基于人工智能的變電站檢修信號(hào)驗(yàn)收上送告警模式研究

張昊, 張宇, 李勝, 王國(guó)鵬

(國(guó)網(wǎng)冀北電力有限公司, 北京 100055)

0 引言

自2010年，國(guó)內(nèi)首座智能變電站在青島建成，以此基于人工智能的變電站開始在電網(wǎng)中有所凸顯，并逐漸發(fā)展壯大。以國(guó)網(wǎng)某市供電企業(yè)為例，從建成變電站并投入運(yùn)行之后，目前所轄區(qū)域內(nèi)智能變電站數(shù)量不斷增加，占據(jù)了本市所有變電站很大份額，且依舊處于逐漸擴(kuò)展的趨勢(shì)。與普通變電站比較分析，既有基于人工智能的變電站裝置采樣與開入提前轉(zhuǎn)變成了數(shù)字量。既有智能變電站裝置發(fā)生了后移，在普通變電站中，裝置開出從裝置直接開出模擬量智能變電站中，裝置通過GOOSE鏈接開出數(shù)字量，并在智能終端轉(zhuǎn)換成模擬量出口，這樣一來，智能變電站的驗(yàn)收工作將面臨著巨大挑戰(zhàn)[1]。

1 智能變電站結(jié)構(gòu)

目前，智能變電站主要利用三層兩網(wǎng)結(jié)構(gòu)[2]。

1.1 站控層

站控層涉獵范圍比較廣泛，其中主要包含站級(jí)監(jiān)視控制系統(tǒng)、站域控制系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、對(duì)時(shí)系統(tǒng)等等，以此面向全站設(shè)施設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視、控制、告警以及交互信息，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、監(jiān)視控制、操作閉鎖、同步相量采集、電能量采集、保護(hù)信息管理等。

1.2 間隔層

設(shè)施設(shè)備主要就是繼電保護(hù)裝置、測(cè)控裝置、故障錄波裝置等等，以此實(shí)現(xiàn)保護(hù)、運(yùn)行監(jiān)視、操作與控制等各項(xiàng)功能。

1.3 過程層

設(shè)施設(shè)備主要包含合并單元與智能終端等等，以促進(jìn)電壓、電流信號(hào)采集、模數(shù)轉(zhuǎn)化、一次設(shè)備告警信號(hào)采集、一次設(shè)備操作與控制等。

1.4 站控層網(wǎng)絡(luò)

站控層設(shè)施設(shè)備與間隔層設(shè)施設(shè)備之間進(jìn)行信息交互的網(wǎng)絡(luò)，傳輸MMS與GOOSE報(bào)文，主要是為了監(jiān)視和控制站域。

1.5 過程層網(wǎng)絡(luò)

過程層網(wǎng)絡(luò)就是間隔層設(shè)施設(shè)備和過程層設(shè)施設(shè)備間的信息交互網(wǎng)絡(luò)，傳輸SMV采樣值與GOOSE報(bào)文，其要求具備較高的實(shí)時(shí)性與可靠性。為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)保護(hù)裝置的穩(wěn)定安全運(yùn)行，需要保護(hù)裝置與合并單元、智能終端間利用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式進(jìn)行光纖連接，就是所謂的直采直跳。

2 智能變電站的信息流與報(bào)文處理

2.1 信息流

為了確保信息采集與控制指令下達(dá)的精確程度，基于人工智能的變電站一般會(huì)利用直采直跳的方式，傳輸保護(hù)裝置和智能終端間的信息流。而SV和GOOSE信息在同一時(shí)刻傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)交換機(jī)中，以供后臺(tái)、電能表、公用設(shè)施設(shè)備獲取使用，且具有良好的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能，可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)設(shè)施設(shè)備之間的相互操作功能。

