一种就地化继电保护的全生命周期运维系统

薛 钟，董 贝，景兴东，丁 毅

(1.国电南京自动化股份有限公司, 江苏 南京 210003; 2.中国天楹,江苏 南通 226600)

0 引 言

随着社会经济的快速发展和特高压交直流混联大电网的建成，电网安全运行的要求越来越高，继电保护作为电力系统的第一道防线，实现建设容易、运维简单、运行可靠是保证支撑电网安全、助力经济发展的基本要求。但智能变电站目前也面临一些实际现状和问题。相对于传统变电站，智能变电站的规划设计复杂、抽象、容易出错，建设周期长、投入增大，设备功能调试和通信校验工作复杂，后期运行和维护工作复杂，对专业人员要求提高，出现问题难排查，影响供电可靠。并且一个站一个配置，标准化程度低。

国家电网公司委托浙江省电力公司于2015年底开展了智能变电站继电保护装置的就地化、小型化的研究，2016年，中国电力科学研究院发布了国家电网公司2016年第五批继电保护及安全自动装置专业检测工作的通知，同年年底漠河、舟山等多个智能变电站进行就地化线路保护挂网试运行工作。

就地化保护装置的安装和运行过程具有以下难点：(1)就地化保护装置需要户外安装，(2)就地化保护装置没有HMI界面，(3)就地化保护装置需要通过预置航空端子与外部交互，(4)就地化保护装置无法通过传统工具进行调试，(5)就地化装置和各个厂家配套工具不统一。由于以上难点给就地化保护装置和新的变电站现场模式的运维、检修、调试、管理带来了新的挑战。为了满足这种需求，提高就地化保护装置的运维、调试、管理水平，以及保证运维检修的正确性和安全性，本文提出一套就地化继电保护全生命周期综合运维系统，用于贯穿就地化保护的全生命周期，从运行、维护、管理各个角度解决就地化保护带来的各种问题。

1 架构设计

针对就地化保护引出的一系列运维问题和痛点，本文提出一种就地化继电保护的全生命周期综合运维系统。该系统可以划分为如下两个核心模块：运维服务器模块和运维PDA模块，运维系统的架构示意图如图1所示。

这两个模块既可以相互独立，分开运行实现各自的功能，又可以组合成一套完整的就地化保护的全生命周期运维系统[1-3]。

运维服务器模块主要是通过Tomcat服务器、UI界面和数据库对运维系统的数据处理和服务运行进行支撑。

运维PDA模块主要是提供装载有运维系统APP的移动客户端，帮助现场人员进行就地化装置的全生命周期的运维管理[4]。

2 系统设计

2.1 运维服务器模块

运维服务器模块主要由Tomcat服务器、数据库、UI界面和交互接口组成。Tomcat服务器是基于Tomcat开发的网络管理系统，用于人员管理、变电站信息维护、台账信息维护和图档信息维护等。基础数据库主要是用于记录PDA的操作信息、操作日志、人员信息、工单信息和变电站相关信息等。台账数据库主要是用于记录台账相关数据。图档数据库主要是用于记录变电站图档相关数据。交互接口主要是提供在线或者离线的方式帮助Tomcat服务器和运维PDA进行数据交互和信息传递。

图1 运维系统架构

运维服务器的主要核心功能包括：基础数据管理；人员管理；资料管理；交互接口；服务器UI。

(1)基础数据管理：此组件分为两个部分：第一部分是数据库，主要用于存储变电站、电压等级、二次设备、保护装置和运维人员等相关信息；第二部分是Tomcat服务器中的管理代码，主要是用于增、删、改、查数据库中的相关信息，能够提供可视化界面进行数据的管理和维护。

(2)人员管理：此组件主要是用于管理运维过程中涉及的人员信息和权限管理，具体包括运维巡检任务的发布者、执行者和复检者等。

(3)资料管理：此组件主要是用于在服务器上管理和存储运维过程中涉及的图片、文档、音频和视频等相关资料。

(4)交互接口：此组件主要是用于提供服务器和移动PDA的数据库数据和文档音频资料的交互接口。

(5)服务器UI：此组件主要是用于提供可视化界面进行服务器数据和资料的管理和维护。

运维服务器的架构如图2所示。

图2 运维服务器架构

2.2 运维PDA模块

运维PDA模块是基于Android和IOS的移动客户端开发的运维APP，主要是用来帮助电网运维人员可以方便快捷地进行工单派发、权限认证、全景可视化和装置巡检等。运维APP根据国网规范集成了就地化和非就地化继电保护装置日常巡检和专业巡检所需的核心功能，可以帮助现场运维和巡检人员快速、方便和高效地完成继电保护装置的全生命周期的运行和维护[5-7]。

