智能檢修與風(fēng)險管控在變電站中的應(yīng)用

摘" 要：在電力系統(tǒng)的運行和維護中，安全性和可靠性是至關(guān)重要的。為此，該研究提出一種創(chuàng)新的雙重保障策略，包括微機防誤和風(fēng)險管控系統(tǒng)，可以提供檢修操作界面，通過生成檢修作業(yè)票才能解鎖操作，使用檢修智能鑰匙及專用鎖具進行授權(quán)控制，實現(xiàn)對檢修隔離作業(yè)的統(tǒng)一管控、安全措施的強制執(zhí)行。根據(jù)實際應(yīng)用情況，該系統(tǒng)將故障平均排除時間降低81.9%，系統(tǒng)運行故障數(shù)量降低86%。所提技術(shù)保障運行檢修人員現(xiàn)場工作安全，對智能變電站在線監(jiān)視也做一些有益的實踐探索。

關(guān)鍵詞：微機防誤；風(fēng)險管控；變電站；檢測及預(yù)警；保障策略

中圖分類號：TM63" " " "文獻標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2023）31-0055-04

Abstract： In the operation and maintenance of power system， security and reliability are very important. For this reason， this study puts forward an innovative dual guarantee strategy， including microcomputer error prevention and risk control system， which can provide maintenance operation interface and unlock operation only by generating maintenance operation ticket. The maintenance intelligent key and special lock are used for authorization control to realize the unified management and control of maintenance isolation operation and the enforcement of safety measures. According to the actual application， the average troubleshooting time of the system is reduced by 81.9%， and the number of running faults of the system is reduced by 86%. The proposed technology ensures the on-site work safety of operation and maintenance personnel， and makes some useful practical explorations for the on-line monitoring of intelligent substations.

Keywords： microcomputer error prevention; risk control; substation; detection and early warning; guarantee strategy

在電力系統(tǒng)的運行及維護階段，安全保障是首要任務(wù)。傳統(tǒng)的防誤系統(tǒng)，無論是機械或電氣聯(lián)鎖，都存在固有的防誤效能問題，如走錯間隔、人員在設(shè)備帶電狀態(tài)下誤入電纜室等，這些問題可能給電力系統(tǒng)的運行和維護工作帶來安全風(fēng)險。此外，檢修過程中的危險源隔離常常以警示牌的形式存在，而這種隔離方式并無強制執(zhí)行力，容易導(dǎo)致誤操作。與此同時，作業(yè)人員權(quán)限管理的技術(shù)支持也相對缺乏，可能引發(fā)一系列問題，例如溝通不暢、協(xié)調(diào)失誤，甚至檢修區(qū)域未完成就誤供電，造成人員傷亡和設(shè)備損壞[1]。

鑒于此，本研究基于微機防誤系統(tǒng)和風(fēng)險管控系統(tǒng)，構(gòu)建了一種新型防誤及安全控制策略。這個策略將升壓站防誤系統(tǒng)和廠用電防誤系統(tǒng)結(jié)合起來，建立獨立的防誤工作站[2]。并且，我們通過風(fēng)險管控系統(tǒng)，采用先進的技術(shù)手段，基于安全風(fēng)險評估，自動生成檢修隔離措施和安全措施要求，配合強制執(zhí)行的技術(shù)手段，實現(xiàn)智能化的檢修隔離功能。本研究將詳細闡述微機防誤系統(tǒng)和風(fēng)險管控系統(tǒng)的設(shè)計及實施步驟，并通過實際案例分析[3]，證明了該策略的有效性和可行性。為電力系統(tǒng)的安全運行和維護提供新的視角[4]，以期進一步提升電力系統(tǒng)的安全性和可靠性。

1" 微機防誤與風(fēng)險管控系統(tǒng)的需求分析

本文設(shè)計的微機防誤與風(fēng)險管控系統(tǒng)的主要作用在于實時監(jiān)控電力系統(tǒng)運行和檢修過程，預(yù)防誤操作，確保系統(tǒng)的安全性和可靠性。微機防誤系統(tǒng)通過集成化的防誤架構(gòu)，有效防止運行誤操作。智能檢修隔離閉鎖系統(tǒng)則通過自動化的檢修隔離措施和強制性管控手段，防止檢修過程中的安全風(fēng)險[5]。這2個系統(tǒng)同時具備高可靠性和使用便捷性，有效提升了電力系統(tǒng)的安全性和可靠性。