2.2 報(bào)文

SV報(bào)文就是采樣值的數(shù)字化傳輸信息，以發(fā)布/訂閱機(jī)制為基礎(chǔ)，屬于過程層與間隔層設(shè)備相互通信的構(gòu)成部分。在實(shí)踐應(yīng)用過程中，在合并單元檢修壓板投入的時(shí)候，發(fā)送的數(shù)據(jù)通道進(jìn)行檢修，發(fā)送采樣值報(bào)文中的數(shù)據(jù)品質(zhì)的Test位應(yīng)該置True。SV接收端裝置應(yīng)該把接收的報(bào)文Test位和裝置檢修壓板狀態(tài)做對(duì)比分析，兩者保持一致的狀態(tài)下，才會(huì)利用信號(hào)進(jìn)行保護(hù)邏輯。而不一致時(shí)，接收端裝置依舊應(yīng)該計(jì)算并顯示相關(guān)幅值。GOOSE報(bào)文屬于一種面向通用對(duì)象的變電站事件，主要是為了實(shí)現(xiàn)多項(xiàng)IED信息傳遞，保護(hù)傳輸?shù)奶祥l信號(hào)，其傳輸?shù)某晒β史浅８摺Ｔ趯?shí)際應(yīng)用過程中，在裝置檢修壓板投入的時(shí)候，裝置發(fā)送報(bào)文的test應(yīng)置True。GOOSE接收端裝置應(yīng)該把接收的test位和裝置檢修壓板狀態(tài)做對(duì)比分析，想著處于一致狀態(tài)時(shí)，才會(huì)把信號(hào)作為有效信息加以處理[4-6]。

3 出線路間隔檢修機(jī)制

3.1 出線間隔的構(gòu)成

基于人工智能的變電站，其完整線路的出線間隔不管一次性主線利用怎樣的接線方式，從一次設(shè)備到二次保護(hù)裝置都包括在三層兩網(wǎng)系統(tǒng)中。由此可知，智能變電站的組成部分包含多個(gè)網(wǎng)絡(luò)化智能單元，因此其結(jié)構(gòu)與功能相對(duì)復(fù)雜，這就需要相關(guān)部門深入探究其檢修狀態(tài)。

3.2 線路保護(hù)裝置至檢修

在線路保護(hù)裝置投入檢修狀態(tài)功能壓板時(shí)，其他裝置處于正常的運(yùn)行狀態(tài)下，這時(shí)起便可以有序收集從智能終端和線路合并單元上送的開關(guān)量與模擬數(shù)字量，在線路出現(xiàn)故障的時(shí)候，另一線路保護(hù)裝置開始動(dòng)作，跳開斷路器，而因?yàn)榫€路保護(hù)裝置具備檢修狀態(tài)功能壓板，可以人工干預(yù)數(shù)字信號(hào)，改變品質(zhì)因數(shù)，因此保護(hù)裝置只能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。這樣一來，在線路保護(hù)出現(xiàn)故障的時(shí)候，線路保護(hù)裝置則不會(huì)動(dòng)作。在相同情況下，其他的保護(hù)裝置可以有序運(yùn)轉(zhuǎn)，但是，在檢驗(yàn)線路保護(hù)裝置的保護(hù)功能時(shí)，需要利用實(shí)驗(yàn)設(shè)備檢驗(yàn)其邏輯功能，這時(shí)保護(hù)功能可以正常運(yùn)行，但是，由于受品質(zhì)因數(shù)影響，只能夠終端與斷路器進(jìn)行輔助保護(hù)[7-8]。

3.3 智能終端至檢修

在基于人工智能的變電站終端投入檢修狀態(tài)功能壓板位置進(jìn)行檢修的時(shí)候，相同間隔裝置不會(huì)投入，便可以正常運(yùn)行，而在跳本斷路器智能終端相關(guān)保護(hù)時(shí)，因?yàn)橥度霗z修狀態(tài)壓板，對(duì)自身所需接受數(shù)據(jù)信息限定品質(zhì)因素，因此在以上保護(hù)跳閘或遙控跳閘GOOSE信號(hào)傳輸?shù)街悄芙K端的時(shí)候，因?yàn)槠焚|(zhì)因數(shù)問題，導(dǎo)致難以符合接收方的相關(guān)要求，導(dǎo)致無法跳閘。

