變電站智能運維管控系統的研究與設計

王 晴,盧泳茵,尹雁和,劉德志,陳俊杜,陳 勇

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

0 引言

常規變電站二次回路、保護出口和功能壓板都是“看得見,摸得著”的,有明顯的物理斷口。而在智能變電站中,傳統的電纜被光纖電纜取代,光纖光纜增加了變電站運維檢修的不可控性[1]。由于缺乏對智能二次設備軟壓板、虛回路、光纖回路運維管控和二次安全操作等工作的技術支撐平臺,導致存在誤操作、誤接線、誤設置等情況,造成電網事故[2]。同時,在變電站無人值守及遠程操作方面,也呈現出“距離遠、手段少、監控難、響應慢”[3-6]等問題。運維作業時,需耗費大量時間翻閱紙質圖紙和數據,且抄錄過程極易出現漏填、錯填等問題。由于紙質資料無法錄入系統,運維作業相關資料無法實現統一集中管理,一方面降低了工作效率,另一方面嚴重威脅智能變電站的安全運行。

國內已經開展變電站智能運維管控系統的研究與開發,實現了對變電站實時在線數據的分級可視化展示,智能巡檢、智能定檢以及智能故障診斷定位等功能[7]。變電站在線數據由在線監測子站上送在線監測主站,變電站離線數據主要還是通過人工錄入進行記錄。目前的變電站智能運維管控系統并沒有對變電站實時在線數據和離線數據進行有效的結合,不能滿足變電站集中運行維護的要求。

本文從智能變電站二次回路運維及檢修實際特點和需求出發,設計一種集在線監測平臺和移動運維管理平臺為一體的智能運維管控系統,實現變電站繼電保護全生命周期數據綜合分析,保障電網安全穩定運行。

1 智能運維管控系統數據安全交互

電力二次系統根據安全防護等級的不同分為4個區:安全Ⅰ區為實時控制區、安全Ⅱ區為非控制生產區、安全Ⅲ區為生產管理區、安全Ⅳ區為管理信息區。變電站在線數據位于安全Ⅰ區和安全Ⅱ區,離線數據位于安全Ⅲ區,若要實現變電站在線數據和離線數據結合,需要解決安全Ⅱ區和安全Ⅲ區互通的問題?，F提出以下3種解決措施。

(1)通過增加單向隔離裝置傳輸數據。安全Ⅱ區在線監測主站通過單向隔離裝置將數據推送至安全Ⅲ區繼電保護運維管理系統。

(2)通過加密U盤傳輸數據。目前南方電網加密U盤是在加密機上使用的,故只能在加密機所在的安全I、II區與安全III區進行數據傳遞。

(3)通過人工錄入傳輸數據。通過人工查看的方式將安全Ⅱ區的在線監測主站數據手動錄入到安全Ⅲ區的繼電保護運維管理系統。

2 智能運維管控系統架構

針對二次回路運維檢修現狀,提出一種基于變電站實時在線數據和離線數據的智能運維管控系統,系統架構如圖1所示,二次回路移動運維管理主站部署在安全內網,客戶端工作站通過內網有線接入主站,移動終端通過VPN專網接入到二次回路移動運維管理主站,并通過掃描貼在裝置上的二維碼標簽識別被操作裝置。

移動運維主站實時在線數據來源有2種。

(1)在線監測子站從安全Ⅰ區的過程層網絡和站控層網絡獲取在線信息,并在安全Ⅱ區通過IEC 61850協議將信息實時上送給在線監測主站,再由安全Ⅱ區的在線監測主站與安全Ⅲ區的移動運維主站進行信息交互。

(2)移動運維主站與處在同一安全Ⅲ區的大數據平臺直接進行信息交互。

圖1 系統架構

移動運維主站離線數據主要來源于移動終端人工錄入,再上送移動運維主站。移動運維主站根據獲取的在線監測實時數據以及移動終端錄入的離線數據進行信息綜合統計分析,最終為運維檢修工作提供強有力的數據支撐。

3 智能運維管控系統軟件功能設計

根據實際應用需求,智能運維管控系統包括以下功能模塊:保護狀態遠程可視化、專業巡檢、設備檢驗、設備驗收以及缺陷管理。

3.1 保護狀態遠程可視化

保護狀態遠程可視化主要用于變電站內保護裝置的保護總覽(保護面板、保護軟硬壓板、保護光字牌、臺賬信息、在線監測信息)、保護告警、保護動作、保護錄波等信息遠程可視化。智能運維管控系統采用以下技術手段實現繼電保護遠程可視化。

(1)SCD文件智能解析。智能運維系統通過解析SCD文件,同步變電站信息、站內保護裝置等信息。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)保護狀態實時監測。智能運維管控系統實時監視站內保護裝置狀態,產生相應的告警信號。保護狀態實時監測流程如圖3所示。

圖3 保護狀態實時監測流程

(3)保護狀態推送。在線監測子站通過IEC 61850協議將保護狀態信息實時上送給在線主站,由在線主站將保護狀態信息實時推送至運維主站,再由運維主站通過三維引擎加載保護狀態信息進行三維遠程可視化展示,如圖4所示。

