基于人工智能的变电站检修信号验收上送告警模式研究

张昊, 张宇, 李胜, 王国鹏

(国网冀北电力有限公司, 北京 100055)

0 引言

自2010年，国内首座智能变电站在青岛建成，以此基于人工智能的变电站开始在电网中有所凸显，并逐渐发展壮大。以国网某市供电企业为例，从建成变电站并投入运行之后，目前所辖区域内智能变电站数量不断增加，占据了本市所有变电站很大份额，且依旧处于逐渐扩展的趋势。与普通变电站比较分析，既有基于人工智能的变电站装置采样与开入提前转变成了数字量。既有智能变电站装置发生了后移，在普通变电站中，装置开出从装置直接开出模拟量智能变电站中，装置通过GOOSE链接开出数字量，并在智能终端转换成模拟量出口，这样一来，智能变电站的验收工作将面临着巨大挑战[1]。

1 智能变电站结构

目前，智能变电站主要利用三层两网结构[2]。

1.1 站控层

站控层涉猎范围比较广泛，其中主要包含站级监视控制系统、站域控制系统、通信系统、对时系统等等，以此面向全站设施设备进行监视、控制、告警以及交互信息，从而实现数据采集、监视控制、操作闭锁、同步相量采集、电能量采集、保护信息管理等。

1.2 间隔层

设施设备主要就是继电保护装置、测控装置、故障录波装置等等，以此实现保护、运行监视、操作与控制等各项功能。

1.3 过程层

设施设备主要包含合并单元与智能终端等等，以促进电压、电流信号采集、模数转化、一次设备告警信号采集、一次设备操作与控制等。

1.4 站控层网络

站控层设施设备与间隔层设施设备之间进行信息交互的网络，传输MMS与GOOSE报文，主要是为了监视和控制站域。

1.5 过程层网络

过程层网络就是间隔层设施设备和过程层设施设备间的信息交互网络，传输SMV采样值与GOOSE报文，其要求具备较高的实时性与可靠性。为了进一步实现保护装置的稳定安全运行，需要保护装置与合并单元、智能终端间利用点对点方式进行光纤连接，就是所谓的直采直跳。

2 智能变电站的信息流与报文处理

2.1 信息流

为了确保信息采集与控制指令下达的精确程度，基于人工智能的变电站一般会利用直采直跳的方式，传输保护装置和智能终端间的信息流。而SV和GOOSE信息在同一时刻传输到网络交换机中，以供后台、电能表、公用设施设备获取使用，且具有良好的实时监测功能，可以进一步实现设施设备之间的相互操作功能。

2.2 报文

SV报文就是采样值的数字化传输信息，以发布/订阅机制为基础，属于过程层与间隔层设备相互通信的构成部分。在实践应用过程中，在合并单元检修压板投入的时候，发送的数据通道进行检修，发送采样值报文中的数据品质的Test位应该置True。SV接收端装置应该把接收的报文Test位和装置检修压板状态做对比分析，两者保持一致的状态下，才会利用信号进行保护逻辑。而不一致时，接收端装置依旧应该计算并显示相关幅值。GOOSE报文属于一种面向通用对象的变电站事件，主要是为了实现多项IED信息传递，保护传输的跳合闸信号，其传输的成功率非常高。在实际应用过程中，在装置检修压板投入的时候，装置发送报文的test应置True。GOOSE接收端装置应该把接收的test位和装置检修压板状态做对比分析，想着处于一致状态时，才会把信号作为有效信息加以处理[4-6]。

3 出线路间隔检修机制

3.1 出线间隔的构成

基于人工智能的变电站，其完整线路的出线间隔不管一次性主线利用怎样的接线方式，从一次设备到二次保护装置都包括在三层两网系统中。由此可知，智能变电站的组成部分包含多个网络化智能单元，因此其结构与功能相对复杂，这就需要相关部门深入探究其检修状态。

3.2 线路保护装置至检修

在线路保护装置投入检修状态功能压板时，其他装置处于正常的运行状态下，这时起便可以有序收集从智能终端和线路合并单元上送的开关量与模拟数字量，在线路出现故障的时候，另一线路保护装置开始动作，跳开断路器，而因为线路保护装置具备检修状态功能压板，可以人工干预数字信号，改变品质因数，因此保护装置只能够进行数据采集。这样一来，在线路保护出现故障的时候，线路保护装置则不会动作。在相同情况下，其他的保护装置可以有序运转，但是，在检验线路保护装置的保护功能时，需要利用实验设备检验其逻辑功能，这时保护功能可以正常运行，但是，由于受品质因数影响，只能够终端与断路器进行辅助保护[7-8]。

3.3 智能终端至检修

在基于人工智能的变电站终端投入检修状态功能压板位置进行检修的时候，相同间隔装置不会投入，便可以正常运行，而在跳本断路器智能终端相关保护时，因为投入检修状态压板，对自身所需接受数据信息限定品质因素，因此在以上保护跳闸或遥控跳闸GOOSE信号传输到智能终端的时候，因为品质因数问题，导致难以符合接收方的相关要求，导致无法跳闸。