3.4 合并單元至檢修

在合并單元至檢修時(shí)，投入檢修狀態(tài)功能壓板，其他裝置有序運(yùn)轉(zhuǎn)。如果以此設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)，或電子式電流互感器開展生流實(shí)驗(yàn)，其他與其相關(guān)的保護(hù)裝置都可以接收到合并單元上送的數(shù)字信號(hào)。因?yàn)槠渫度氲臋z修狀態(tài)功能壓板，干預(yù)了上送的數(shù)字信號(hào)的品質(zhì)因數(shù)，因此其他保護(hù)裝置只能夠進(jìn)行采樣，盡管電流值已經(jīng)達(dá)到保護(hù)動(dòng)作值的標(biāo)準(zhǔn)，也無法啟動(dòng)。

3.5 斷路器輔助保護(hù)至檢修

斷路器輔助保護(hù)投入檢修狀態(tài)功能壓板，智能終端與線路保護(hù)處于正常狀態(tài)下進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)斷路器輔助保護(hù)實(shí)行邏輯檢驗(yàn)。因?yàn)橥度霗z修狀態(tài)功能，所發(fā)出的啟動(dòng)線路保護(hù)遠(yuǎn)傳發(fā)信與跳本斷路器、相鄰斷路器的信號(hào)品質(zhì)因數(shù)備受干擾，因此，線路保護(hù)與斷路器智能終端無法判斷信號(hào)，線路保護(hù)無法發(fā)出信號(hào)，智能終端就不能出口[9-11]。

4 基于人工智能的變電站檢修信號(hào)驗(yàn)收上送告警模式

在傳統(tǒng)變電站進(jìn)行檢修的時(shí)候，采取基于保護(hù)和測(cè)控裝置的短接電流端子、打開壓板、解掉端子各裝置間連接線的方法，落實(shí)安全保護(hù)措施，以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)檢修過程中不會(huì)影響其他裝置的目標(biāo)。智能變電站已經(jīng)基本上取消了硬壓板和硬接線，難以實(shí)施傳統(tǒng)模式的安全保護(hù)措施，要求切實(shí)依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，合理選擇保護(hù)裝置、智能終端等安置在檢修狀態(tài)下，只有這樣，才可以確保在檢修的時(shí)候不會(huì)影響其他裝置。為了有效防止檢修信號(hào)占用通道，或者干預(yù)監(jiān)控的正常進(jìn)行，總控裝置并沒有上傳帶檢修狀態(tài)的信號(hào)，從而衍生了基于人工智能的變電站保護(hù)傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)，難以與監(jiān)控相驗(yàn)收的不良現(xiàn)象，只能夠借助后臺(tái)加以驗(yàn)收。但是，現(xiàn)階段變電站實(shí)行無人值班模式，這樣一來，因?yàn)楸O(jiān)控?zé)o法實(shí)時(shí)跟蹤現(xiàn)場(chǎng)設(shè)施設(shè)備的定期實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行監(jiān)控功能驗(yàn)證，必然會(huì)直接影響監(jiān)控的安全性與可靠性，即發(fā)生故障的時(shí)候，沒有語音，不推畫面，信號(hào)系統(tǒng)紊亂等，導(dǎo)致監(jiān)控功能丟失。對(duì)此，必須構(gòu)建基于人工智能的變電站檢修信號(hào)驗(yàn)收上送監(jiān)控告警窗口的綜合性智能告警方法。在防止檢修信號(hào)占用通道資源，干擾正常監(jiān)控的同時(shí)，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)監(jiān)控與智能變電站現(xiàn)場(chǎng)的保護(hù)全回路傳動(dòng)驗(yàn)收。具體如圖1所示[12]。

圖1

5 智能變電站檢修信號(hào)驗(yàn)收要點(diǎn)

