變電站二次設備消缺信息管理系統的設計及應用研究

上海電力大學、國網上海市電力公司市北供電公司 張國海 上海電力大學 曾芬鈺

隨著世界經濟、工業技術的不斷發展以及對自然資源的持續消耗，全球能源變得愈加匱乏[1]。基于“雙碳”目標和加快數字化發展的國家戰略，國網公司貫徹新發展理念以堅強智能電網、新能源及分布式電源構成安全可靠、綠色低碳的“全球能源互聯網”。

智能變電站是智能電網中實現能源轉換和控制最重要的組成部分，基于IEC61850標準和通信規范，由智能化一次設備和網絡化二次設備分層構建，由此實現了信息共享網絡化和標準化[2]。加強二次設備的狀態監測是智能變電站自動化技術發展的重要環節[3]，對于提升電網運行管理水平、推動電網企業發展具有重要意義[4]。為提升二次設備的消缺效率，本文提出設計變電站二次設備消缺信息管理系統，可作為處理異常情況時的信息庫，同時也可作為排故搶修消缺經驗的知識庫。

1 變電站二次設備消缺現狀

變電站中的二次設備指的是能夠對一次設備和總體系統的運行情況進行控制、保護、監控和檢測的設備[5]，其性能直接關系到了電網的運行質量。當前變電站內二次設備的類別和型號愈加復雜，大幅增加了運維檢修難度，在二次設備異常消缺的過程中消耗了大量的人力及時間成本。

在供電公司中，繼電保護人員主要負責二次設備的運維和檢修工作，對二次設備的異常情況進行消缺處理，保障二次設備的安全穩定運行。變電運維人員雖作為一次設備的“設備主人”，在倒閘操作中和事故處理時也會涉及二次設備的操作和檢查。綜上所述，變電站二次設備消缺的全流程如圖1所示。

圖1 變電站二次設備消缺全流程圖

在二次設備發生異常時，涉及判斷故障、查詢臺賬、聯系匯報、開具搶修單、現場搶修、驗收記錄等多個環節。據統計，其中判斷故障、查詢臺賬、現場搶修三個環節相對耗時較長，為有效地提升二次設備消缺全流程效率，本文將重點針對上述三個環節開展分析和優化。

2 變電站二次設備消缺問題及需求分析

2.1 問題分析

對二次設備消缺流程中的重點環節進行分析，主要存在以下三方面問題。

一是判斷故障環節：二次設備種類繁多，操作難度大。產生這一問題的主要原因是變配電站中的二次設備種類繁多，界面的操作方式和菜單布局都不盡相同，且變電站內配置的進口全英文界面二次設備，對于運維人員的英語水平有一定要求。遇到操作界面不太友好或者全英文界面按鍵的進口二次設備時，部分運維人員讀取故障報告和判斷故障存在一定困難，影響缺陷處理的效率。

二是臺賬資料環節：臺賬資料管理不完善，查找時間長。產生這一問題的主要原因是二次設備異常情況處理時需參考較多技術資料。由于臺賬資料基本保存在內網平臺的PMS 系統中且分類檢索較為煩瑣，運維人員和繼電保護人員只能在辦公室電腦中查找。據統計，單個二次設備的消缺的時間約為1～2h，其中資料準備和檢索的時間就耗時三分之一。

三是現場搶修環節：消缺經驗管理較單一，缺乏有效傳承。產生這一問題的主要原因是繼保人員需要積累大量的設備消缺經驗才能熟知各類設備的故障和消缺要點。以往主要通過組織事故處理分析會，或通過編寫典型案例的方式來交流傳承經驗。隨著時過境遷，消缺的經驗和知識都存在流失的情況。

2.2 需求分析

為有效解決消缺流程中存在的重點問題，從需求角度進行分析，從而完善系統的架構和功能設計。

從性能需求的角度來看，為便于運維人員和繼電保護人員在工作現場進行快速查找資料，系統需要基于手機平臺進行運行和操作，擁有應用便攜性。此外，臺賬資料還需分類分層劃分，從而能達成精準搜索。

