智能變電站二次檢修數(shù)字化管控方法研究

張瑞， 王克杰， 高峻， 趙勇囈

(國網(wǎng)安徽省電力有限公司淮北供電公司， 安徽，淮北 235000)

0 引言

近年來，國家電網(wǎng)公司在智能變電站建設(shè)領(lǐng)域取得飛速發(fā)展，但也面臨著諸多嚴峻形勢與挑戰(zhàn)。智能變電站二次系統(tǒng)利用最新的通信技術(shù)和信息處理技術(shù)，相較于傳統(tǒng)變電站，各種各樣的數(shù)據(jù)被虛擬化了[1]。這種變化對智能變電站二次系統(tǒng)的運維、檢修帶來了新的挑戰(zhàn)。變電二次檢修專業(yè)負責管理電網(wǎng)各類型繼電保護的驗收(即新安裝檢驗)、巡檢、檢驗項目，目前存在以下問題：繼電保護裝置數(shù)量大幅增長，新技術(shù)廣泛應(yīng)用，人員工作承載量快速上升，業(yè)務(wù)骨干流失嚴重，隊伍斷層、結(jié)構(gòu)性矛盾突出，技術(shù)骨干占比不足1/3，嚴重影響變電二次專業(yè)工作開展和專業(yè)發(fā)展[2]。

智能變電站運維檢修過程中高度依賴設(shè)備集成廠家，二次運檢人員對站內(nèi)二次設(shè)備中間信息流向理解不深刻，對虛回路、軟壓板的互相影響沒有整體的把握，在智能站檢修過程中，二次運檢人員對廠家監(jiān)控手段有限，導(dǎo)致二次運檢現(xiàn)場存在失控現(xiàn)象。

針對二次設(shè)備檢修管理，亟需研究直觀方式傳達抽象信息的手段和方法。需要新的用戶界面、視覺呈現(xiàn)，通過利用圖形圖像方面的技術(shù)與方法，幫助用戶理解和分析數(shù)據(jù)，通過數(shù)字化管控，對關(guān)鍵節(jié)點、關(guān)鍵信息、核心文件進行全面管控協(xié)調(diào)，實現(xiàn)閉環(huán)管理。

本研究針對智能變電站二次檢修，引入二次設(shè)備狀態(tài)檢修自動校驗方法。首先介紹了智能變電站二次檢修的主要作業(yè)內(nèi)容以及傳統(tǒng)檢修方法。針對二次狀態(tài)檢修提出全站一鍵比較和定時“全站體檢”方法。針對二次安全措施票管理，提出二次安措模擬操作功能，實現(xiàn)二次安措可視化，二次安措全過程監(jiān)護、校核。針對配置文件管理，提出配置文件的在線檢測和校驗。

1 智能變電站二次檢修作業(yè)

1.1 智能變電站二次檢修作業(yè)內(nèi)容

智能變電站二次檢修作業(yè)包括日常巡視、狀態(tài)檢修、設(shè)備消缺和特定檢修作業(yè)幾類[3]。涵蓋智能站和常規(guī)站線路保護、變壓器保護、母線保護、斷路器保護、短引線保護、電容器保護、電抗器保護、備自投裝置、故障錄波裝置等各類型繼電保護的驗收、巡檢及檢驗。

日常巡視內(nèi)容包括模擬量檢查、開入量檢查、裝置異常報文檢查、信號燈、轉(zhuǎn)換開關(guān)檢查、保護壓板核對、保護通道檢查、外觀及端子箱檢查、二次紅外測溫等。二次設(shè)備狀態(tài)檢修分為設(shè)備校驗、裝置功能及定值常規(guī)項目檢驗、整組試驗。其中設(shè)備校驗包括通用檢查、二次回路系統(tǒng)檢驗、繼電保護檢驗、與站控層系統(tǒng)的配合檢驗繼電保護故障信息系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)記錄分析系統(tǒng)配合檢查等。

1.2 傳統(tǒng)檢修管理方法

傳統(tǒng)二次檢修作業(yè)，在制定作業(yè)任務(wù)和作業(yè)內(nèi)容后，明確作業(yè)人員要求和職責，做好危險點分析與預(yù)防控制措施分析，開具安全措施票。進入作業(yè)現(xiàn)場后，完全由作業(yè)人員進行設(shè)備狀態(tài)檢查和原始狀態(tài)記錄，做安全措施并在作業(yè)完成后恢復(fù)。作業(yè)完成后記錄設(shè)備狀態(tài)、判定作業(yè)結(jié)果。對作業(yè)過程中廠家參與修改部分、安全措施的執(zhí)行和恢復(fù)情況以及檢修前后設(shè)備運行參數(shù)和狀態(tài)的比對，缺少作業(yè)安全過程管控，沒有專業(yè)化的工具。

2 智能變電站二次檢修數(shù)字化管控系統(tǒng)架構(gòu)

