智能变电站二次系统高可视化全景调测平台的设计

苗俊杰

摘 要： 传统变电站中二次系统状态调测平台人机界面简单，为调测人员实时了解设备工作状态带来了困难，因此设计了智能变电站二次系统高可视化全景调测平台。采用智能移动终端实现二次系统的高可视化处理和分析，通过变状态信息数据实现设备状态的在线检测，及时分析系统中的设备状态和存在风险，平台综合考虑检修成本与效益设计设备检修方案，通过模糊数字的综合评估方法塑造设备状态评估模型，对状态以及设备健康进行综合评估，了解设备运行状态和发展态势。实验结果表明，该平台能够实现变电站二次设备状态、故障信息的直观显示以及有效调测。

关键词： 智能变电站; 二次系统; 高可视化; 全景调测平台; 模糊数字; 故障信息; 检修方案; 模型

中图分类号： TN99?34; TP273 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2018）09?0170?05

Abstract： The traditional secondary system state measurement platform has simple man?machine interface， which makes it difficult for the operator to understand the working state of the equipment in real time. Therefore， a high?visualization panoramic measurement platform of intelligent substation secondary system was designed. The intelligent mobile terminal is used to realize the high?visualization processing and analysis of the secondary system. The variable?state information data is used to realize the on?line detection of the device state to analyze the equipment status and risk of the system in real time. By comprehensively considering the maintenance cost and benefit， the equipment maintenance scheme is designed. The comprehensive evaluation method of fuzzy digital is adopted to construct the evaluation model of equipment status， evaluate the equipment status and health equipment comprehensively， and understand the running status and development trend of the equipment. The experimental results show that the platform can realize the visual display and effective measurement for status and fault information of substation secondary equipment.

Keywords： intelligent substation; secondary system; high visualization; panoramic measurement platform; fuzzy digital; fault information; overhaul scheme; model

0 引 言

智能变电站是我国电网公司进行电网建设的关键，其同二次设备系统总目标具有较高的关联性。分析智能变电站二次系统集成调测具有较高的应用价值。当前我国电网建设进入智能化过程，面向日益提高的智能变电站，对变电站的二次系统实施调测，寻求高效的调测方法可降低变电站塑造时间，具有重要的应用意义[1]。

传统变电站中二次系统状态调测平台采用表格以及文本方式呈现检测信息，人机界面较简单，为调测人员实时了解设备工作状态带来了较高的阻力，无法实现设备的直观调测。

随着智能变电站数字化以及网络化的快速发展，基于信息的自主采集、检测等性能可实现智能变电站二次系统的高可视化全景调测。因此，本文设计了智能变电站二次系统高可视化全景调测平台，实现二次设备的直观、有效调控，增强变电站运行质量。

1 智能变电站二次系统高可视化全景调测平台

1.1 平台结构

本文设计的智能变电站二次系统高可视化全景调测平台结构用图1描述，其可完成的内容是：融合SCD配置模型反馈的静态信息以及实施IEC61850报文事件，可检测总体变电站各IED同外部信息进行交互接口的状态，获取变电站二次系统中存在的问题[2];及时检测保护、遥控过程等变电站业务流程，检验变电站的总体业务流程;同时完成变电站重点事件的关联研究，如获取产生二次设备故障的根源，同时采用合理的操作技术完成故障事件的实时调测[3];通过三维可视化技术在三维场景内进行动态着色、报警以及推图等模式，直观描述设备状态信息，确保维修人员对设备状态进行直观分析。

1.2 智能移动调测终端在二次系统调测平台的应用

调测平台采用移动终端对变电站二次设备实施调测成为相关人员分析的热点，智能移动调测终端能够为二次系统调测工作提供支撑服务，提高系统调测的灵敏度和可视化程度。該设备融合了基于ARM微处理器、安卓系统的平板计数以及嵌入式FPGA技术，其中，FPGA技术可对变电站的通信报文进行及时操作。

本文塑造的智能移动调测终端的属性如下：

1） 包含的触摸屏能够实施室外作业，并且大小是8寸;

2） 通过安卓操作系统进行及时完善处理;

3） 通过大量的连接口同智能站通信系统通信，实现不同变电站内数据调测的通信;

4） 包含的工业电池拥有较高的续航性能;

5） 集成了不同性能的APP，对二次设备的运行状态实施分析和调控。

智能移动调测终端用图2描述。分析图2能够得出，使用智能移动调测终端，可从后台SCD管控系统内获取变电站的SCD文件以及相关的配置信息。对变电站二次系统相关的信息进行高可视化展示和研究[4]，这些信息主要有变电站的网络连接信息、IED间虚连接和虚端子信息、虚拟保护电路信息和SCD/CID差異对比信息，最终完成了智能变电站二次信息的全程高可视化处理。采用智能移动调测终端可采集变电站中的EC61850 SV，GOOSE以及MMS等不同类型的报文，融合SCD静态配置信息情况，实现变电站二次系统的高可视化全景调测。

1.3 智能变电站二次系统状态信息数据平台设计

本文设计的变电站二次系统状态信息数据平台用图3描述，包括二次设备状态在线检测以及离线数据。二次设备状态在线检测可检测变电站的融合单元、通信系统以及继电保护等内容，同时采用通信网络向数据平台反馈检测到的信息。离线数据由二次设备历史数据以及属性弊端构成，历史数据由二次设备状态巡检数据、设备故障记录以及设备检修数据等构成。