3.4 合并单元至检修

在合并单元至检修时，投入检修状态功能压板，其他装置有序运转。如果以此设备正常运转，或电子式电流互感器开展生流实验，其他与其相关的保护装置都可以接收到合并单元上送的数字信号。因为其投入的检修状态功能压板，干预了上送的数字信号的品质因数，因此其他保护装置只能够进行采样，尽管电流值已经达到保护动作值的标准，也无法启动。

3.5 断路器辅助保护至检修

断路器辅助保护投入检修状态功能压板，智能终端与线路保护处于正常状态下进行运转，对断路器辅助保护实行逻辑检验。因为投入检修状态功能，所发出的启动线路保护远传发信与跳本断路器、相邻断路器的信号品质因数备受干扰，因此，线路保护与断路器智能终端无法判断信号，线路保护无法发出信号，智能终端就不能出口[9-11]。

4 基于人工智能的变电站检修信号验收上送告警模式

在传统变电站进行检修的时候，采取基于保护和测控装置的短接电流端子、打开压板、解掉端子各装置间连接线的方法，落实安全保护措施，以进一步实现检修过程中不会影响其他装置的目标。智能变电站已经基本上取消了硬压板和硬接线，难以实施传统模式的安全保护措施，要求切实依据相关标准，合理选择保护装置、智能终端等安置在检修状态下，只有这样，才可以确保在检修的时候不会影响其他装置。为了有效防止检修信号占用通道，或者干预监控的正常进行，总控装置并没有上传带检修状态的信号，从而衍生了基于人工智能的变电站保护传动实验，难以与监控相验收的不良现象，只能够借助后台加以验收。但是，现阶段变电站实行无人值班模式，这样一来，因为监控无法实时跟踪现场设施设备的定期实验，进行监控功能验证，必然会直接影响监控的安全性与可靠性，即发生故障的时候，没有语音，不推画面，信号系统紊乱等，导致监控功能丢失。对此，必须构建基于人工智能的变电站检修信号验收上送监控告警窗口的综合性智能告警方法。在防止检修信号占用通道资源，干扰正常监控的同时，进一步实现监控与智能变电站现场的保护全回路传动验收。具体如图1所示[12]。

图1

5 智能变电站检修信号验收要点

5.1 过程层验收

其一，一次设备校验，传感器的外观、电气回路、机械特征、元器件的固定、导线连接的可靠性、绝缘性、远程通信数据等等。其二，智能组件校验，各个环节监测IED的安装接线和软件调试，主IED和站控层之间的通信联调，控制单元的传动试验。其三，电子互感器，在合并单元输入光纤接口调试，输出接口调试，采集器调试，交流模拟量采样精确度校验。

5.2 间隔层验收

间隔层设施设备主要就是利用间隔数据，并作用于间隔一次设备，就是和各种远方输入、输出、智能传感器、控制器进行通信。所有的设备、元器件都需要明确标识，保护和测控等各种装置相关信息也需要一一检查，二次接线和二次回路验收的时候，需要确保跳闸逻辑、出口行为符合相关要求，并相互配合进行信号传动试验。

5.3 站控层验收

站控层主要包括自动化、站域、通信、对时等系统，实现面向全站或一次设备的测量与控制功能，进行数据采集和监视控制操作闭锁，并采集电能量、管理保护信息。同时，还要详细测试传输规约和应用性功能，并进一步审查设备校验、测试和调试报告等。即监控系统四遥信号功能的健全性，测控装置通信与相关要求的符合程度，逆变电源交直流切断的正常性等等[13]。

5.4 顺序控制验收

所谓验收需要确定系统中指令可以完成设备控制相关要求，在顺序操作指令中，可以输入其检查、校核、操作完成的回馈信息。

5.5 设备状态可视化验收

将一次设备状态信息进行采集存储，验收信号的选择性内容与方式方法的显示，告警信号逻辑相关功能，验收提前预置的事故和异常处理方法的准确性，以及其与智能变电站现场的符合程度。

5.6 智能告警与决策验收

充分发挥网络拓扑技术的优势与作用，就故障发生的关键性条件，切实结合接线、运行、逻辑、时序等进行综合性判断，并保存故障信息与处理动作[14-15]。

6 总结

总而言之，基于人工智能的变电站验收检修信号，与传统变电站比较分析，存在着明显的差异。其中，智能变电站进行采样需要提前转变成数字量，各个装置采样主要包括直采与网采方式，开入与开出也不例外，都属于数字量，包括直联与组网，导致安全措施难以贯彻落实。而构建智能变电站检修信号验收上送告警模式，不仅可以有效解决检修设备保护传动实验难以和监控设备相验收的难题，还可以双重化配置变电站总控装置信号转发模式，从而实现资源通道与自动化设备资源的有效节省，并进一步促进对智能变电站设备的保护校验，以此进行全过程验收。