數字化變電站光纖運維模式應用

姚浪 張彬 李為平 李青峰 楊波

摘 要：近年來，隨著我國電網規模的高速發展，以及計算機、通信、控制技術發展，電力系統的運行管理模式也發生了重大變化。光纖作為繼電保護通道得到廣泛的應用，但運行過程中會出現大量衰減和中斷的情況，而往往檢測故障存在困難麻煩等問題。本文從數字化變電站的特點出發，分析集中監控運維模式，并為改進數字化變電站的集中監控運維模式提出建議。

關鍵詞：數字化變電站;集中監控;運維模式

引言

據《BP 世界能源統計年鑒》2018 版顯示，2017 年中國發電總量為 6495.1 太瓦時，占世界發電總量的 25.42%，與 2016 年相比年增長率達到 6.2%[1]，這與我國龐大的變電站基數分不開，而變電站作為整個電網的心臟，設備運行安全和運維檢修人員人身安全是電力管理的重點、難點。

光纖作為繼電保護的通道介質具有不怕超高壓與雷電電磁干擾、對電場絕緣、頻帶寬和衰耗低等優點。隨著電力光纖網絡的逐步完善，光纖保護也將在繼電保護領域中得到更為廣泛的應用。但因為光纖保護的大量使用，通道所出現的問題也不斷增加。在光纖運行過程中會出現大量衰減和中斷的情況，比如交換機光口的接觸不良，法蘭盤光纖熔接不可靠。這些問題如沒能及時發現，時間運行久了會造成設備報警，提示光纖斷裂。這時候，運維人員就需要到現場進行光纖維護。而現場維護檢測中，智能終端通過光纖連接到法蘭盤，法蘭盤后的光纖再經過多級交換機和保護裝置連接。從智能終端一側測試保護裝置發光的損耗，非常的麻煩。

現目前，國家電網公司運維管理仍采用運維站和無人站相結合的變電站管理模式。運維班負責所轄變電站的現場設備巡視工作，運維巡視的主要目的是對變電一次、二次設備運行狀態各方面量化數據進行統計，并及時發現并上報設備故障信息，適時安排檢修人員進行維修，所以變電站設備運行安全狀態的評估主要依賴于設備運維巡視。隨著科技的進步和技術的發展，設備運維巡視的方式也逐漸改變，運維檢測技術也不斷提高，尤其光纖通道運行檢測過程中存在很多問題，因此在檢測維護過程中實現運維儀是必需的。

1 數字化變電站運維基本特征

1.1變電站運維現狀

目前變電站建設了視頻監控、微機保護等多個監護系統，用于變電站電氣設備運行參數實時監控，保證在電氣設備發生故障的第一時間，故障得以發現并通知，并使運維人員可以在短時間內快速響應。然而，單單依靠目視檢查、視頻監控、微機保護等監護系統，實現對電氣設備的監測，其數據來源仍十分單一，遠遠不能滿足變電站全方位監控的建設需求。對于電氣設備的安全運行來說，導致其故障的因素很多，并不能只關注電氣設備單一特征的內部或外部變化，如果不及時發現和消除隱患，可能會發展成各種故障，對電力系統的安全穩定構成威脅[2，3]。因此人工到站對設備運維巡視仍是必須的，而人工到站檢查時只通過目視檢查是不夠的，智能化輔助工具是必須，比如數字化變電站光纖通路運維儀可作為此類工具，運用到光纖檢查上。

數字化變電站巡視是運維管理的基礎，可以有效保障電氣設備安全，通過巡視發現設備的運行狀態的變化，從而定位電氣設備的缺陷和隱患，提出具體的維護內容，以便及時消除缺陷，防止事故發生，將故障降到最低限度，確保設備的安全和電力系統的穩定[4]。變電站設備巡檢在變電站運行中起著非常重要的作用，能及時發現事故隱患，防止事故發生。

