智能变电站二次设备检修风险控制技术研究

2018-09-10马伟东韩伟崔宁宁刘磊孔圣立

河南科技 2018年17期

马伟东韩伟崔宁宁刘磊孔圣立

摘要：为了应对智能变电站技术给检修工作带来的困难和挑战，本文重点研究了现场二次设备检修过程中面临的风险。针对现场工作中出现的常见风险点，拟设计一种二次设备检修风险控制系统，用以评估因检修可能造成的保护误动和拒动风险，自动展示配置文件（SCD）的修改历史，进行待检设备的关联关系分析、生成安全措施票，对安措执行过程中的步骤进行实时核对和告警。通过工程实践验证，此系统有效降低了智能变电站的检修风险，显著提高了供电可靠性，且易于操作、效果良好。

关键字：智能变电站；二次设备；检修；风险控制

中图分类号：TM76；TM63 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2018）17-0136-04

Research of Risk Control in Intelligent Substation

Secondary Equipment Maintenance

MA Weidong HAN Wei CUI Ningning LIU Lei KONG Shengli

Abstract： In order to cope with the difficulty and challenge brought by intelligent substation technology， this paper mainly studied the risk during secondary equipment overhaul on working site. It designed a risk control system of secondary equipment maintenance， which could evaluate the risk of protection misoperation and refusal-operation caused by maintenance， moreover， which could display the revision history of SCD automatically， analyze the incidence relation of detected equipment， format the safety measures ticket. The steps in the process were checked and alerts in real time. Through engineering practice， this system effectively reduced the overhaul risk of smart substations， significantly improved the reliability of power supply， and was easy to operate and achieved good results.

Keywords： intelligent substation；secondary equipment；maintenance；risk control

智能变电站是建设坚强智能电网的重要组成部分，智能变电站与常规变电站最大的不同是增加了合并单元、智能终端等过程层设备。以往由电缆传输的模拟量信号直接就地转变为数字量信号，并通过光纤传输给间隔层和站控层设备[1]。这样二次设备之间的电气连接变成了通信连接，物理回路变为了逻辑回路，看得见的模拟量电缆回路变成了看不见的信息流虚回路，给二次设备检修带来了较大风险。目前，已有文献在智能变电站运维检测技术方面进行了研究[1-5]，且取得了可观的效果。其研究内容主要集中在SCD文件的检测、设备和二次回路的调试等方面。有的文献在智能变电站二次安措的防误方面进行了研究，提出了安措的防误机制[6-9]，降低了因安措的失误而导致的事故；有的文献从安措的自动化方面进行了研究，提出了安全措施的自动构建方法和设备操作的管控系统[10，11]，从降低现场人员工作量、降低人为失误等方面入手，以降低智能变电站二次设备检修的风险；有的文献在智能变电站二次虚回路可视化、继电保护装置状态监测方面进行了研究[12，13]，提出相应的手段和措施来改进二次设备的检修，以降低检修工作给变电站的安全稳定运行带来的风险。但目前的研究并未将智能变电站二次设备检修过程中面临的风险进行一个整体的评估和预防，实际操作中缺少一个切实可用的、能降低检修过程中面临的各个阶段风险的手段。

1 智能变电站检修面临的风险

1.1 SCD文件带来的风险

智能变电站的SCD文件包含着全站二次设备的配置信息，智能变电站所有二次设备的配置信息都需要从SCD文件中导出，其正确性和完整性对智能变电站建设和运行非常重要。但目前，SCD文件缺乏必要的校核，文件版本管理严重依赖厂家且管理混乱。在智能变电站建设调试过程中，厂家随意对SCD文件进行修改的现象十分普遍。

目前，部分文献在对智能变电站二次检修安措防误技术进行研究时严重依赖对SCD文件的解析，其前提条件是设定检修时用到的SCD文件正确无误。若由于智能变电站的管理问题导致SCD文件非最终版本，则根据此SCD文件形成的安全技术措施就会存在重大缺陷，很可能导致运行保护设备的误动。

1.2 二次虚回路不可视带来的风险

智能变电站与传统变电站的另一个区别是二次回路的虚拟化。现场工作人员开展检修时保护的各個电流电压回路和开入开出回路变成了信息流回路，通过光纤进行传输。这使得多根电缆构成的各个清晰回路变成了一根或两根光纤，各个回路无法区分，给工作人员带来了较大困扰。保护装置上原来的硬压板大部分变成了软压板，按照目前国网公司的保护装置设计规定，只保留检修压板这一个硬压板。在执行安措时，对于压板投退的执行和确认不直观，给现场工作人员带来了较大的心理压力，易导致工作人员焦虑，从而产生人为失误。

1.3 安措执行带来的风险

与传统变电站相比，智能变电站增加了合并单元、智能终端等过程层设备，还增加了大量的交换机，组成了过程层网络和站控层网络，因此，智能变电站现场二次设备安全措施的实施与常规变电站有很大不同。

其一是安措执行顺序不同。智能变电站中的合并单元可能与多个保护设备相关，故在安措执行时，其执行顺序受到较大影响。在国网公司范围内发生过多起因安措操作顺序不当而造成的保护误动和拒动的实际案例。为防止因执行顺序导致的保护误动，一般按照如下规则进行：执行安全措施时，宜按照先退出SV软压板，再退出GOOSE软压板，先退出接收软压板，再退出发送软压板，先退出运行装置软压板，再退出检修装置软压板，先退出智能终端出口硬压板，再投入装置检修压板的顺序进行。在恢复安全措施时，宜按相反顺序进行。

