变电站智能运维管控系统的研究与设计

王 晴,卢泳茵,尹雁和,刘德志,陈俊杜,陈 勇

(1.广东电网有限责任公司中山供电局,广东 中山 528400;2.武汉凯默电气有限公司,湖北 武汉 430223)

0 引言

常规变电站二次回路、保护出口和功能压板都是“看得见,摸得着”的,有明显的物理断口。而在智能变电站中,传统的电缆被光纤电缆取代,光纤光缆增加了变电站运维检修的不可控性[1]。由于缺乏对智能二次设备软压板、虚回路、光纤回路运维管控和二次安全操作等工作的技术支撑平台,导致存在误操作、误接线、误设置等情况,造成电网事故[2]。同时,在变电站无人值守及远程操作方面,也呈现出“距离远、手段少、监控难、响应慢”[3-6]等问题。运维作业时,需耗费大量时间翻阅纸质图纸和数据,且抄录过程极易出现漏填、错填等问题。由于纸质资料无法录入系统,运维作业相关资料无法实现统一集中管理,一方面降低了工作效率,另一方面严重威胁智能变电站的安全运行。

国内已经开展变电站智能运维管控系统的研究与开发,实现了对变电站实时在线数据的分级可视化展示,智能巡检、智能定检以及智能故障诊断定位等功能[7]。变电站在线数据由在线监测子站上送在线监测主站,变电站离线数据主要还是通过人工录入进行记录。目前的变电站智能运维管控系统并没有对变电站实时在线数据和离线数据进行有效的结合,不能满足变电站集中运行维护的要求。

本文从智能变电站二次回路运维及检修实际特点和需求出发,设计一种集在线监测平台和移动运维管理平台为一体的智能运维管控系统,实现变电站继电保护全生命周期数据综合分析,保障电网安全稳定运行。

1 智能运维管控系统数据安全交互

电力二次系统根据安全防护等级的不同分为4个区:安全Ⅰ区为实时控制区、安全Ⅱ区为非控制生产区、安全Ⅲ区为生产管理区、安全Ⅳ区为管理信息区。变电站在线数据位于安全Ⅰ区和安全Ⅱ区,离线数据位于安全Ⅲ区,若要实现变电站在线数据和离线数据结合,需要解决安全Ⅱ区和安全Ⅲ区互通的问题。现提出以下3种解决措施。

(1)通过增加单向隔离装置传输数据。安全Ⅱ区在线监测主站通过单向隔离装置将数据推送至安全Ⅲ区继电保护运维管理系统。

(2)通过加密U盘传输数据。目前南方电网加密U盘是在加密机上使用的,故只能在加密机所在的安全I、II区与安全III区进行数据传递。

(3)通过人工录入传输数据。通过人工查看的方式将安全Ⅱ区的在线监测主站数据手动录入到安全Ⅲ区的继电保护运维管理系统。

2 智能运维管控系统架构

针对二次回路运维检修现状,提出一种基于变电站实时在线数据和离线数据的智能运维管控系统,系统架构如图1所示,二次回路移动运维管理主站部署在安全内网,客户端工作站通过内网有线接入主站,移动终端通过VPN专网接入到二次回路移动运维管理主站,并通过扫描贴在装置上的二维码标签识别被操作装置。

移动运维主站实时在线数据来源有2种。

(1)在线监测子站从安全Ⅰ区的过程层网络和站控层网络获取在线信息,并在安全Ⅱ区通过IEC 61850协议将信息实时上送给在线监测主站,再由安全Ⅱ区的在线监测主站与安全Ⅲ区的移动运维主站进行信息交互。

(2)移动运维主站与处在同一安全Ⅲ区的大数据平台直接进行信息交互。

图1 系统架构

移动运维主站离线数据主要来源于移动终端人工录入,再上送移动运维主站。移动运维主站根据获取的在线监测实时数据以及移动终端录入的离线数据进行信息综合统计分析,最终为运维检修工作提供强有力的数据支撑。

3 智能运维管控系统软件功能设计

根据实际应用需求,智能运维管控系统包括以下功能模块:保护状态远程可视化、专业巡检、设备检验、设备验收以及缺陷管理。

3.1 保护状态远程可视化

保护状态远程可视化主要用于变电站内保护装置的保护总览(保护面板、保护软硬压板、保护光字牌、台账信息、在线监测信息)、保护告警、保护动作、保护录波等信息远程可视化。智能运维管控系统采用以下技术手段实现继电保护远程可视化。

(1)SCD文件智能解析。智能运维系统通过解析SCD文件,同步变电站信息、站内保护装置等信息。SCD文件智能解析流程如图2所示。

图2 SCD文件智能解析流程

(2)保护状态实时监测。智能运维管控系统实时监视站内保护装置状态,产生相应的告警信号。保护状态实时监测流程如图3所示。

图3 保护状态实时监测流程

(3)保护状态推送。在线监测子站通过IEC 61850协议将保护状态信息实时上送给在线主站,由在线主站将保护状态信息实时推送至运维主站,再由运维主站通过三维引擎加载保护状态信息进行三维远程可视化展示,如图4所示。