圖4 保護狀態三維遠程可視化

為便于現場運維作業,運維主站可將保護狀態信息實時推送至移動終端進行遠程可視化展示,實現保護狀態的實時動態監測,進一步保障電網安全穩定運行。

3.2 專業巡檢

專業巡檢主要用于專業巡檢任務管理及工作過程管控。巡檢內容包括設備運行環境(溫度、濕度等)、保護設備告警信息、保護設備通信狀態、軟壓板控制模式、壓板狀態、定值區號、差流等信息。

巡檢內容分為自動巡檢和人工巡檢,如圖5所示。巡視作業時,一部分自動巡檢內容結果可從在線監測系統推送給移動運維主站的信息中獲取。另一部分人工巡檢內容可在移動終端人工錄入現場照片、視頻等信息,最后由移動終端上送至運維管控系統。傳統方式巡檢周期較長,而本系統充分結合在線巡檢數據及離線巡檢數據,有效縮短巡檢周期,便于運維人員及早發現問題。

圖5 巡檢內容

3.3 設備檢驗

設備檢驗主要用于檢驗任務的管理及工作過程的管控。檢驗內容按照檢驗任務單進行,包括裝置功能檢查、光口光強檢查、電纜/光纜回路檢查、定值壓板狀態檢查、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。

設備檢驗內容分為自動檢驗和人工檢驗,部分定檢內容如表1所示。設備檢驗作業時,一部分自動檢驗內容結果可從在線監測系統推送給移動主站的信息中獲取,另一部分需要人工確認的檢驗內容,可在移動終端人工錄入上送至運維管控系統。

3.4 設備驗收

設備驗收主要用于驗收任務管理及工作過程管控。針對設備驗收前的準備工作、儀器儀表、人員要求以及危險控制做出提醒,協助工作人員完善準備措施,并加強對危險點的控制。

設備驗收作業時,一部分自動驗收內容如裝置基本參數、保護功能檢查、壓板狀態檢查等,可從在線監測系統推送給移動主站的信息中獲取,另一部分需人工確認的驗收內容如裝置外觀驗收、資料驗收等,在移動終端人工錄入后上送至運維管控系統。

3.5 缺陷管理

缺陷管理主要用于消缺任務管理及缺陷信息采集。系統在離線數據的基礎上結合在線監測系統智能診斷數據從而擴大缺陷采集的數據渠道。消缺任務閉環管理流程如圖6所示。

缺陷信息采集來源于在線監測系統智能診斷的結果(電壓、電流采樣值突變越限,裝置工作狀態越限突變,光纖鏈路斷鏈告警信息,定值比對異常等)和現場人工判斷結果(裝置外觀生銹、螺栓松動等),其中智能診斷的缺陷由移動主站自動生成,現場人工判斷的缺陷由人工在移動終端錄入。當所有缺陷均錄入完成后,移動主站自動生成消缺任務單,下發給移動終端,再由消缺任務執行人員按照要求和流程進行現場消缺,待缺陷消除后,需在移動終端填寫消缺完成信息,并提交審批。

表1 部分定檢內容

圖6 消缺任務閉環管理流程

4 工程應用驗證

現以某220 k V智能變電站線路保護發出“開入插件異?！备婢盘枮槔?闡述本系統的應用過程。

當在線監測子站收到線路保護發出“開入插件異?！备婢盘柡?通過IEC 61850協議將告警信息實時上送給在線主站,在線主站將告警信息實時推送至運維主站,運維主站收到保護告警信息后,自動生成相應的消缺任務單,并下發給移動終端,由消缺人員按照要求和流程進行消缺。

當消缺人員到達現場,經過一系列檢測發現缺陷原因為保護裝置背板開入插件存在異常,異?？梢暬纠鐖D7所示。

圖7 異?？梢暬纠?/p>

更換該插件后,“開入插件異?！钡母婢盘栂?消缺人員在移動終端填寫消缺完成相關信息并提交審核人審批,然后運維主站自動下發驗收任務單給相關驗收人員。驗收人員對消缺情況進行驗收,驗收通過后相關信息將在運維主站登記入庫,并形成典型案例,最終實現運維過程工單作業的閉環管理。

傳統方式運維與智能運維管控系統運維比對分析結果如表2所示。

表2 運維方式比對分析結果

此外,經運維主站大數據統計分析,某廠家同一型號保護裝置的同一背板插件屢次出現此類異常。利用大數據統計結果,一方面有利于指引相關廠家對該型號保護裝置硬件嚴格檢測,另一方面可以有效指導采購廠家的優選。

5 結束語

該系統通過應用移動終端設備延伸系統的應用邊界,將變電站實時在線數據和離線數據進行有效結合,既擴大了數據的來源途徑,又為變電站現場作業提供了便利條件。實現了運維檢修業務流程的全覆蓋、多平臺數據對接、日常運維檢修工作精簡化、設備運行工況的實時掌控、現場作業的實時監測,可大幅度降低運維人力成本,減輕運維檢修的工作量,提高現場全生命周期數據的利用率和工作效率。