运维PDA的使用方式分为在线方式和离线方式两种，这两种方式的主要区别在于运维PDA能否连接电力公网和运维服务器进行实时交互，对于运维PDA的核心功能无本质区别。在线运维方式是指运维PDA通过连接电力安全公网，实时完成运维PDA和运维服务器之间的数据和文件交互，可以实时记录操作数据、反馈操作结果和完善工单流程。离线运维方式是指由于某些运维现场运维PDA无法连接网络，只能事先通过网络或USB将所需的数据和文件从运维服务器下载到运维PDA保存，然后再带到运维现场进行操作，运维完成后再将操作数据同步给运维服务器，这种方式无法保证数据更新的实时性，但是安全性和保密性要求更好。

运维PDA模块的主要核心功能包括：工单系统；权限认证；全景可视化；装置巡检；装量调测。

(1)工单系统：工单系统是用于用户登录、创建工单、审核工单、执行工单和复检工单的管理系统。第一、由工单申请者创建工单并发布工单；第二、根据国网要求的流程，走到对应的管理人员名下审核工单是否合规，如果合规继续走到具体的工单执行者名下；第三、工单执行者收到工单后，手机收到短信提醒，然后在经过认证后在手机上登录运维PDA，并根据工单内容进行巡检或者调测；第四、工单执行完成后，继续走到工单复检者名下进行复查，如果一切无误则可以关闭工单流程。

工单流程示意图如图3所示。

图3 工单系统示意图

(2)权限认证：权限认证主要包含两个方面：第一、由于电网系统的安全性和隐私性要求，因此需要确保工单系统各个环节的使用者必须通过用户名和密码进行登录认证；第二、为了确保工单的执行者检查和测试的保护装置是工单上指定的装置，因此需要通过PDA扫描装置上的二维码进行装置认证。

(3)全景可视化：此功能主要包括以下几个部分：第一、SCD文件可视化主要是用于实现SCD文件的可视化和比对，可以图形化展示SPCD物理回路连接，并且可以实现过程层和站控层参数和数据集的可视化。第二、图档可视化: 移动客户端的运维PDA可通过WIFI或者流量管理上传下载、通用图档、工程图档、扫描设备二维码获取图档、语音搜索图档和条件搜索关键字。第三、光纤可视化：以物理回路显示为主，屏柜为中心、光缆为中心、IED为中心、光配为中心、纤芯为中心(全路径)，通过特殊通过手势展现虚端子信号。可追溯和标记。第四、二次链路状态可视化：每个纤芯自动或者手动配置链路告警信号、虚回路可视化可自动或者手动配置链路压板[8-9]。

(4) 装置巡检：此功能主要包括以下几个部分：第一、远程液晶，由于就地化保护缺少HMI，无法直观的查看就地化装置各自状态和数据是否正常。运维PDA通过无线或者有线的方式与就地化装置连接后，可以提供可视化界面查看装置的当前状态和数据。第二、定值清单比对，通过运维PDA可以将文档中的初始定值单和装置的在线定值数据进行比对。第三、波形分析，可以通过运维PDA从装置在线读取或者离线读取电力系统标准的波形文件进行展示和分析。第四、红外测温，运维PDA可以通过红外线对现场保护装置就像测温。第五、缺陷录入、运维PDA支持对当前巡检设备的缺陷进行查看和实时录入。

(5)装置调测：此组件主要有以下2个作用：第一、提供用于辅助用户和虚拟测试仪进行人机交互的UI界面，便于用户根据需求定制输入激励。第二、将装置的反馈输出进行展示和分析[10-12]。

运维PDA使用流程如图4所示。

图4 运维PDA使用流程

3 系统应用

本文提出的继电保护运维系统已经开始陆续在一些中小型变电站和发电厂中投入使用。以苏州110 kV由巷变为例，展示综合运维系统的部分核心功能和关键特征。

运维PDA软件架构如图5所示。

图5 运维PDA软件架构

(1)展示运维系统提供的苏州110 kV由巷变的全站物理配置信息，如图6所示。

图6 全站物理配置信息

(2)展示运维系统提供的SV虚端子连接示意图，如图7所示。

图7 SV虚端子连接示意图

(3)最后、展示运维系统提供的工单巡检示意图，如图8所示。

4 结 论

本文从系统架构设计、详细模块设计和实际应用三个方面介绍了就地化继电保护装置的全生命周期综合运维系统的设计思想和整体架构。

本系统的特点在于，第一、提供了支撑整个变电站运维流程的可视化工单系统，能够覆盖变电站运维的全生命周期；第二、系统提供了人员管理和扫描认证的双重权限认证手段，可以更安全和高效的确保变电站运维的可靠性和正确性；第三、系统提供了丰富的全景可视化手段，可以高效和快捷地帮助运维人员了解变电站的整体和细节信息和资料；第四、系统提供了全面的就地化装置的运维巡检手段，包括远程液晶、定值比对和波形回放等等，解决了就地化装置没有HMI和传统调试工具无法使用的问题。实际运行和测试结果表明了此方案的可行性、正确性和易用性[13]。

图8 工单巡检

实践证明本系统将极大提高就地化继电保护装置的运维和巡检效率、缩短运维难度、降低开发人力成本、提高变电站的安全性和稳定性。