變電站智能運(yùn)維管控系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

王 晴,盧泳茵,尹雁和,劉德志,陳俊杜,陳 勇

(1.廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司中山供電局,廣東 中山 528400;2.武漢凱默電氣有限公司,湖北 武漢 430223)

0 引言

常規(guī)變電站二次回路、保護(hù)出口和功能壓板都是“看得見(jiàn),摸得著”的,有明顯的物理斷口。而在智能變電站中,傳統(tǒng)的電纜被光纖電纜取代,光纖光纜增加了變電站運(yùn)維檢修的不可控性[1]。由于缺乏對(duì)智能二次設(shè)備軟壓板、虛回路、光纖回路運(yùn)維管控和二次安全操作等工作的技術(shù)支撐平臺(tái),導(dǎo)致存在誤操作、誤接線、誤設(shè)置等情況,造成電網(wǎng)事故[2]。同時(shí),在變電站無(wú)人值守及遠(yuǎn)程操作方面,也呈現(xiàn)出“距離遠(yuǎn)、手段少、監(jiān)控難、響應(yīng)慢”[3-6]等問(wèn)題。運(yùn)維作業(yè)時(shí),需耗費(fèi)大量時(shí)間翻閱紙質(zhì)圖紙和數(shù)據(jù),且抄錄過(guò)程極易出現(xiàn)漏填、錯(cuò)填等問(wèn)題。由于紙質(zhì)資料無(wú)法錄入系統(tǒng),運(yùn)維作業(yè)相關(guān)資料無(wú)法實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一集中管理,一方面降低了工作效率,另一方面嚴(yán)重威脅智能變電站的安全運(yùn)行。

國(guó)內(nèi)已經(jīng)開(kāi)展變電站智能運(yùn)維管控系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā),實(shí)現(xiàn)了對(duì)變電站實(shí)時(shí)在線數(shù)據(jù)的分級(jí)可視化展示,智能巡檢、智能定檢以及智能故障診斷定位等功能[7]。變電站在線數(shù)據(jù)由在線監(jiān)測(cè)子站上送在線監(jiān)測(cè)主站,變電站離線數(shù)據(jù)主要還是通過(guò)人工錄入進(jìn)行記錄。目前的變電站智能運(yùn)維管控系統(tǒng)并沒(méi)有對(duì)變電站實(shí)時(shí)在線數(shù)據(jù)和離線數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的結(jié)合,不能滿足變電站集中運(yùn)行維護(hù)的要求。

本文從智能變電站二次回路運(yùn)維及檢修實(shí)際特點(diǎn)和需求出發(fā),設(shè)計(jì)一種集在線監(jiān)測(cè)平臺(tái)和移動(dòng)運(yùn)維管理平臺(tái)為一體的智能運(yùn)維管控系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)變電站繼電保護(hù)全生命周期數(shù)據(jù)綜合分析,保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1 智能運(yùn)維管控系統(tǒng)數(shù)據(jù)安全交互

電力二次系統(tǒng)根據(jù)安全防護(hù)等級(jí)的不同分為4個(gè)區(qū):安全Ⅰ區(qū)為實(shí)時(shí)控制區(qū)、安全Ⅱ區(qū)為非控制生產(chǎn)區(qū)、安全Ⅲ區(qū)為生產(chǎn)管理區(qū)、安全Ⅳ區(qū)為管理信息區(qū)。變電站在線數(shù)據(jù)位于安全Ⅰ區(qū)和安全Ⅱ區(qū),離線數(shù)據(jù)位于安全Ⅲ區(qū),若要實(shí)現(xiàn)變電站在線數(shù)據(jù)和離線數(shù)據(jù)結(jié)合,需要解決安全Ⅱ區(qū)和安全Ⅲ區(qū)互通的問(wèn)題。現(xiàn)提出以下3種解決措施。

(1)通過(guò)增加單向隔離裝置傳輸數(shù)據(jù)。安全Ⅱ區(qū)在線監(jiān)測(cè)主站通過(guò)單向隔離裝置將數(shù)據(jù)推送至安全Ⅲ區(qū)繼電保護(hù)運(yùn)維管理系統(tǒng)。

(2)通過(guò)加密U盤(pán)傳輸數(shù)據(jù)。目前南方電網(wǎng)加密U盤(pán)是在加密機(jī)上使用的,故只能在加密機(jī)所在的安全I(xiàn)、II區(qū)與安全I(xiàn)II區(qū)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。

