接后，可以提供可視化界面查看裝置的當前狀態(tài)和數(shù)據(jù)。第二、定值清單比對，通過運維PDA可以將文檔中的初始定值單和裝置的在線定值數(shù)據(jù)進行比對。第三、波形分析，可以通過運維PDA從裝置在線讀取或者離線讀取電力系統(tǒng)標準的波形文件進行展示和分析。第四、紅外測溫，運維PDA可以通過紅外線對現(xiàn)場保護裝置就像測溫。第五、缺陷錄入、運維PDA支持對當前巡檢設(shè)備的缺陷進行查看和實時錄入。

(5)裝置調(diào)測：此組件主要有以下2個作用：第一、提供用于輔助用戶和虛擬測試儀進行人機交互的UI界面，便于用戶根據(jù)需求定制輸入激勵。第二、將裝置的反饋輸出進行展示和分析[10-12]。

運維PDA使用流程如圖4所示。

圖4 運維PDA使用流程

3 系統(tǒng)應(yīng)用

本文提出的繼電保護運維系統(tǒng)已經(jīng)開始陸續(xù)在一些中小型變電站和發(fā)電廠中投入使用。以蘇州110 kV由巷變?yōu)槔故揪C合運維系統(tǒng)的部分核心功能和關(guān)鍵特征。

運維PDA軟件架構(gòu)如圖5所示。

圖5 運維PDA軟件架構(gòu)

(1)展示運維系統(tǒng)提供的蘇州110 kV由巷變的全站物理配置信息，如圖6所示。

圖6 全站物理配置信息

(2)展示運維系統(tǒng)提供的SV虛端子連接示意圖，如圖7所示。

圖7 SV虛端子連接示意圖

(3)最后、展示運維系統(tǒng)提供的工單巡檢示意圖，如圖8所示。

4 結(jié) 論

本文從系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計、詳細模塊設(shè)計和實際應(yīng)用三個方面介紹了就地化繼電保護裝置的全生命周期綜合運維系統(tǒng)的設(shè)計思想和整體架構(gòu)。

本系統(tǒng)的特點在于，第一、提供了支撐整個變電站運維流程的可視化工單系統(tǒng)，能夠覆蓋變電站運維的全生命周期；第二、系統(tǒng)提供了人員管理和掃描認證的雙重權(quán)限認證手段，可以更安全和高效的確保變電站運維的可靠性和正確性；第三、系統(tǒng)提供了豐富的全景可視化手段，可以高效和快捷地幫助運維人員了解變電站的整體和細節(jié)信息和資料；第四、系統(tǒng)提供了全面的就地化裝置的運維巡檢手段，包括遠程液晶、定值比對和波形回放等等，解決了就地化裝置沒有HMI和傳統(tǒng)調(diào)試工具無法使用的問題。實際運行和測試結(jié)果表明了此方案的可行性、正確性和易用性[13]。

圖8 工單巡檢

實踐證明本系統(tǒng)將極大提高就地化繼電保護裝置的運維和巡檢效率、縮短運維難度、降低開發(fā)人力成本、提高變電站的安全性和穩(wěn)定性。