面向智能變電站的檢修安措管控機制

趙俊★ 方國權

（國網江蘇省電力有限公司超高壓分公司，江蘇 南京 211100）

0 引言

隨著智能電網的不斷發展，智能變電站在電網中得到了廣泛的應用。在近年來的工程實踐中，智能變電站投運數量日益增加，其二次系統檢修方面由于設備數量多、管理難度大、二次回路不直觀等因素導致的故障時有發生，給電網的安全穩定運行帶來挑戰[1]。因此，針對現階段智能變電站二次系統檢修中存在的問題和隱患，亟待采用面向智能變電站的檢修安措管控機制，改善二次設備檢修現狀，保障智能變電站的安全運行。

1 面向智能變電站的檢修安措管控機制

相比于傳統的變電站，智能變電站在二次系統中加入合并單元、智能終端以及大量交換機[2]，二次系統結構更加復雜，設備參數、網絡連接、二次回路連接以及端子連接全部集成于全站SCD文件中，二次回路中信息不可見[3]，電纜接線被光纖取代，裝置硬壓板功能由裝置內部軟壓板實現，因此智能站檢修二次安措最大特點就是電氣上沒有明顯的斷開點[4]，編寫以及執行安措時容易考慮不周從而影響運行設備。基于以上特點，本文從安措生成、安措校核、安措可視化三個角度出發，提出一種面向智能變電站的檢修安措管控機制。在該機制中首先基于檢修安措規則，采用統一的形式化語言通過檢修場景分解再組合的方式實現安措生成；接著建立安措校核靜態模型逐步對安措執行進行校核，最后基于可視化技術展示二次安措后的智能變電站的物理連接、二次回路以及壓板投退狀態。在該機制中，生成可靠、正確的檢修安措是核心，而安措校核和可視化可以作為保證安全性和正確性的兩道防線，在安措校核中計算機通過仿真預演自動地檢測出錯誤的安措執行步驟，在最后的可視化階段，二次專業人員則可以從全局視角對安措進行直觀檢查，以進一步提高檢修工作的安全性和可靠性。

2 安措生成技術

智能變電站二次安措對象包括軟壓板、硬壓板以及光纖等，安措隔離目的在于保證正常運行設備不受檢修工作影響。由計算機生成安措不僅要考慮當前智能變電站的運行狀態，還必須滿足一系列檢修安措規則。

2.1 檢修安措規則

檢修安措規則包含基本規則和裝置規則，其中前者是安措生成時必須遵守的，是在電力系統正常運行的一般性安全約束基礎上更具體更嚴格的描述[5]，具體如下所述：

（1）一次設備不可以在無保護狀態運行，當進行保護檢修等工作時，應該停役一次設備；

（2）檢修設備應與正常運行設備隔離開，檢修任務和檢修對象一旦確定，檢修操作需在安措隔離操作后再執行；

（3）當保護設備啟動或停止時，保護系統處于正常狀態，不具備出口跳閘能力，其中保護系統正常狀態是指系統輸入輸出和控制信號輸入輸出處于正常工作狀態；

（4）減少不必要的檢修計劃，從維修設備到操作設備的信號需要隔離，但從操作設備到維修設備的信號不需要隔離。

2.2 基于形式化描述的安措生成

常規變電站的檢修安措常用的方法為自然語言描述法，無法利用計算機對其進行處理。在智能變電站體系中，考慮到其自動生成檢修安措等過程對計算機的依賴性，應該利用計算機語言對其安措策略進行描述。因此設計一種形式化描述結構，在此基礎上的安措策略描述如圖1所示。

圖1 安措形式化描述結構

其中，Bay表示操作間隔信息；Task表示檢修任務；Operation表示檢修操作過程，其屬性及屬性說明見表1。

表1 基于形式化描述的安措屬性說明

安措生成以檢修安措基本規則為依據，同時也應該考慮智能變電站對象的狀態，包括其本身是否處于運行、檢修或停用狀態，所在一次間隔是否正常運行。基于智能變電站多種一、二次設備模型和狀態的基礎上生成形式化描述的安措應使其盡量適用于所有工作場景。實際上，通過對復雜的檢修工作場景進行分解，可以將其拆解成多個針對具體裝置的安措執行任務，因此首先基于檢修安措規則采用形式化語言生成的面向具體裝置的安措形式描述結構，再將這些結構進行組合，就可以涵蓋智能變電站的絕大部分的檢修安措場景。

3 安措校核技術

采用統一的計算機語言生成面向具體裝置的安措形式描述結構，再通過組合這些描述結構的方式可以生成面向實際場景的二次檢修安措。在二次安措生成后應對其進行校核，安措校核是對安措步驟進行仿真預演，用于在安措執行前，保證執行中的各項操作不會對正常運行的設備造成不利影響。

3.1 安措校核靜態模型

安措校核的關鍵是建立安措校核的靜態模型，該靜態模型應包含安措執行前智能變電站內各裝置的信息交互關系，考慮到智能站內的信息交互，在工程實踐中一般從以下三個角度展開[6]。