(3)通過(guò)人工錄入傳輸數(shù)據(jù)。通過(guò)人工查看的方式將安全Ⅱ區(qū)的在線監(jiān)測(cè)主站數(shù)據(jù)手動(dòng)錄入到安全Ⅲ區(qū)的繼電保護(hù)運(yùn)維管理系統(tǒng)。

2 智能運(yùn)維管控系統(tǒng)架構(gòu)

針對(duì)二次回路運(yùn)維檢修現(xiàn)狀,提出一種基于變電站實(shí)時(shí)在線數(shù)據(jù)和離線數(shù)據(jù)的智能運(yùn)維管控系統(tǒng),系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示,二次回路移動(dòng)運(yùn)維管理主站部署在安全內(nèi)網(wǎng),客戶端工作站通過(guò)內(nèi)網(wǎng)有線接入主站,移動(dòng)終端通過(guò)VPN專(zhuān)網(wǎng)接入到二次回路移動(dòng)運(yùn)維管理主站,并通過(guò)掃描貼在裝置上的二維碼標(biāo)簽識(shí)別被操作裝置。

移動(dòng)運(yùn)維主站實(shí)時(shí)在線數(shù)據(jù)來(lái)源有2種。

(1)在線監(jiān)測(cè)子站從安全Ⅰ區(qū)的過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)和站控層網(wǎng)絡(luò)獲取在線信息,并在安全Ⅱ區(qū)通過(guò)IEC 61850協(xié)議將信息實(shí)時(shí)上送給在線監(jiān)測(cè)主站,再由安全Ⅱ區(qū)的在線監(jiān)測(cè)主站與安全Ⅲ區(qū)的移動(dòng)運(yùn)維主站進(jìn)行信息交互。

(2)移動(dòng)運(yùn)維主站與處在同一安全Ⅲ區(qū)的大數(shù)據(jù)平臺(tái)直接進(jìn)行信息交互。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)

移動(dòng)運(yùn)維主站離線數(shù)據(jù)主要來(lái)源于移動(dòng)終端人工錄入,再上送移動(dòng)運(yùn)維主站。移動(dòng)運(yùn)維主站根據(jù)獲取的在線監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)以及移動(dòng)終端錄入的離線數(shù)據(jù)進(jìn)行信息綜合統(tǒng)計(jì)分析,最終為運(yùn)維檢修工作提供強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)支撐。

3 智能運(yùn)維管控系統(tǒng)軟件功能設(shè)計(jì)

根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求,智能運(yùn)維管控系統(tǒng)包括以下功能模塊:保護(hù)狀態(tài)遠(yuǎn)程可視化、專(zhuān)業(yè)巡檢、設(shè)備檢驗(yàn)、設(shè)備驗(yàn)收以及缺陷管理。

3.1 保護(hù)狀態(tài)遠(yuǎn)程可視化

保護(hù)狀態(tài)遠(yuǎn)程可視化主要用于變電站內(nèi)保護(hù)裝置的保護(hù)總覽(保護(hù)面板、保護(hù)軟硬壓板、保護(hù)光字牌、臺(tái)賬信息、在線監(jiān)測(cè)信息)、保護(hù)告警、保護(hù)動(dòng)作、保護(hù)錄波等信息遠(yuǎn)程可視化。智能運(yùn)維管控系統(tǒng)采用以下技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)遠(yuǎn)程可視化。

(1)SCD文件智能解析。智能運(yùn)維系統(tǒng)通過(guò)解析SCD文件,同步變電站信息、站內(nèi)保護(hù)裝置等信息。SCD文件智能解析流程如圖2所示。

圖2 SCD文件智能解析流程

(2)保護(hù)狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。智能運(yùn)維管控系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)視站內(nèi)保護(hù)裝置狀態(tài),產(chǎn)生相應(yīng)的告警信號(hào)。保護(hù)狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)流程如圖3所示。

圖3 保護(hù)狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)流程

(3)保護(hù)狀態(tài)推送。在線監(jiān)測(cè)子站通過(guò)IEC 61850協(xié)議將保護(hù)狀態(tài)信息實(shí)時(shí)上送給在線主站,由在線主站將保護(hù)狀態(tài)信息實(shí)時(shí)推送至運(yùn)維主站,再由運(yùn)維主站通過(guò)三維引擎加載保護(hù)狀態(tài)信息進(jìn)行三維遠(yuǎn)程可視化展示,如圖4所示。