智能變電站二次檢修數(shù)字化管控系統(tǒng)可應(yīng)用于智能變電站的設(shè)備管理、系統(tǒng)調(diào)試、工程驗收以及智能變電站運維檢修等各環(huán)節(jié)。對智能變電站建設(shè)過程中的關(guān)鍵節(jié)點、關(guān)鍵信息、核心配置文件進行全流程管控，實現(xiàn)閉環(huán)管理，提高變電站運行維護的穩(wěn)定性和可靠性，提高運行維護的效率。智能變電站二次檢修數(shù)字化管控系統(tǒng)包含以下功能。

(1) 智能變電站模型文件管控，將導(dǎo)入過的模型文件統(tǒng)一存放在指定的目錄中，并對存放的模型文件進行自動版本管理，同時可以對進入管理的版本模型提供了歷史版本比對，版本差異展示的功能。

(2) 智能站二次檢修管控，二次設(shè)備狀態(tài)檢修全站狀態(tài)一鍵比較，一鍵化實現(xiàn)全站信息讀取比對，將檢修前后站內(nèi)所有設(shè)備狀態(tài)的比對，給出差異化報告；二次日常巡檢定時“全站體檢”，系統(tǒng)定時掃描全站信息與上次掃描信息比對，實現(xiàn)智能站自動二次巡檢，定期給出二次巡檢報告。

(3) 配置文件的在線檢測和校驗，校核裝置配置與SCD文件版本對應(yīng)關(guān)系，確認裝置配置文件下裝是否正確。

(4) 定值校驗、軟壓板校驗，系統(tǒng)針對定值項提供在線比對功能，加強設(shè)備運行定值管控，防止因定值差異導(dǎo)致的保護測控誤動或拒動事故，提高設(shè)備運行可靠性。

(5) 二次虛回路可視化展示、二次安措虛擬執(zhí)行，系統(tǒng)結(jié)合定值管理功能，在線讀取保護、測控等裝置的運行狀態(tài)、軟壓板狀態(tài)，根據(jù)典型二次工作提供二次安措模擬操作功能，實現(xiàn)二次安措可視化，生成相應(yīng)二次安措票，檢修人員根據(jù)二次安措票執(zhí)行二次安措時，系統(tǒng)進行二次安措全過程監(jiān)護、校核。

智能變電站二次檢修數(shù)字化管控系統(tǒng)采用“插件”架構(gòu)設(shè)計，架構(gòu)如圖1所示。

圖1 架構(gòu)圖

3 全站二次系統(tǒng)狀態(tài)一鍵比較和定時“全站體檢”方法

3.1 全站二次系統(tǒng)狀態(tài)一鍵比較

一鍵化實現(xiàn)全站信息讀取比對工作，將檢修前后站內(nèi)所有設(shè)備狀態(tài)的比對工作，給出差異化報告。通過IEC61850服務(wù)GetDirectory、GetDataSetValue讀取設(shè)備運行定值、參數(shù)、軟壓板、硬壓板、開入量、模擬量、配置文件，形成結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)存儲于數(shù)據(jù)庫，并記錄讀取時間。檢修作業(yè)完成后比對全站信息，形成差異報告，如圖2所示。

圖2 差異報告

在進行變電站二次系統(tǒng)狀態(tài)一鍵比較前，需要對變電站進行建模。為盡量簡化變電站二次建模過程，設(shè)計變電站一體化數(shù)據(jù)庫建模工具，通過導(dǎo)入全站SCD文件的方式建立全站模型。導(dǎo)入SCD文件后檢查各裝置IP地址、數(shù)據(jù)集、遙信、遙測等數(shù)據(jù)是否導(dǎo)入完整。

二次檢修管控系統(tǒng)需要接受裝置發(fā)送的報告以及讀取裝置的定值參數(shù)，需要設(shè)置客戶端號。一般智能變電站二次裝置支持16個客戶端通信，本系統(tǒng)配置的客戶端號不能與監(jiān)控、遠動通信等其他客戶端號沖突。

全站二次系統(tǒng)狀態(tài)一鍵比較，依次讀取各個裝置狀態(tài)。每臺裝置分別讀取運行定值、參數(shù)、軟壓板、硬壓板、開入量、模擬量、配置文件等數(shù)據(jù)。為減輕網(wǎng)絡(luò)通信負荷，一臺讀取完后，再讀取下一臺。當某臺裝置讀取失敗，跳過該裝置繼續(xù)讀取下一臺。支持補讀功能，當所有裝置讀取完成后，再嘗試讀取失敗的裝置。

全站二次設(shè)備狀態(tài)讀取完成后，按裝置，依次與上次讀取的狀態(tài)比較，校核運行定值、參數(shù)、軟壓板、硬壓板、開入量、模擬量、配置文件差異，并形成差異報告。差異報告采用HTML描述，便于在計算機上展示、保存和打印。

3.2 定時“全站體檢”

通過設(shè)置定時器，按分鐘、時、日不同周期，定時讀取全站二次系統(tǒng)狀態(tài)，與上一次讀取結(jié)果進行比較，形成差異化報告，報送二次檢修管理部門。其讀取邏輯功能與全站二次系統(tǒng)狀態(tài)一鍵比較的讀取邏輯一樣。

4 安全措施票管理

HTML是一種超文本標記語言(Hyper Text Markup Language)，有一套標記標簽(markup tag)，使用HTML標記標簽來描述安全措施票模板。