3.1.1 GOOSE/SV 接收訂閱關系

GOOSE/SV報文作為智能變電站中的實現保護功能的通信載體，其訂閱關系展示了站內二次虛回路連接狀態，SCD文件中包含GOOSE/SV接收訂閱關系。

3.1.2 設備的輸出和輸入軟壓板開斷關系

基于GOOSE/SV網絡，軟壓板在軟件層面上控制二次虛回路的通信通道。若數據由二次設備i輸出到二次設備j無傳輸通路，則SCD模型中對應的二次設備i的輸出軟壓板和二次設備j的輸入軟壓板也是退出的。

3.1.3 物理連接關系

SCD中二次虛回路連接與否也取決于光纖連接通道。二次虛回路在物理層面必須以光纖作為載體。

基于上述分析，以上3種表征智能變電站的設備通信交互的方式可以建模為3種靜態描述文件SCD、ICD和SPCD。其中，SCD文件描述報文訂閱關系、ICD文件對應軟壓板狀態，SPCD文件對應光纖連接狀態。

3.2 安措校核方法

在構建安措校核靜態模型后，可逐步進行安措校核。需要注意的是安措校核也需在滿足檢修安措規則的前提下進行，結合基于形式化描述結構生成的安措信息，安措校核步驟可以具體描述為：

步驟一、基于三類文件建立安措校核靜態仿真模型；

步驟二、在安措操作之前，利用在線監測設備獲得安措對象的位置信息、站內所有一二次設備狀態信息，預演安措裝置的初始狀態；

步驟三、統一用計算機語言形式化描述安措票信息，并通過計算機讀取安措票，修改安措對象的運行狀態，完成安措票的預演；

步驟四、計算機讀取檢修任務，并確定檢修設備集；

步驟五、針對檢修設備，在仿真中依次添加對應檢修特征信號，并檢驗其他正常運行的設備是否無法收到該信號，若有運行設備收到信號則校核暫停；

步驟六、校核過程結束，驗證正常運行設備和檢修對象的隔離情況是否滿足工作要求。

4 面向安措的可視化技術

智能變電站基于SCD文件，二次系統內部信息不透明，給檢修安措工作帶來困難[7]。基于智能變電站二次系統“隱含不可見”的特點，結合國家電網公司對智能變電站安措提出的意見，在安措自動生成及校核后還應對執行安措后的二次回路、軟壓板等信息進行可視化，以供檢修人員再次進行全局檢查，進一步提高二次安措工作的安全性和可靠性。在實現可視化時應在智能變電站整體結構可視化的基礎上重點實現二次回路的狀態可視化。

4.1 智能變電站整體結構可視化

基于“圖實相符”技術，通過一、二次建模構建一次設備與二次設備的模型對應關系，以單線圖的形式對智能變電站整體結構進行可視化處理，涵蓋站內所有一、二次設備，使其在任何保護出現狀態變化時，可以提示運維人員進行處理。

（1）變電站網絡圖。通過構建過程層交換機、IED通信端口、聯接光纜模型，實現變電站基于交換機的IED物理聯接方式可視化，可以實時觀測數據通信狀態。

（2）間隔物理聯接圖。考慮到“分間隔建設和運維”是國內交流變電站的重要特征之一，因此需針對實際間隔進行可視化應用，通過圖模映射技術生成線路間隔物理聯接圖、母線間隔物理聯接圖以及變壓器間隔物理聯接圖等。其不僅可以表征間隔的聯接關系，也可以對間隔內二次設備的聯接情況進行展示。通過將物理聯接轉化為邏輯鏈路，再與功能回路一一對應，可以使間隔物理聯接圖上對應光纖內部所涵蓋的鏈路及數據通信報文。

4.2 二次回路狀態可視化

4.2.1 保護二次回路可視化

保護二次回路圖的重要性不僅在于可以協助工作人員進行保護系統的動作分析，而且以此為基礎的無差錯試驗用以檢查現場接線是否規范。保護裝置本身作為保護二次原理圖可視化應用的核心，加之完整地將控制回路、啟動（閉鎖）回路、交流環節等在工作界面展示，可以規避IEC61850帶來的復雜性。

4.2.2 功能壓板狀態可視化

功能壓板狀態的可視化應用包含4種類型：（1）輸入/輸出回路軟壓板，為過程層GOOSE建模范疇；（2）保護功能壓板；（3）檢修壓板；（4）跳合閘回路硬壓板，后3種均為站控層MMS建模范疇。以上多種類型壓板狀態變化均可以通過圖模映射技術展示。

4.2.3 GOOSE 軟壓板狀態可視化

在SCD模型文件中補充軟壓板模型以便實現GOOSE軟壓板狀態可視化，其作用在于當智能變電站執行安措后軟壓板投入或退出時，可視化對應改變其軟壓板狀態。例如，分別用綠色和紅色表示軟壓板的投入和退出，則指示標記由紅色變成綠色表示該軟壓板投入，反之表示軟壓板退出。

5 結語

綜上所述，相比于常規變電站，智能變電站由于其二次系統“隱含不可見”的特點，在對其進行檢修安措執行時更容易出現問題。因此本文提出一種面向智能變電站的檢修安措管控機制，由計算機自動實現安措生成和安措校核，檢修人員通過可視化技術對安措再次進行全局的、直觀的檢查。通過該管控機制，智能變電站檢修安措工作的安全性、可靠性能得到進一步加強。