基于图3描述的数据平台，能够对变电站二次系统中设备的运行情况以及存在的风险实施分析，获取合理的检修方案，完成二次系统的实时调测。

2 智能变电站二次系统高可视化全景调测平台

实现

2.1 考虑检修成本与效益的二次设备检修方案

本文设计的调测平台采用智能变电站二次系统状态检修方法的流程用图4描述。详细的内容为：

1） 依据二次系统中设备老化失效模型对分析设备稳定性所需的数据进行设置，如设备的状态转移率、状态存在时间、检修不同项目的成本等;

2） 对需要进行检测的二次设备检测点向不同方向转移的变换概率实施设置;

3） 采用随机过程原理基于输入产生对不同状态的稳态概率以及存在时间实施运算，为了获取设备稳定性分析指标和剩余运行周期，需要基于设备即刻状态实施分析;

4） 为了对设备健康状态实施判断，需要对设备历史工作情况以及状态在线检测结果实施分析[5];

5） 为了获取二次设备的检修方案，需要基于设备即刻运行状态以及工程经验实施分析，同时对不同检索方案的成本以及收益实施分析，最终得到最佳的检修方案;

6） 基于检修方案实施灵敏度研究，对检修方案进行改进，再基于优化目标得到检修方案内不同参数的最优值;

7） 为了获取不同设备状态工作时间的排列情况，可采用蒙特卡洛法实施分析，同时对设备状态模型内的参数实施调整，为后续设备状态检修方案的改进提供分析依据。

2.2 二次设备健康状态评价方法

2.2.1 设备状态评分

对变电站二次设备状态实施评分的关键在于对设备健康情况及时进行分析，设备状态评分基于模糊综合评估模型对获取的设备状态检测信息实施研究和操作，了解设备运行状态和发展态势。

本文基于模糊综合评估模型，通过模糊数字的综合评估方法塑造二次设备状态评估模型的过程为：

1） 对二次设备状态的在线监测集实施评估，基于二次设备状态检测内容，塑造评估设备状态的在线检测集[U，]其是描述设备状态的不同状态量元素构成的集合，则有：

2.2.2 设备健康综合评价

二次设备的健康评价为[Hi，]该设备状态的综合评分[7]为：

3 实验分析

将智能变电站二次系统高可视化全景调制平台在OPEN3000调度自动化系统内实施检测，系统可采集平台的运行状态信息，还能够通过诊断程序获取平台的诊断报告[8]。丽水站顺利工作时双母分段同时运行，通过#1和#2主变向对应范围提供电能，丽水站是双母运行，古里站通过2355龙港丙线与2356龙利乙线实施供电，通过#1和#2主变向本区域提供电能。实验得到本文平台下丽水站35 kV常永线320故障数据的详细信息用表1描述。

从表1中能够看出，本文平台可准确获取丽水站35 kV常永线320故障数据，说明本文平台可有效实现智能变电站二次系统高可视化全景调测。

实验驱动本文平台的诊断程序后，先对丽水站故障区域实施检索，采用继保设备的动作逻辑和原理，可降低存在的设备故障集，分析获取唯一的故障设备，对故障实施分析[9]，最终获取故障设备和相关状态，得到故障诊断分析报告，用图5描述。

分析图5可得，本文平台获取的故障诊断结果推送报告中显示：丽水站35 kV常永线320跳闸过程中，35 kV常永线产生故障后常永线保护装置动作，320开关跳闸，则实施重合闸一次成功，再恢复供电。说明本文平台实现了设备故障的直观显示，可视化性能佳。

分析图6能够得出，通过设置窗口可准确实施故障模拟，对继电保护部件的动作信息实施规划，同时能够存储历史以及演练电网的运行断面[10]，为后续离线检测提供分析依据。

采用本文平台对设备故障实施分析诊断时，将边界开关当成已知信息，跳闸开关内的失电岛同活岛间的开关或邻近2个独立失电的开关会因为开关信息丢失产生不存在区域失电的情况，则当成边界开关。全网通信实施网络拓扑研究获取二次系统的失电范围，其中开关2201以及2202是边界开关，最终本文平台得到的可疑故障设备集用表2描述。

依据动作的保护装置信息，基于继电保护部件的动作原理和属性过滤降低可疑设备故障集，后备保护到边界开关，将3级内的设备当成疑似故障设备，将二级系统主保护范围中的所有设备当成可疑设备。龙利乙线2467主保护动作的对象是龙利乙线，母联2183以及母联2174主保护动作的对象是第1个范围内的4条220 kV母线，第1范围的#1同#2主变是其主要保护的对象。则可降低可疑故障设备的区域，用表3描述。

通过专家系统分析表3中的可疑故障集，能够得出不同类型的故障征兆，通过本文平台对可疑设备故障集内的所有设备进行检测，获取真正的设备故障，检测到边界开关以及负荷时则不再检测，同时不再检测该条支路，实现检测的断路器也不再记录。

本文平台完成二次系统设备故障的检测后，可对继保部件同断路器的动作状态实施分析，二次设备故障征兆集用表4描述，获取详细的诊断结果窗口用图7描述。

分析表4和圖7可得，调测平台最终运算获取的结果为区域1的龙港丙线存在故障，龙港丙线丽水站侧2355差动保护和距离I段保护动作准确，同时跳开丽水站侧2355开关，龙港丙线古丽站侧2355差动和距离I段保护设备正常运行，古丽站侧2355开关拒动，古丽站侧2355拒动使得故障范围提升，母联开关2183以及2174保护设备的动作运行正确，并且都准确跳开母联开关2183以及2174，区域I主变合理的保护动作，准确跳开范围I主变侧2201以及2202开关，确保其将故障范围隔离开，实现了设备故障的有效调测。

4 结 语

本文设计了智能变电站二次系统高可视化全景调测平台，采用新型智能移动调测部件增强二次设备调测的可视化以及移动化检测性能，实现了智能变电站二次系统故障的直观准确调测。

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