操作的可靠性需求：在電力系統(tǒng)的運行和檢修中，微機防誤系統(tǒng)和智能檢修隔離閉鎖系統(tǒng)作為重要的安全管理工具，需要具備高度的可靠性。現(xiàn)有的機械或電氣聯(lián)鎖系統(tǒng)通常需要復(fù)雜的硬件設(shè)計和安裝，各個部分依賴于人工操作，而人工操作往往存在誤操作的風(fēng)險，對操作的可靠性產(chǎn)生了較大的影響[6]。因此，新的系統(tǒng)需求是采用簡化處理模式，實現(xiàn)高效、精確的防誤和管控，以提高系統(tǒng)響應(yīng)速度和精確性。

完整性監(jiān)控需求：由于電力系統(tǒng)的運行復(fù)雜，涉及多個設(shè)備和環(huán)節(jié)，因此，新的系統(tǒng)需要能夠全面監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)，自動對運行參數(shù)進行分析，及時判斷是否存在安全隱患，從而實現(xiàn)快速的故障定位和處理，提高系統(tǒng)運行的可靠性。特別是在檢修過程中，風(fēng)險管控系統(tǒng)需要能夠基于安全風(fēng)險評估，自動生成檢修隔離措施和安措要求，以確保檢修作業(yè)的安全。

維護的便捷性需求：電力系統(tǒng)的運行和檢修工作可能隨需求變化而調(diào)整，新的系統(tǒng)需要具備高度的靈活性和可維護性[7]。因此，新的系統(tǒng)應(yīng)能適應(yīng)電力系統(tǒng)現(xiàn)有的運維和管理結(jié)構(gòu)，降低系統(tǒng)使用的復(fù)雜性，從而提高系統(tǒng)的可維護性和使用便利性。同時，系統(tǒng)設(shè)計時也需要考慮使用和維護的便捷性，以方便操作員使用和維護[8]。

2" 微機防誤與風(fēng)險管控系統(tǒng)設(shè)計

2.1" 系統(tǒng)整體架構(gòu)

本文設(shè)計的系統(tǒng)采用了創(chuàng)新的架構(gòu)設(shè)計，優(yōu)化了各個層級間的設(shè)備配置，提高了數(shù)據(jù)處理效率和系統(tǒng)可靠性。其整體架構(gòu)如圖1所示，該新型的微機防誤與風(fēng)險管控系統(tǒng)在布置和功能方面進行了優(yōu)化，減少了各個層級間的設(shè)備數(shù)量，簡化了復(fù)雜的控制流程。同時，系統(tǒng)減少了監(jiān)控節(jié)點的數(shù)量，以獨立防誤工作站為核心的集中式管理，有效提升了對電力系統(tǒng)各個模塊運行狀態(tài)進行監(jiān)控的精確性。

2.2" 微機防誤系統(tǒng)

微機防誤系統(tǒng)在電力設(shè)施運行穩(wěn)定性和安全性方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用，直接決定了電力設(shè)施的運行可靠性。在新型的微機防誤系統(tǒng)中，我們采用了先進的智能化技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，以彌補傳統(tǒng)防誤系統(tǒng)的不足，微機防誤系統(tǒng)主要分為硬件和軟件部分，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

在硬件部分，系統(tǒng)包括通信適配器、電腦鑰匙、五防鎖具及相關(guān)附件。通信適配器負責(zé)數(shù)據(jù)交換和電腦鑰匙的充電；電腦鑰匙則作為執(zhí)行機構(gòu)，承擔(dān)著鎖具的開啟、識別與記錄設(shè)備運行方式等任務(wù)，并配備語音、文字提示功能，從而確保操作的準(zhǔn)確無誤；五防鎖具及相關(guān)附件則負責(zé)實現(xiàn)設(shè)備的防誤閉鎖，滿足強制閉鎖的需求[9]。