〈html〉與〈/html〉之間的文本描述安全措施票模板；

〈body〉與〈/body〉之間的文本描述安全措施票模板內(nèi)容；

〈h1〉與〈/h1〉之間的文本被顯示為標題，例如〈h1 align="center"〉安徽電網(wǎng)繼電保護安全措施票〈/h1〉；

〈p〉與〈/p〉之間的文本被顯示為段落，例如〈p align="left"〉單位：{department}〈/p〉；

安全措施票模板中的表格由〈table〉標簽來定義。每個表格均有若干行(由〈tr〉標簽定義)，每行被分割為若干單元格(由〈td〉標簽定義)。字母td指表格數(shù)據(jù)(table data)，即數(shù)據(jù)單元格的內(nèi)容。數(shù)據(jù)單元格可以包含文本、圖片、列表、段落、表單、水平線、表格等等。

〈table cellspacing="0" border="1" cellpadding="6" style="border-style:solid;margin-top:20px;margin-left:15px;margin-right:15px;" width="99%"〉

〈tr〉〈td colspan="2"〉〈b〉被試設(shè)備名稱〈/b〉〈/td〉〈td colspan="7"〉{device_name}〈/td〉〈/tr〉

安全措施票表頭,如圖3所示。

圖3 安全措施票表頭

安全措施步驟用HTML表格描述如下：

其中{step-start}和{step-end}中間的步驟可以包含多個，各步驟的內(nèi)容由仿真系統(tǒng)自動生成。

〈tr〉

〈td colspan="9" align="left"〉

〈b〉安全措施：：包括應(yīng)退出及恢復(fù)軟壓板、硬壓板、尾纖拔插等，按工作順序填用安全措施〈/b〉

〈/td〉

〈/tr〉

〈tr〉

〈td〉〈b〉序號〈/b〉〈/td〉〈td〉〈b〉執(zhí)行〈/b〉〈/td〉〈td colspan="6" align="left"〉〈b〉安全措施內(nèi)容〈/b〉〈/td〉〈td〉〈b〉恢復(fù)〈/b〉〈/td〉

〈/tr〉

{step-start}

〈tr〉〈td〉{step_num}〈/td〉〈td〉{is_execute}〈/td〉〈td colspan="6"align="left"〉{step_content}〈/td〉〈td〉{is_recover}〈/td〉〈/tr〉

{step-end}

安全措施票步驟表格,如圖4所示。

圖4 安全措施票步驟表格

5 安全措施全過程管控

安全措施全過程管控包括檢修作業(yè)的管理，安全措施票模板管理，安全措施仿真，生成安全措施票，安全措施自動校核等部分。

工作流程如圖5所示。

圖5 安全措施全過程管控流程

新建檢修作業(yè)任務(wù)時，需要設(shè)置檢修作業(yè)單位、作業(yè)編號、工作負責人、工作時間、被試設(shè)備名稱、工作內(nèi)容及工作簽發(fā)人等基本信息。

系統(tǒng)具備安全措施仿真功能，提供仿真操作界面,如圖6所示。

圖6 安全措施票仿真界面

系統(tǒng)自動記錄仿真操作的對象、步驟、內(nèi)容，并根據(jù)安全措施仿真操作的順序及內(nèi)容生成安全措施票，如圖7所示。

圖7 安全措施票內(nèi)容

系統(tǒng)根據(jù)仿真內(nèi)容一鍵生成安全措施票，不需要人工填寫。其中安全措施的執(zhí)行和恢復(fù)是否完成準確執(zhí)行由系統(tǒng)進行全過程監(jiān)護和校核。在生成安全措施票后，將電子版保存到工作人員計算機。

工作人員將裝有智能變電站二次檢修數(shù)字化管控系統(tǒng)的計算機帶到作業(yè)現(xiàn)場，將系統(tǒng)接入變電站站控層網(wǎng)絡(luò)或者直接接入被試設(shè)備。系統(tǒng)的安全措施自動校核模塊，在檢修作業(yè)前，通過IEC61850服務(wù)GetDataSetValue服務(wù)讀取設(shè)備定值、參數(shù)、軟壓板、硬壓板等狀態(tài)，按安全措施票中的順序，檢查安全措施是否執(zhí)行到位。在檢修作業(yè)后檢查安全措施是否恢復(fù)。最終安全措施的校核結(jié)果與被試設(shè)備的狀態(tài)校驗差異報告融合成一份作業(yè)報告，作為本次作業(yè)的工作報告。

6 總結(jié)

本研究針對智能變電站二次檢修，引入二次設(shè)備狀態(tài)檢修自動校驗方法。結(jié)合全站二次系統(tǒng)狀態(tài)“一鍵體檢”和“定時體檢”以及安全措施全過程管控，建立智能變電站二次檢修數(shù)字化管控系統(tǒng)。通過二次設(shè)備狀態(tài)自動校驗、差異化比較和安全措施全過程監(jiān)護和校驗，全面提升智能變電站二次檢修的數(shù)字化管理手段，掃清二次檢修管理盲區(qū)。