從功能需求的角度來看，為更全面地提升運維人員和繼電保護人員對于二次設備消缺效率，系統整體架構需具備內容廣泛性，從而能夠為消缺全流程提供幫助。同時，系統界面設計需人性化，便于交互操作。

從安全需求的角度來看，為保障內部數據的信息保密性，系統內容僅對電力內部操作人員可見，需有專屬的賬號密碼，重要信息加密改用代碼表示。此外，系統要做到不間斷地可靠運行，不能存在掉線等異常情況。

3 變電站二次設備消缺信息管理系統的設計分析

3.1 系統及模塊架構

系統分為系統電腦后端和系統手機前端兩個部分。電腦端匯編了轄區內變電站二次設備的現場應用技術資料，形成了便于維護和編輯的數據庫，并轉化設計為相應標準化的模塊單元。手機端則能夠對消缺數據庫的資料進行顯示及雙向交互，便于運維人員和繼保人員快速地對技術資料進行查找、記錄和運用。變電站二次設備消缺信息管理系統的模塊單元如圖2所示。

圖2 變電站二次設備消缺信息管理系統模塊單元圖

3.2 模塊功能介紹

3.2.1 特殊臺賬檢索模塊

此模塊以列表的形式展示轄區內的特殊保護設備、特殊接線、特殊保護邏輯，并且將站名等敏感信息通過代碼加密表示。當相關設備發生異常情況時，通過該模塊的檢索能夠及時了解現場的特殊要點，并通過站名及倉位的索引實現精準查詢，提升現場處理的針對性和時效性。

3.2.2 設備操作指南模塊

此模塊以分層列表的形式按照廠家型號劃分展示了轄區內所有的二次設備的操作面板指南、操作手冊附件和廠家技術支持電話。當相關設備發生異常情況時，通過對廠家型號的檢索方便運維人員對相應二次設備進行快速操作處理，也有助于提升異常消缺能力。

3.2.3 異常消缺記錄及指引模塊

此模塊可實現交互式的消缺記錄和查詢功能，可在手機端實時記錄當前處理的異常缺陷，實時記錄異常現象、發生原因和處理方法等關鍵信息，形成系統性的消缺記錄。

同時，模塊以分層列表形式匯編了二次設備常見的典型異常故障和信號的解決方法和排查經驗，通過該模塊檢索能及時了解二次設備各類異常情況的解決對策，便于現場人員從歷史消缺資料庫中查詢類似問題的解決方案，讓異常消缺工作變得有跡可循。

3.2.4 缺陷智能預判模塊

此模塊可實現較為全面的消缺原因預判功能。當二次設備發生異常情況時，基于歷史數據的記憶算法，通過該模塊的關鍵詞篩查和大數據分析功能，能夠實現故障的原因預判，展示該異常情況所有可能的原因。在手機端輸入“事件描述”，點擊“分析原因”將顯示該事件所有歷史故障原因，為繼保人員的消缺工作提供更高效的對策參考。

4 應用成效

針對變電站二次設備消缺時判斷故障、查詢臺賬、現場搶修時間長等問題，通過實際應用分析發現變電站二次設備消缺信息管理系統為二次設備消缺處理工作帶來了實效。經測試和統計，變電站二次設備消缺信息管理系統應用后能夠減少約70%的技術臺賬檢索時間，減少約50%的判斷故障時間，并縮短約60%的現場搶修時長，顯著提升了變電站二次設備的消缺工作效率。同時，運維人員和繼保人員可通過系統中二次設備操作手冊、消缺處理指南等技術資料實現移動學習，促進個人工作能力和技術水平的提升。

5 結語

目前，變電站二次設備消缺信息管理系統的運用反響良好。未來將對系統進行不斷優化和拓展，持續完善文件交互功能和管理附件功能。希望通過變電站二次設備消缺信息管理系統的迭代升級，進一步提升繼保人員和運維人員的應急處理能力和效率，更好地服務于電站設備運維保障工作。