智能变电站继电保护巡检系统的研究

赵学会， 傅　浩， 唐小平， 祁　鸣， 汪本清

(国网合肥供电公司， 安徽　合肥　230022)

1　引言

当前智能变电站与传统变电站巡检模式相同，此种作业模式存在这些缺点：(1)巡检效率低，据实际测算，人工完成一台继电保护或测控装置的巡检工作需要耗时15分钟以上；(2)巡检准确率低下，在人工全站巡检的模式下，变电站的运维人员需要反复进行巡检核对的操作达千次以上，长时间的枯燥操作，极容易发生误检的情况，造成准确率低下；(3)易发生误操作，给变电站的安全运行带来风险。

本文为解决上述问题，开发了一套智能变电站继电保护巡检系统，实现变电站巡检工作的自动化，提高智能变电站的巡检效率、准确率，保证变电站的安全稳定运行。

2　系统实现

2.1　系统架构

智能变电站继电保护巡检系统由系统建模模块、巡检信息采集模块、数据分析判断模块、SCD文件可视化管控和巡检报告生成模块组成。其系统架构图如图1所示。

图1　智能变电站继电保护巡检系统架构图

2.2　系统概况

智能变电站要求一次设备智能化、二次设备网络化，在基于IEC61850规范的基础上实现站内电气设备的互联互通，实现信息共享的目的。

过程层主要完成开关量I/O、模拟量的采样和控制命令的发送等与一次设备相关的功能[1]。该层的设备主要包括合并单元、智能终端及一次设备和智能组件组成的智能设备。

间隔层主要包括继电保护装置及测控装置，继电保护装置及测控装置对下通过SV网路及GOOSE网络与过程层通讯，对上通过MMS网络对接站控层监控系统。

站控层网络采用星型结构的100Mbit/s或更高速度的工业以太网；网络设备包括站控层中心交换机和间隔交换机。站控层和间隔层之间的网络通信协议采用MMS，故也称为MMS网[2]。抽象通信服务接口(ACSI)采用抽象的建模技术和面向对象的技术，为变电站IED定义了信息模型以及作用于这些信息模型之上的服务模型，ACSI的存在使得可以用访问镜像的方式访问真实的设备信息，ACSI本身不存在报文，而是采用特定服务映射SCSM映射到OSI应用层来达到信息交换的目的，IEC61850-8部分定义了ACSI服务与MMS映射关系[3]，如表1所示。

表1　ACSI服务的MMS映射

2.3　系统实现

2.3.1基于SCD文件的仿真建模模块实现

变电站系统配置描述SCD文件是符合变电站智能电子设备配置语言SCL规范的文件，是变电站内数据交换的标准语言，它从面向变电站的一次、二次设备对象的角度描述了完整的变电站配置[4]。按照SCL规范构建SCD文件的解析函数提取IED的配置信息，从中获取设备名称、设备通信参数配置等关键信息，建立相关信息模型，通过遍历访问LDevice节点中通信配置的相关信息，提取到根据配置信息，建立巡检系统的建模模型。

2.3.2巡检信息收集模块

巡检信息收集模块主要基于MMS客户端实现，MMS的客户/服务器模型是采用虚拟制造设备(VMD)模型来描述的，即将具体的实际设备抽象为虚拟设备作为服务器的资源并按照MMS的对象VMD域、变量等顺序建模，客户端向服务器请求MMS服务，服务器响应客户端的MMS请求[5]。MMS客户端可以通过指定有名变量列表的名称来实现对多个变量的访问，例如：当VMD收到MMS客户端对指定变量列表的Read服务时，VMD将对有名变量列表中的每个变量进行读取，并返回所需的各个值。

日志是MMS中定义的带时标的记录、log或数据，包括时间状态、变量值或字符串数据，用于实时记录事件的发生、数据的变化等。便于日后对离线数据、历史事件的查看和分析。巡检系统与待巡检装置建立MMS通信链接后，调用日志服务，获取待巡检装置的日志内容，随后对巡检日志进行解析，提取日志的内容，获取待巡检装置发生的告警名称、发生时间及优先级等关键信息。最后对获取到的信息进行分析处理，按照既定的巡检规则对日志信息进行分类处理和识别，对待巡检装置的运行工况进行判断和总结，最后将日志巡检结果暂时存放于日志巡检信息暂存区。

