220 kV智能變電站運行的異常缺陷及技術(shù)改進(jìn)

唐紀(jì)捷

國家電投集團(tuán)江蘇新能源有限公司，江蘇 鹽城 224000

0 引言

相比普通變電站，智能變電站的功能更加多樣，同時內(nèi)部組成也更加復(fù)雜，隨著投入使用年限的增加，在運行期間出現(xiàn)故障的頻率也會相應(yīng)提升。筆者結(jié)合管理經(jīng)驗，梳理智能變電站常見的問題如下：（1）一般運行缺陷。電氣設(shè)備與線路在安裝時，由于設(shè)備、線纜自身存在缺陷，或者安裝效果不理想，導(dǎo)致在智能變電站投入運行后，因為接觸不良使得某些設(shè)備無法正常運行，影響智能變電站各項功能的發(fā)揮。例如，變壓器出現(xiàn)密封失效，進(jìn)而導(dǎo)致漏油問題，影響變壓器的正常使用。（2）嚴(yán)重缺陷。保護(hù)裝置頻繁出現(xiàn)誤動、拒動，無法正常進(jìn)行告警，導(dǎo)致出現(xiàn)問題難以第一時間發(fā)現(xiàn)，由此引發(fā)更為嚴(yán)重的系統(tǒng)性故障。隔離開關(guān)輔助觸點無法正常閉合，或者通信系統(tǒng)故障，造成信號丟失等。

1 220 kV智能變電站運行的技術(shù)改進(jìn)

1.1 應(yīng)用智能站元件保護(hù)

為了進(jìn)一步提高220 kV智能變電站各類電氣設(shè)備和線路的可靠性，對線路及元件配置方式進(jìn)行了優(yōu)化。

（1）增加了電流合并單元。從原來“一對多”的接入方式轉(zhuǎn)換成了“點對點”的接入方式，從而對每一條線路、每一臺設(shè)備進(jìn)行直接采樣。同時，將多條保護(hù)線路按照電壓等級進(jìn)行區(qū)分配置，得到220 kV、110 kV、35 kV和10 kV線路間隔配置雙套合并單元。

（2）增加了線路保護(hù)裝置。采用電壓、電流雙信號作為控制變量，在檢測到線路同時存在過壓、過流情況后，直接跳閘，發(fā)揮保護(hù)功能。此外，還有采用雙重化配置的智能終端、錄波器裝置等。220 kV線路保護(hù)配置如圖1所示。

除優(yōu)化保護(hù)配置提高智能變電站運行穩(wěn)定性外，還設(shè)置了自動運維功能：①辨識告警信號。線路運行期間發(fā)現(xiàn)過載、過熱等異常信號后，該保護(hù)系統(tǒng)可自動識別并進(jìn)行告警，提醒管理人員及時采取措施。②軟壓板自動投退。在執(zhí)行線路日常檢修或故障處理時，SV軟壓板自動退出，保障檢修作業(yè)的安全。當(dāng)線路停電或斷路器斷電時，SV軟壓板自動退出。當(dāng)檢修完成或故障排除后，重新啟動線路，SV軟壓板自動接入[1]。

1.2 引進(jìn)網(wǎng)絡(luò)通信機(jī)制

智能變電站采用基于IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的通信機(jī)制，根據(jù)信息交互模式的不同，又可分為基于TCP/IP的分散式傳輸和基于MAC地址的組播傳輸。對比來看，TCP/IP分散式傳輸可以將信息分散到不同的通信線路中，降低通信壓力，但是會導(dǎo)致站控層和應(yīng)用層之間信息不對稱。基于MAC地址的組播傳輸則實現(xiàn)了站控層、應(yīng)用層、間隔層之間的信息共享，因此在智能變電站的網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)中應(yīng)用效果更好。

基于MAC地址的組播傳輸，根據(jù)通信原理的不同又可分為靜態(tài)組播、動態(tài)組播兩種模式。其數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方式如圖2所示。

結(jié)合圖2，靜態(tài)組播適用于只有少量數(shù)據(jù)進(jìn)入終端的情況，此時對交換機(jī)的通信能力和數(shù)據(jù)處理能力要求較低，采用靜態(tài)組播進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，可以有效降低成本并簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。交換機(jī)利用多個串口，分別與各個IED完成數(shù)據(jù)傳遞，并將接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)化、處理后，統(tǒng)一發(fā)送給MU。動態(tài)組播（GMRP）本質(zhì)上是一種實體協(xié)議，執(zhí)行IEEE 802.1P協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，可用于交換設(shè)備之間以及交換設(shè)備與終端設(shè)備之間，自由完成信息收發(fā)。

1.3 推行智能變電站軟壓板

智能變電站內(nèi)軟壓板管理系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、數(shù)據(jù)計算模塊、數(shù)據(jù)分析、服務(wù)模塊等。該系統(tǒng)的主要功能如下：