圖4 保護(hù)狀態(tài)三維遠(yuǎn)程可視化

為便于現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維作業(yè),運(yùn)維主站可將保護(hù)狀態(tài)信息實(shí)時(shí)推送至移動(dòng)終端進(jìn)行遠(yuǎn)程可視化展示,實(shí)現(xiàn)保護(hù)狀態(tài)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè),進(jìn)一步保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

3.2 專(zhuān)業(yè)巡檢

專(zhuān)業(yè)巡檢主要用于專(zhuān)業(yè)巡檢任務(wù)管理及工作過(guò)程管控。巡檢內(nèi)容包括設(shè)備運(yùn)行環(huán)境(溫度、濕度等)、保護(hù)設(shè)備告警信息、保護(hù)設(shè)備通信狀態(tài)、軟壓板控制模式、壓板狀態(tài)、定值區(qū)號(hào)、差流等信息。

巡檢內(nèi)容分為自動(dòng)巡檢和人工巡檢,如圖5所示。巡視作業(yè)時(shí),一部分自動(dòng)巡檢內(nèi)容結(jié)果可從在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)推送給移動(dòng)運(yùn)維主站的信息中獲取。另一部分人工巡檢內(nèi)容可在移動(dòng)終端人工錄入現(xiàn)場(chǎng)照片、視頻等信息,最后由移動(dòng)終端上送至運(yùn)維管控系統(tǒng)。傳統(tǒng)方式巡檢周期較長(zhǎng),而本系統(tǒng)充分結(jié)合在線巡檢數(shù)據(jù)及離線巡檢數(shù)據(jù),有效縮短巡檢周期,便于運(yùn)維人員及早發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。

圖5 巡檢內(nèi)容

3.3 設(shè)備檢驗(yàn)

設(shè)備檢驗(yàn)主要用于檢驗(yàn)任務(wù)的管理及工作過(guò)程的管控。檢驗(yàn)內(nèi)容按照檢驗(yàn)任務(wù)單進(jìn)行,包括裝置功能檢查、光口光強(qiáng)檢查、電纜/光纜回路檢查、定值壓板狀態(tài)檢查、裝置外觀檢查、直流電源檢查、絕緣檢查、端子緊固檢查等信息。

設(shè)備檢驗(yàn)內(nèi)容分為自動(dòng)檢驗(yàn)和人工檢驗(yàn),部分定檢內(nèi)容如表1所示。設(shè)備檢驗(yàn)作業(yè)時(shí),一部分自動(dòng)檢驗(yàn)內(nèi)容結(jié)果可從在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)推送給移動(dòng)主站的信息中獲取,另一部分需要人工確認(rèn)的檢驗(yàn)內(nèi)容,可在移動(dòng)終端人工錄入上送至運(yùn)維管控系統(tǒng)。

3.4 設(shè)備驗(yàn)收

設(shè)備驗(yàn)收主要用于驗(yàn)收任務(wù)管理及工作過(guò)程管控。針對(duì)設(shè)備驗(yàn)收前的準(zhǔn)備工作、儀器儀表、人員要求以及危險(xiǎn)控制做出提醒,協(xié)助工作人員完善準(zhǔn)備措施,并加強(qiáng)對(duì)危險(xiǎn)點(diǎn)的控制。

設(shè)備驗(yàn)收作業(yè)時(shí),一部分自動(dòng)驗(yàn)收內(nèi)容如裝置基本參數(shù)、保護(hù)功能檢查、壓板狀態(tài)檢查等,可從在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)推送給移動(dòng)主站的信息中獲取,另一部分需人工確認(rèn)的驗(yàn)收內(nèi)容如裝置外觀驗(yàn)收、資料驗(yàn)收等,在移動(dòng)終端人工錄入后上送至運(yùn)維管控系統(tǒng)。

3.5 缺陷管理

缺陷管理主要用于消缺任務(wù)管理及缺陷信息采集。系統(tǒng)在離線數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上結(jié)合在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)智能診斷數(shù)據(jù)從而擴(kuò)大缺陷采集的數(shù)據(jù)渠道。消缺任務(wù)閉環(huán)管理流程如圖6所示。