2.3.3巡检信息分析及判断模块的实现

巡检信息分析及判断模块主要对采集到的巡检信息进行分析判断，其判断分析的依据及过程概述如下：

(1)采样巡检分析主要依据遥测量幅值判断标准、遥测量相角判断标准及三相电流平衡判断标准，读取缓存的巡检信息进行分析判断形成巡检分析判断的结果。

(2)定值及软压板巡检信息的分析判断的步骤如下：首先导入变电站存档的word格式的全站定值清单，依据定值名称作为关键字分别提取定值清单中每个定值项的具体值和巡检系统提取到的运行装置当前定值进行对比判断，得出判断结果。

(3)日志分析判断模块，首先读取缓存的日志巡检信息，然后提取日志中记录的发生时间、事件名称，并根据既定的规则对日志内容进行优先级划分。

2.3.4SCD文件的可视化管控

实现SCD文件的可视化管控，能对变电站内SCD文件自动比对，分析SCD不同时期版本的异同点。SCD文件的管控分为在线管控和离线管控两个方面。在现场主要是离线管控的应用。就SCD离线管控功能如图2所示给出实现流程图。

图2　SCD文件离线管控示例图

2.3.5报告生成模块的实现

根据巡检信息分析及判断模块得到的分析判断结果，按照变电站巡检报告的标准模板，巡检分析结果按顺序拷贝至标准模板中要求的位置，自动化实现变电站巡检报告的生成。

3　实际使用效果

3.1　SCD文件管控可视化

SCD文件可视化，以图形化方式展示SCD关键信息。主要包括三大部分：单装置信号图、单装置逻辑链路图、单装置虚端子图。

单装置信号图：以所选装置为中心，显示关联设备之间的虚端子连接关系，如图3所示。

图3　单装置信号图

单装置虚端子图：显示所选装置的所有自身虚端子图，并区分显示已使用和未使用的虚端子，如图4所示。

图4　单装置虚端子图

3.2　巡检报告格式化

根据上文所述功能，巡检系统将巡检结果信息统一分类整理，并按照给定的格式生成巡检报告，报告格式示例如表2所示。

表2　继电保护设备巡检报告样表

3.3　应用效果分析

SCD可视化管控系统的运用，解决了智能变电站二次回路虚端子“摸不着，看不见”的问题，并能及时排查SCD文件配置中的缺陷。SCD可视化管控模块已成功应用于220kV锦绣变110kV间隔扩建工程中，及时发现了厂家配置SCD文件时出现的错误，确保保护装置安全、健康地投入运行。

同时，智能巡检系统在220kV锦绣变进行了实际应用，并与人工巡检作业进行了实际对比，对比结果见表3。

表3　继电保护巡检系统应用效果分析对比

通过表3可以发现智能变电站继电保护巡检系统实现巡检效率提升10倍以上，并杜绝了可能出现的巡检误操作的可能性。

4　结语

智能巡检系统的应用，规范了巡检内容，优化了巡检管理流程，使得原本繁琐的工作变得简单清晰；同时巡检系统的使用和维护简单易行，有效地减少了巡检人员的信息采集工作量。SCD文件管控模块实现SCD文件管控CRC校验，实现任意一个变电站SCD文件的历史版本与最新版本的SCD的信息比对，找出SCD文件升级所影响的装置，从而给出指导意见。而且在提高巡检效率与质量的同时，充分考虑智能变电站过程层网络的重要性，确保变电站内保护设备的安全、网络畅通。

参考文献：

[1] 时雷春.基于IEC61850的变电站过程层采样值传输[D].北京：华北电力大学，2006.

[2] 曹团结,黄国方.智能变电站继电保护技术与应用[M].北京:中国电力出版社，2013.

[3] 丁代勇，刘频，王晓茹.基于IEC61850的MMS客户端软件的设计与实现[J].继电器，2007，35(8)：45- 49,73.

[4] 李忠明，曾元静，袁涤非.IEC61850 SCD文件导入生成嵌入式远动系统装置定义的通用方法[J].电力自动化设备，2010，30(7)：117-120.

[5] 孔凤颖，侯思祖.基于IEC61850的MMS报文通信的研究[J].电力信息与通信技术，2013，11(9)：44- 48.