（1）數(shù)據(jù)處理。對于前端采集并傳輸至該系統(tǒng)的海量數(shù)據(jù)，基于AI技術(shù)中的專家系統(tǒng)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并根據(jù)處理結(jié)果展開分析，掌握智能變電站各處的運行情況。同時，支持管理員查詢歷史數(shù)據(jù)，了解某段時間內(nèi)變電站的運行情況。

（2）軟壓板邏輯管理。檢修過程建模的作用是模擬智能變電站一次、二次設(shè)備的軟壓板操作序列，構(gòu)建與之匹配的模型，并且進(jìn)行仿真運行，以便于及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備運行的異常情況。

（3）運行監(jiān)視。利用傳感器、攝像機(jī)等設(shè)備，實現(xiàn)對智能變電站各處運行工況的實時監(jiān)控，支持管理員隨時查詢某個時間段內(nèi)的監(jiān)視資料。

（4）軟壓板邏輯校核。支持手動和自動兩種校核模式，保證軟壓板管理系統(tǒng)正常運行。

（5）可視化發(fā)布。全站軟壓板信息通過互聯(lián)網(wǎng)平臺進(jìn)行發(fā)布，支持管理員遠(yuǎn)程掌握變電站現(xiàn)場情況，真正實現(xiàn)了無人值守和可視管理[2-3]。

1.4 智能變電站檢修監(jiān)測技術(shù)

無人值守是智能變電站的一大優(yōu)勢，為了保障變電站各項功能正常發(fā)揮，要求技術(shù)人員必須遠(yuǎn)程、實時監(jiān)測智能變電站系統(tǒng)的運行情況。這種情況下就需要創(chuàng)新監(jiān)測技術(shù)、引進(jìn)運行監(jiān)測系統(tǒng)。

技術(shù)人員利用綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)，將遠(yuǎn)程管理平臺和智能變電站系統(tǒng)聯(lián)系起來。同時，為了保障系統(tǒng)運行安全，在連接綜合應(yīng)用服務(wù)器前，設(shè)立了防火墻，以防止惡意入侵行為。在現(xiàn)場監(jiān)測系統(tǒng)中，主要包含220 kV GIS狀態(tài)監(jiān)測模塊、主變壓器狀態(tài)監(jiān)測模塊。以GIS狀態(tài)監(jiān)測為例，可同時監(jiān)測智能變電站運行期間是否存在泄漏電流，或者動作次數(shù)是否準(zhǔn)確。監(jiān)測信息通過光纖快速反饋至綜合應(yīng)用服務(wù)器，經(jīng)過智能處理后，將數(shù)據(jù)信號直觀地呈現(xiàn)在遠(yuǎn)程管理平臺，方便管理員掌握現(xiàn)場情況。

2 智能變電站異常工況的處理方法

對于智能變電站內(nèi)不同設(shè)備出現(xiàn)的異常工況，處理措施如下：

（1）電源插件的處理。觀察到電源指示燈變?yōu)榧t色、常亮?xí)r，使用萬用表分別檢測輸入、輸出電壓。若發(fā)現(xiàn)有電壓不穩(wěn)定、超限的情況，應(yīng)在切斷電源后及時更換電源插件。另外，檢查負(fù)載，若存在超載運行、異常發(fā)熱的情況，也要及時更換插件。

（2）CPU系統(tǒng)的處理。短時間內(nèi)連續(xù)出現(xiàn)多次死機(jī)、重啟情況，先檢查硬件，判斷是否存在CPU接觸不良問題。排除硬件原因后再檢查軟件，解決執(zhí)行程序問題。

（3）GOOSE光纖通道的處理。若發(fā)現(xiàn)信號延時明顯，誤碼率增加，檢查光纜是否存在損傷，以及光纖與交換機(jī)連接處是否有松動。檢查交換機(jī)和各IED，發(fā)現(xiàn)故障后及時更換設(shè)備。

（4）開關(guān)量回路的處理。對于開關(guān)量異常的情況，先檢查接線是否正常，硬件有無損壞，再判斷有無干擾，參數(shù)是否正常，及時屏蔽干擾和調(diào)校參數(shù)。

3 結(jié)束語

智能變電站的推廣應(yīng)用，讓變電站無人值守成為可能。在220 kV智能變電站的自動化運行中，由于設(shè)備自身方面的問題，或者是外部環(huán)境的影響，不可避免會出現(xiàn)通信中斷、顯示異常、誤動或拒動等問題。技術(shù)人員應(yīng)采取元件及線路保護(hù)配置、創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)通信機(jī)制、引進(jìn)實時監(jiān)測系統(tǒng)等一系列措施，保障智能變電站可以穩(wěn)定運行。