變電站，尤其是數字化變電站中，大量運行的設備都通過光纖進行通信連接。運行過程中會出現大量衰減和中斷的情況。比如交換機光口的接觸不良，法蘭盤光纖熔接不可靠。

這些問題，建設過程中也許沒有發現。但是時間運行久了，損害增加，造成設備報警，提示光纖斷裂。這時候，運維人員就需要到現場進行光纖維護。

例如智能終端到保護測裝置，智能終端通過光纖連接到法蘭盤，法蘭盤后的光纖再經過多級交換機和保護裝置連接。

從智能終端一側測試保護裝置發光的損耗，非常的麻煩。

首先，需要用發光筆打光檢測通路是否正常。

然后再用光功率計測試光纖損耗。法蘭盤到設備端時，一端有有效光源而一端無光源，無法進行雙向通信的測試。

備用光纖沒有任何有效光源，無法進行衰減測試。

發光筆及光功率計配合只能測試一條光纖的通斷和光衰。

如果要測試多條光纖的損害時，需要對應多倍的測試時間，工作效率極低。

1.2光纖運維目前監測技術

智能光纖監測技術（eODN）是光纖通信先進的網絡運維技術。通信支撐是堅強智能電網的重要組成部分，而基于EPON（Ethernet passive optical network，以太網無源光網絡的光纖通信以其無源可靠、經濟高效、高速和遠距離覆蓋的特性，在智能電網配電自動化、用電信息采集和電力光纖到戶的建設過程中得到了成熟和廣泛的應用，不斷提高配電、用電的效率和電力網絡的可靠性。

eODN 智能光纖網絡監測技術主要通過發送測試光脈沖到光纖內，然后對反射回的光進行檢測。光纖末端、光纖斷裂以及連接器等事件可以通過脈沖的反射反映到終端上，終端根據光反射回來所花費的時間來確定每個事件的距離。

采用eODN 智能光纖網絡監測技術進行光鏈路狀態監測和故障定位，采用雙色曲線對比光路新舊事件。在光路狀態正常情況下，啟動終端測試，將健康數據曲線存儲下來; 在網絡運行過程中，終端測試數據實時刷新并同健康數據實時對比，從而實現光路的實時、在線、性能監測; 在光路出現故障以后，終端試的測試結果與健康參數數據將會出現明顯差異，系統發生預警，通過兩條曲線數據差異的對比分析即可獲得故障點精確位置。

1.3光纖通道控制的優勢

光纖通道首先在通信技術中得到廣泛的應用，它是基于用光導纖維作為傳輸介質的一種通信手段。光纖通道相對于其他傳統通道具有如下優勢：

（1）頻帶寬，傳輸的信息量大。這樣可以使線路兩端保護裝置盡可能多的交換信息，從而可以大大加強繼電保護動作的正確性和可靠性。傳輸質量高，誤碼率低。這種特點使得光纖通道很容易滿足繼電保護對通道所要求的"透明度"。即發端保護裝置發送的信息，經通道傳輸后到達收端，使收端保護裝置所看到的信息與發端原始發送信息完全一致，沒有增加或減少任何細節。

（2）抗干擾能力強。由于光信號的特點，可以有效的防止雷電、系統故障時產生的電磁方面的干擾，因此，光纖通道最適合應用在繼電保護通道。

1.4光纖通道運維技術的研究

將發光筆和光功率計進行融合。設備發出的光源為有效光源，對端可直接接受測量光衰。發光源與接收器融為一體，即可發出有效光源，又可以測試光衰，從而實現雙向通信測試。然后，將單個發光源和接受器擴展為多個發光源和接收器，可以同時進行多個光纖通道的測試。一旦發現通道中斷，只需移動一端的測試器向對端繼續測試，即可慢慢定位問題光纖位置。同時備用光纖的狀態非常清晰，隨時可以做替換使用。研究成果為測試設備對人身與環境無影響，在進行衰耗測試時，光纖通道已退出運行，對電網無影響，可實現8路同時測試;光纖類型多模單模兼容;光纖通道衰耗測試時間縮短50%，效率提高幾倍。

2 數字化變電站集中監控運行

在變電站集中監控加少人值守管理新模式下，由集控中心負責各個受控變電站的運行監盤、無功設備投退、運行轉熱備用（熱備用轉運行）操作，調度的指令直接下達到集控中心，由集控中心負責組織調度指令的實施和異常事故處理，受控變電站現場實施少人值班，負責變電站的設備巡視、維護、定期輪換試驗和場地設施維護工作，并在在集控中心的指揮下完成變電站現場的倒閘操作和異常事故處理。

新模式下突破傳統的有人值班模式，規范集控、受控站的工作流程及業務分界面，豐富集控中心的工作內涵，讓集控中心承擔部分調度管理職能，通過集控中心和受控站地有序配合，有利于事故的快速處理，且大部分操作由集控遠方遙控執行，變電站人員進行配合位置檢查，及現場冷備用轉檢修操作的操作模式，大大提高了操作效率。數字化變電站的智能化設備、信息通信網絡和遠方監控能力為集中監控提供了最佳技術支持和保障。

3 運維模式具體實現

3.1監控和操作一體化

監控及操作一體化的模式對運行調度員的素質要求相對較高，因為調度員不但需指揮電網的設備操作、事故的處理與監視電網的運行參數，還需代替變電站值班的人員所監視變電站的本體設施運行情況、設備的保護操作與管理信息，工作量比較大，加大了運行調度員工作的負擔，無法發揮地區的電網調度職能，導致出現操作失誤與信息混亂等問題。