图4 保护状态三维远程可视化

为便于现场运维作业,运维主站可将保护状态信息实时推送至移动终端进行远程可视化展示,实现保护状态的实时动态监测,进一步保障电网安全稳定运行。

3.2 专业巡检

专业巡检主要用于专业巡检任务管理及工作过程管控。巡检内容包括设备运行环境(温度、湿度等)、保护设备告警信息、保护设备通信状态、软压板控制模式、压板状态、定值区号、差流等信息。

巡检内容分为自动巡检和人工巡检,如图5所示。巡视作业时,一部分自动巡检内容结果可从在线监测系统推送给移动运维主站的信息中获取。另一部分人工巡检内容可在移动终端人工录入现场照片、视频等信息,最后由移动终端上送至运维管控系统。传统方式巡检周期较长,而本系统充分结合在线巡检数据及离线巡检数据,有效缩短巡检周期,便于运维人员及早发现问题。

图5 巡检内容

3.3 设备检验

设备检验主要用于检验任务的管理及工作过程的管控。检验内容按照检验任务单进行,包括装置功能检查、光口光强检查、电缆/光缆回路检查、定值压板状态检查、装置外观检查、直流电源检查、绝缘检查、端子紧固检查等信息。

设备检验内容分为自动检验和人工检验,部分定检内容如表1所示。设备检验作业时,一部分自动检验内容结果可从在线监测系统推送给移动主站的信息中获取,另一部分需要人工确认的检验内容,可在移动终端人工录入上送至运维管控系统。

3.4 设备验收

设备验收主要用于验收任务管理及工作过程管控。针对设备验收前的准备工作、仪器仪表、人员要求以及危险控制做出提醒,协助工作人员完善准备措施,并加强对危险点的控制。

设备验收作业时,一部分自动验收内容如装置基本参数、保护功能检查、压板状态检查等,可从在线监测系统推送给移动主站的信息中获取,另一部分需人工确认的验收内容如装置外观验收、资料验收等,在移动终端人工录入后上送至运维管控系统。

3.5 缺陷管理

缺陷管理主要用于消缺任务管理及缺陷信息采集。系统在离线数据的基础上结合在线监测系统智能诊断数据从而扩大缺陷采集的数据渠道。消缺任务闭环管理流程如图6所示。

缺陷信息采集来源于在线监测系统智能诊断的结果(电压、电流采样值突变越限,装置工作状态越限突变,光纤链路断链告警信息,定值比对异常等)和现场人工判断结果(装置外观生锈、螺栓松动等),其中智能诊断的缺陷由移动主站自动生成,现场人工判断的缺陷由人工在移动终端录入。当所有缺陷均录入完成后,移动主站自动生成消缺任务单,下发给移动终端,再由消缺任务执行人员按照要求和流程进行现场消缺,待缺陷消除后,需在移动终端填写消缺完成信息,并提交审批。

表1 部分定检内容

图6 消缺任务闭环管理流程

4 工程应用验证

现以某220 k V智能变电站线路保护发出“开入插件异常”告警信号为例,阐述本系统的应用过程。

当在线监测子站收到线路保护发出“开入插件异常”告警信号后,通过IEC 61850协议将告警信息实时上送给在线主站,在线主站将告警信息实时推送至运维主站,运维主站收到保护告警信息后,自动生成相应的消缺任务单,并下发给移动终端,由消缺人员按照要求和流程进行消缺。

当消缺人员到达现场,经过一系列检测发现缺陷原因为保护装置背板开入插件存在异常,异常可视化示例如图7所示。

图7 异常可视化示例

更换该插件后,“开入插件异常”的告警信号消除,消缺人员在移动终端填写消缺完成相关信息并提交审核人审批,然后运维主站自动下发验收任务单给相关验收人员。验收人员对消缺情况进行验收,验收通过后相关信息将在运维主站登记入库,并形成典型案例,最终实现运维过程工单作业的闭环管理。

传统方式运维与智能运维管控系统运维比对分析结果如表2所示。

表2 运维方式比对分析结果

此外,经运维主站大数据统计分析,某厂家同一型号保护装置的同一背板插件屡次出现此类异常。利用大数据统计结果,一方面有利于指引相关厂家对该型号保护装置硬件严格检测,另一方面可以有效指导采购厂家的优选。

5 结束语

该系统通过应用移动终端设备延伸系统的应用边界,将变电站实时在线数据和离线数据进行有效结合,既扩大了数据的来源途径,又为变电站现场作业提供了便利条件。实现了运维检修业务流程的全覆盖、多平台数据对接、日常运维检修工作精简化、设备运行工况的实时掌控、现场作业的实时监测,可大幅度降低运维人力成本,减轻运维检修的工作量,提高现场全生命周期数据的利用率和工作效率。