5.1 過程層驗(yàn)收

其一，一次設(shè)備校驗(yàn)，傳感器的外觀、電氣回路、機(jī)械特征、元器件的固定、導(dǎo)線連接的可靠性、絕緣性、遠(yuǎn)程通信數(shù)據(jù)等等。其二，智能組件校驗(yàn)，各個(gè)環(huán)節(jié)監(jiān)測(cè)IED的安裝接線和軟件調(diào)試，主IED和站控層之間的通信聯(lián)調(diào)，控制單元的傳動(dòng)試驗(yàn)。其三，電子互感器，在合并單元輸入光纖接口調(diào)試，輸出接口調(diào)試，采集器調(diào)試，交流模擬量采樣精確度校驗(yàn)。

5.2 間隔層驗(yàn)收

間隔層設(shè)施設(shè)備主要就是利用間隔數(shù)據(jù)，并作用于間隔一次設(shè)備，就是和各種遠(yuǎn)方輸入、輸出、智能傳感器、控制器進(jìn)行通信。所有的設(shè)備、元器件都需要明確標(biāo)識(shí)，保護(hù)和測(cè)控等各種裝置相關(guān)信息也需要一一檢查，二次接線和二次回路驗(yàn)收的時(shí)候，需要確保跳閘邏輯、出口行為符合相關(guān)要求，并相互配合進(jìn)行信號(hào)傳動(dòng)試驗(yàn)。

5.3 站控層驗(yàn)收

站控層主要包括自動(dòng)化、站域、通信、對(duì)時(shí)等系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)面向全站或一次設(shè)備的測(cè)量與控制功能，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和監(jiān)視控制操作閉鎖，并采集電能量、管理保護(hù)信息。同時(shí)，還要詳細(xì)測(cè)試傳輸規(guī)約和應(yīng)用性功能，并進(jìn)一步審查設(shè)備校驗(yàn)、測(cè)試和調(diào)試報(bào)告等。即監(jiān)控系統(tǒng)四遙信號(hào)功能的健全性，測(cè)控裝置通信與相關(guān)要求的符合程度，逆變電源交直流切斷的正常性等等[13]。

5.4 順序控制驗(yàn)收

所謂驗(yàn)收需要確定系統(tǒng)中指令可以完成設(shè)備控制相關(guān)要求，在順序操作指令中，可以輸入其檢查、校核、操作完成的回饋信息。

5.5 設(shè)備狀態(tài)可視化驗(yàn)收

將一次設(shè)備狀態(tài)信息進(jìn)行采集存儲(chǔ)，驗(yàn)收信號(hào)的選擇性內(nèi)容與方式方法的顯示，告警信號(hào)邏輯相關(guān)功能，驗(yàn)收提前預(yù)置的事故和異常處理方法的準(zhǔn)確性，以及其與智能變電站現(xiàn)場(chǎng)的符合程度。

5.6 智能告警與決策驗(yàn)收

充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼夹g(shù)的優(yōu)勢(shì)與作用，就故障發(fā)生的關(guān)鍵性條件，切實(shí)結(jié)合接線、運(yùn)行、邏輯、時(shí)序等進(jìn)行綜合性判斷，并保存故障信息與處理動(dòng)作[14-15]。

6 總結(jié)

總而言之，基于人工智能的變電站驗(yàn)收檢修信號(hào)，與傳統(tǒng)變電站比較分析，存在著明顯的差異。其中，智能變電站進(jìn)行采樣需要提前轉(zhuǎn)變成數(shù)字量，各個(gè)裝置采樣主要包括直采與網(wǎng)采方式，開入與開出也不例外，都屬于數(shù)字量，包括直聯(lián)與組網(wǎng)，導(dǎo)致安全措施難以貫徹落實(shí)。而構(gòu)建智能變電站檢修信號(hào)驗(yàn)收上送告警模式，不僅可以有效解決檢修設(shè)備保護(hù)傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)難以和監(jiān)控設(shè)備相驗(yàn)收的難題，還可以雙重化配置變電站總控裝置信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)模式，從而實(shí)現(xiàn)資源通道與自動(dòng)化設(shè)備資源的有效節(jié)省，并進(jìn)一步促進(jìn)對(duì)智能變電站設(shè)備的保護(hù)校驗(yàn)，以此進(jìn)行全過程驗(yàn)收。