3.2監控和操作分設化

監控及操作分設化的模式有設置統一集中的監控中心，有相應的聯系職能與操作職能，且實時監控所有變電站遠程的工作。在運行操作班時，進行分區域的配置，可依據所在區域負責變電站操作與工作許可以及巡視、驗收、處理事故的運行管理。此模式有效促進變電運行劃分內部職能，職責更清晰。但因設置統一集中的監控中心，增加變電站時不需增加監控工作人員的數量，因此，當變電站的規模達到一定程度時，監控及操作分設化的運行模式減人增效特征最明顯。

3.3區域監管化

對區域進行監控管理的模式主要是將監控設置于調度室，有利于實現調度與監控一體化，并且由運行調度員監控或是監控人員監控區域內設備的調度，有效將調度與監控一體化，提升了人力資源利用的效率，確保調度與監控的統一，對區域進行監控管理的模式在一定程度可作為是操作及監控分設化延伸。但此模式不適應于當前國家電網的調度模式，更利于在低于110千伏電壓等級的變電站，或是密集區域實施。

4 運維模式改進建議

4.1采用綜合監控技術

變電站的視頻監控、環境監測、安全防范、火災報警、門禁等子系統，大都采取獨自運行的模式，使用不同的渠道采集信息，甚至各自擁有維護管理人員，這樣無法實現所有系統的集中監控管理，間接減少了系統的工作效率，提高了它的使用和管理成本。所以數字化變電站集中監控盡量采用綜合監控技術，使各系統之間的關系發生改變，不再是簡單的功能復加，它們之間有了聯系，并可以根據需要把相應的功能進行關聯，在符合觸發條件時同時發揮相應的作用。

4.2提高運行抗風險的能力

1）提升監控中心自動化的水平，有利于監控中心實現全面監視的能力，提升變電站的自動化系統保障能力，加快數字化的變電站研發工作，加強監控中心數據采失的能力。2）提升監控中心的值班人員素質，尤其是對監控中心的值班人員調度能力的培訓需加強。3）擴寬遠控操作的范圍，加快研發程序化的操作。監控中心目前控制功能僅是對開關的遠控操作，因而為編短操作的時間，提升操作的科技含量，需擴寬遠控的操作范圍，令監控中心具布遠方控制功能。

4.3采用智能分析技術

集控站在所轄變電站有數以百計的監控單元，如果僅憑監盤值班員對后臺視頻監控機的監控顯示畫面進行監視，往往難以發現某個變電站出現的問題。以往的系統大都是釆用事后重現現場畫面的方式，在事故發生后只起到分析原因的作用，無法起到警示提醒的作用。如果能夠在事件剛發生之時就進行有效的制止和防范，對于變電站的安全平穩運行將起到顯著的效果。但由于設置在站內的監控單元數量大、視頻監控畫面過多，會分散監盤值班員的注意力，無法及時注意到有效視頻信息。利用智能分析技術，可以把無效信息過濾，通過分析處理后只保留有用的數據，并存儲與集控站。智能視頻分析技術與以往的監控技術相比，擁有更為出色的有效性和持久性，它的服務器可以對釆集信號進行分析處理，能夠劃分監控區域，識別運動物體，且可以不間斷的進行監視，極大程度的減輕監盤值班員的工作量，發現異常時，能夠及時監視有效畫面并發出告警信號，避免了漏報和誤報，提高了監盤值班員的工作效率。

4.4提高班組人員素質

在如今運維模式下，原有的工作流程發生了變化，這對班組人員工作中的 自我安全監督管控提出更高的要求。培養數字化變電站的運維人才將比傳統變電站的更難，周期更長。在現場作業中風險增大、任務加重的情況，需建立有效的人才培訓體系，制定如今運維人才評價標準，促進員工逐漸轉變觀念，才能保障運維高效工作的持續進行。

5 結語

隨著經濟的發展和人民生活水平的提高，電能在現代社會中的地位越來越重要，由各種發電廠里將其他形式的能量轉化為電能，再由各類變壓器和輸電線路傳入變電站，最后通過變壓器和配線網絡分配到千家萬戶。在這過程中，顯然需要精確可靠的監控系統能夠監視數字化變電站電能的品質并調度電能的流向。而傳統的電力二次設備及其監控系統在改造，維護，可視化方面存在各種各樣的不足。目前電力自動化技術的進步顯著，數字化變電站綜合自動化、變電站集中監控、調度自動化技術得到廣泛應用。

本文基于變電站的運維現狀，對數字化變電站的集中監控運維模式進行了探究，并提出了能改進的方法，能縮短故障維護時間，降低維護人員的工作強度，方便設備運行管理。

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