在軟件部分，系統(tǒng)包含圖形操作票專家系統(tǒng)軟件、多任務(wù)并行操作系統(tǒng)軟件、監(jiān)控系統(tǒng)接口軟件及操作管理系統(tǒng)軟件。圖形操作票專家系統(tǒng)軟件是系統(tǒng)的核心，實現(xiàn)軟件防誤、模擬預(yù)演、數(shù)據(jù)編輯及打印編輯操作票等功能；多任務(wù)并行操作系統(tǒng)軟件則可以實現(xiàn)多組任務(wù)的并行操作；監(jiān)控系統(tǒng)接口軟件實現(xiàn)微機防誤系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享；操作管理系統(tǒng)軟件則記錄所有的操作歷史信息，以便于事后查詢管理。

2.3" 風(fēng)險管控系統(tǒng)

風(fēng)險管控系統(tǒng)通過其精細的軟件配置和多功能的硬件配置，實現(xiàn)了對設(shè)備檢修作業(yè)風(fēng)險的有效管控，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。

在硬件部分，系統(tǒng)主要包括檢修智能鑰匙、通信適配器、設(shè)備編碼標(biāo)簽、鎖具及附件。檢修智能鑰匙是系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)，負責(zé)識別設(shè)備編碼、讀取信息卡、控制隔離鎖具的開啟和檢測，并提供操作全程的語音、文字提示。通信適配器負責(zé)管控主機與智能鑰匙的通信和鑰匙充電。設(shè)備編碼標(biāo)簽則用于設(shè)備編碼管理，幫助確認設(shè)備信息無誤。鎖具及附件則包括隔離鎖和閉鎖附件，用于設(shè)備的隔離和閉鎖。

在軟件部分，通過內(nèi)置的安全措施專家?guī)旌驮O(shè)備危險點基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，生成隔離票并保證票信息流程的規(guī)范。利用其專家?guī)旌蛨D模庫，能夠完成操作任務(wù)的模擬預(yù)演，并選定需要的作業(yè)票和隔離票類型。系統(tǒng)還在設(shè)備中保存標(biāo)準(zhǔn)隔離點信息，以及歷史操作信息和作業(yè)票檔案，從而為設(shè)備的管理和操作提供了可靠的隔離方法和全面的記錄。

3" 微機防誤與風(fēng)險管控系統(tǒng)的技術(shù)特點

微機防誤與風(fēng)險管控系統(tǒng)是智能變電站的關(guān)鍵設(shè)施，共同構(gòu)建了一個實現(xiàn)安全控制的整體環(huán)境，確保電力系統(tǒng)的安全、高效運行[10]。相較于傳統(tǒng)檢測系統(tǒng)，微機防誤與風(fēng)險管控系統(tǒng)具有以下特點。

具備高度集成的特點：這種集成性體現(xiàn)在系統(tǒng)內(nèi)部的各個子系統(tǒng)之間，其能有效地進行通信合作，共享資源，并進行整體化的綜合管理。尤其在變電站內(nèi)，這種集成管理系統(tǒng)可以更全面、更有效地進行設(shè)備的監(jiān)控和管理，保證變電站內(nèi)所有系統(tǒng)處于高效、節(jié)能的最佳運行狀態(tài)[11]。這種高度集成的特性不僅使得各系統(tǒng)可以協(xié)同工作，提高整體效率，也為操作人員提供了一個安全、快捷、舒適的工作環(huán)境。

遵循IEC 61850國際電工委員會標(biāo)準(zhǔn)：這個標(biāo)準(zhǔn)主要針對以電子為基礎(chǔ)的安全系統(tǒng)的整體安全生命周期，為安全系統(tǒng)的構(gòu)建提供了基礎(chǔ)判定方法。其有助于改變變電站整個傳輸過程的控制，改變安全控制的策略，使得智能變電站的在線監(jiān)測系統(tǒng)能夠規(guī)范、安全地運行。

具有更好的交互性：本系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對設(shè)備狀態(tài)的實時采集與分析。這種實時分析的功能使得系統(tǒng)內(nèi)部可以共享這些采集到的信息，并將微機防誤與風(fēng)險管控系統(tǒng)與更復(fù)雜、更高級的系統(tǒng)進行有效地交互。這樣，通過微機防誤與風(fēng)險管控系統(tǒng)的交互性，可以確保電力設(shè)施的運行更加安全穩(wěn)定。這種交互性不僅提升了電力設(shè)施的運行效率，也強化了其對潛在風(fēng)險的感知和響應(yīng)能力[11-12]，為電力行業(yè)的未來發(fā)展提供了強大的技術(shù)支撐。