缺陷信息采集來(lái)源于在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)智能診斷的結(jié)果(電壓、電流采樣值突變?cè)较?裝置工作狀態(tài)越限突變,光纖鏈路斷鏈告警信息,定值比對(duì)異常等)和現(xiàn)場(chǎng)人工判斷結(jié)果(裝置外觀生銹、螺栓松動(dòng)等),其中智能診斷的缺陷由移動(dòng)主站自動(dòng)生成,現(xiàn)場(chǎng)人工判斷的缺陷由人工在移動(dòng)終端錄入。當(dāng)所有缺陷均錄入完成后,移動(dòng)主站自動(dòng)生成消缺任務(wù)單,下發(fā)給移動(dòng)終端,再由消缺任務(wù)執(zhí)行人員按照要求和流程進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)消缺,待缺陷消除后,需在移動(dòng)終端填寫(xiě)消缺完成信息,并提交審批。

表1 部分定檢內(nèi)容

圖6 消缺任務(wù)閉環(huán)管理流程

4 工程應(yīng)用驗(yàn)證

現(xiàn)以某220 k V智能變電站線路保護(hù)發(fā)出“開(kāi)入插件異常”告警信號(hào)為例,闡述本系統(tǒng)的應(yīng)用過(guò)程。

當(dāng)在線監(jiān)測(cè)子站收到線路保護(hù)發(fā)出“開(kāi)入插件異常”告警信號(hào)后,通過(guò)IEC 61850協(xié)議將告警信息實(shí)時(shí)上送給在線主站,在線主站將告警信息實(shí)時(shí)推送至運(yùn)維主站,運(yùn)維主站收到保護(hù)告警信息后,自動(dòng)生成相應(yīng)的消缺任務(wù)單,并下發(fā)給移動(dòng)終端,由消缺人員按照要求和流程進(jìn)行消缺。

當(dāng)消缺人員到達(dá)現(xiàn)場(chǎng),經(jīng)過(guò)一系列檢測(cè)發(fā)現(xiàn)缺陷原因?yàn)楸Ｗo(hù)裝置背板開(kāi)入插件存在異常,異常可視化示例如圖7所示。

圖7 異常可視化示例

更換該插件后,“開(kāi)入插件異常”的告警信號(hào)消除,消缺人員在移動(dòng)終端填寫(xiě)消缺完成相關(guān)信息并提交審核人審批,然后運(yùn)維主站自動(dòng)下發(fā)驗(yàn)收任務(wù)單給相關(guān)驗(yàn)收人員。驗(yàn)收人員對(duì)消缺情況進(jìn)行驗(yàn)收,驗(yàn)收通過(guò)后相關(guān)信息將在運(yùn)維主站登記入庫(kù),并形成典型案例,最終實(shí)現(xiàn)運(yùn)維過(guò)程工單作業(yè)的閉環(huán)管理。

傳統(tǒng)方式運(yùn)維與智能運(yùn)維管控系統(tǒng)運(yùn)維比對(duì)分析結(jié)果如表2所示。

表2 運(yùn)維方式比對(duì)分析結(jié)果

此外,經(jīng)運(yùn)維主站大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析,某廠家同一型號(hào)保護(hù)裝置的同一背板插件屢次出現(xiàn)此類(lèi)異常。利用大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果,一方面有利于指引相關(guān)廠家對(duì)該型號(hào)保護(hù)裝置硬件嚴(yán)格檢測(cè),另一方面可以有效指導(dǎo)采購(gòu)廠家的優(yōu)選。

5 結(jié)束語(yǔ)

該系統(tǒng)通過(guò)應(yīng)用移動(dòng)終端設(shè)備延伸系統(tǒng)的應(yīng)用邊界,將變電站實(shí)時(shí)在線數(shù)據(jù)和離線數(shù)據(jù)進(jìn)行有效結(jié)合,既擴(kuò)大了數(shù)據(jù)的來(lái)源途徑,又為變電站現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)提供了便利條件。實(shí)現(xiàn)了運(yùn)維檢修業(yè)務(wù)流程的全覆蓋、多平臺(tái)數(shù)據(jù)對(duì)接、日常運(yùn)維檢修工作精簡(jiǎn)化、設(shè)備運(yùn)行工況的實(shí)時(shí)掌控、現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),可大幅度降低運(yùn)維人力成本,減輕運(yùn)維檢修的工作量,提高現(xiàn)場(chǎng)全生命周期數(shù)據(jù)的利用率和工作效率。