其二是安措执行对象不同。智能变电站的安全措施包括：①智能终端保护跳闸、保护重合闸出口硬压板；②保护装置功能软压板和控制字；③保护装置GOOSE发送软压板和接收软压板；④保护装置SV接收软压板；⑤装置检修压板；⑥插拔光纤；⑦断开装置和操作电源。智能变电站在实施安全措施时，一般采用前5种措施，第⑥和第⑦较少使用。

由此可见，在智能变电站执行安措时需要进行大量的软压板操作，且其执行顺序又有严格的要求，难免会造成人为失误，造成遗漏或顺序错误。

2 智能变电站检修风险控制系统

本文设计了一种在二次设备检修时的风险控制系统，通过SCD文件管控技术、虚回路可视化技术和在线监视技术解决了智能变电站给运维检修人员带来的困扰。此系统用于辅助现场工作人员的检修工作，降低工作中面临的风险。系统包括3个模块：风险识别模块、风险分析模块和自动化安措模块。

2.1 风险识别模块

风险识别模块主要用于辨别检修工作任务、识别智能变电站结构形式、SCD文件正确性校核。例如：识别此变电站采用常规互感器+合并单元模式还是电子式互感器+合并单元模式，保护设备采用双重化模式还是单套装置。根据工作任务、智能变电站型式的不同结合SCD文件提示本次工作任务存在的风险点，根据工作任务量评估风险大小，给出停电范围建议。

2.2 风险分析模块

风险分析模块主要采用可视化手段展示被检修设备和其他设备之间的联系，停电区域设备和不停电区域设备之间的关系。模拟展示检修设备投检修位和对某个设备或回路采取安全措施之后对运行设备的影响。针对不同的风险点，给出相应的安全技术措施。

2.3 自动化安措模块

自动化安措模块包括安措票自动生成和安措执行步骤自动监视两个部分。安措票自动生成就是在风险分析模块对被检修设备与其他设备关联关系分析展示的基础上，结合安措规则制定最优化的安措票。安措执行步骤的自动监视就是在工作人员执行安措票的过程中，将每一步的操作与安措票进行核对，如果发现漏步操作或执行顺序错误，则发出告警信号。

3 关键技术

本文所述的二次设备检修风险控制系统中的4个模块需要用到SCD校验技术、二次虚回路可视化技术、安措票自动生成技术和安措防误技术。这些技术在相关文献中已被进行了深入研究和论述。本文主要描述二次设备检修风险控制系统中所作的创新性贡献。

3.1 检修风险评估

智能变电站检修时面临的风险主要是保护误动和拒动的风险。要对误动和拒动风险进行评估，就需要知道其影响因子。本文通过对SCD文件的解析和关联关系分析可以知道某二次设备检修时其影响范围，根据难易程度和工作量可估算出工作时间。本文设定影响范围、难易程度、工作时间为检修风险的影响因子。其风险计算表达式为：

[S∑=K1F+K2T+K3N] （1）

式（1）中，[S]为风险值，F、N、T为影响范围、难易程度和工作时间的影响值，[K]为各影响因子权重。

保护误动包括检修时误操作造成的直接误动和由于检修导致保护区外故障时的间接误动。误动风险表达式为：

[SW=Pw1+Pw2S∑] （2）

式（2）中，[SW]为误动风险，[Pw1]为直接误动概率，[Pw2]为间接误动概率。

保护拒动风险为检修期间保护区内发生故障，但由于检修造成保护拒动，其表达式为：

[SJ=PJ×S∑] （3）

式（3）中，[SJ]為拒动风险，[PJ]为检修期间，保护区内发生故障的概率。

3.2 SCD文件可视化展示修改历史

鉴于SCD文件对智能变电站的重要性，为防止因私自修改SCD文件给检修工作带来风险，本文所述的风险控制系统中存放着SCD文件的历次修改版本。在进行二次设备关联关系展示时，可采用不同颜色标示新增设备与原有设备、新增回路与原有回路，给变电站工作人员以直观的感受。此项技术在智能变电站改扩建工作中发挥着巨大作用。

3.3 安措自动化技术

鉴于在进行安措时操作顺序对安措执行风险的影响很大。本技术创新性地将安措票在自动构建时，分别构建安措执行票和安措恢复票。将执行顺序与恢复顺序分开，明确两个工作的次序，减少人为失误，如表1、表2所示。此外，在安措执行时，分别与安措执行票和安措恢复票进行核对，对跨步或漏步操作进行告警，如图1所示。

4 技术应用

研制的“智能变电站二次设备检修风险控制系统”已经在南阳220kV宗璞变电站进行了现场应用。通过现场验证可知，此系统可实现智能变电站SCD文件修改历史可视化展示，并可校验其正确性；能自动分析待检设备与其他设备之间的关联关系；能建立安措票数据库，自动构建并存储安措票；执行按措时，在线监视安措执行步骤，防止人为失误，如图1所示。其工作原理图如图2所示。

5 结语

本文分析了智能变电站二次设备检修面临的风险，在分析风险点的基础上设计了智能变电站二次设备检修风险控制系统的各个模块。通过SCD文件管理校验技术、虚回路可视化技术和管理创新有效解决了智能变电站二次设备检修风险，最终形成一个完整的包含检修工作事前准備、安措执行和检修结束后安措恢复的系统。通过工程实际验证，此系统可有效降低二次设备检修风险，提高工作效率，避免人为失误。

目前，智能变电站二次设备较多，二次设备的操作步骤复杂。本文涉及的二次设备操作自动化技术值得进一步研究。

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