4" 應(yīng)用情況分析

目前，微機防誤與風(fēng)險管控系統(tǒng)已在某6 kV智能電廠項目中成功實施。根據(jù)從2022年12月1日至2023年4月1日的運行監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，系統(tǒng)運行后，成功實現(xiàn)了對電廠設(shè)備運行狀態(tài)的實時監(jiān)控和故障預(yù)警。一旦發(fā)生故障，系統(tǒng)能夠自動進行故障定位和異常分析，幫助維護人員在最短時間內(nèi)迅速解決運行故障。

具體來看，故障的平均排除時間由最初的7.2 min減少到現(xiàn)在的1.3 min，比優(yōu)化前降低了81.9%。同樣，系統(tǒng)運行時的故障數(shù)量由最初的0.5次/d降低到現(xiàn)在的0.07次/d，比優(yōu)化前降低了86.0%。明顯提升了電廠的運行穩(wěn)定性和可靠性。微機防誤與風(fēng)險管控系統(tǒng)的自動監(jiān)控界面結(jié)構(gòu)如圖4所示，用戶可以通過該界面獲取設(shè)備的實時運行數(shù)據(jù)，進行設(shè)備的遠程控制，以及查詢歷史故障記錄等，極大地提升了運行和維護的效率。

5" 結(jié)束語

本文針對變電站工程設(shè)計中檢修安全措施方面，開發(fā)了一種微機防誤與風(fēng)險管控系統(tǒng)。通過對硬件設(shè)備和軟件系統(tǒng)的細致分析，展示了這種設(shè)計如何精確監(jiān)控設(shè)備運行狀態(tài)，減少人為操作錯誤，并有效管控設(shè)備檢修作業(yè)風(fēng)險。總的來說，這種新型系統(tǒng)設(shè)計為電力設(shè)施的穩(wěn)定運行和安全管理提供了強大支持。未來研究將聚焦于系統(tǒng)的進一步優(yōu)化和深度整合，期待在電力系統(tǒng)的智能化、自動化和安全性方面取得更大的突破。

參考文獻：

[1] 胡紹謙，李力，朱曉彤，等.提高智能變電站自動化系統(tǒng)工程實施效率的思路與實踐[J].電力系統(tǒng)自動化，2017，41（11）：173-180.

[2] 錢建國，張超，馬偉，等.基于多維映射矩陣的變電站監(jiān)控系統(tǒng)智能巡檢技術(shù)[J].浙江電力，2022，41（1）：118-124.

[3] 陳晨.智能變電站在線監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)與應(yīng)用[D].濟南：山東大學(xué)，2016.

[4] 施紫薇.智能變電站在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用分析[D].福州：福州大學(xué)，2017.

[5] 葛萬剛.變電站監(jiān)控系統(tǒng)在電力調(diào)度中的應(yīng)用分析[J].無線互聯(lián)科技，2021，18（19）：100-101.

[6] 羅凌璐，彭奇，王德輝，等.智能變電站過程層網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控方法[J].電力系統(tǒng)自動化，2018，42（11）：151-156.

[7] 雍明月，朱勇，汪奇，等.智能變電站監(jiān)控信息模塊化驗收技術(shù)研究與實現(xiàn)[J].長江信息通信，2021，34（10）：76-81.

[8] HUANG Q， JING S， LI J， et al. Smart substation： State of the art and future development[J]. IEEE Transactions on Power Delivery， 2016，32（2）：1098-1105.

[9] AFTAB M A， HUSSAIN S S， ALI I， et al. IEC 61850 based substation automation system： A survey[J]. International Journal of Electrical Power amp; Energy Systems， 2020，120：106008.

[10] 何旭，姜憲國，張沛超，等.考慮檢修策略的智能變電站保護系統(tǒng)可用性分析[J].電網(wǎng)技術(shù)，2015，39（4）：1121-1128.

[11] KEZUNOVIC M， SPASOJEVIC P， FROMEN C W， et al. An expert system for transmission substation event analysis[J]. IEEE Transactions on power delivery， 1993，8（4）：1942-1949.

[12] HUNT R， FLYNN B， SMITH T. The substation of the future： Moving toward a digital solution[J]. IEEE Power and Energy Magazine， 2019，17（4）：47-55.