智能变电站运维与防误预警培训系统研究

焦日升，焦俊驰，王 菁，曹盛楠

（1.国网吉林省电力有限公司培训中心，吉林 长春 130062；2.国网四川省电力公司检修公司，四川 乐山 614000）

0 引言

目前，伴随着智能电网技术的广泛应用，智能变电站运行与建设的数量正以前所未有得规模发展，使常规变电站和智能变电站共同运行在各级电网中，由于常规变电站和智能变电站所应用的关键技术不同，使得其相关运维和防误技术差异较大，对变电站运维人员胜任岗位能力提出了更高的新要求。

1 存在的问题

1.1 智能变电站的安全运行问题

常规变电站二次回路连接、保护出口、功能连接片看得见，摸得着，可形成明显的物理断口，调试、运维检修人员形成了固有的习惯。

在智能变电站，常规站“看得见”、“摸得着”的二次回路变成了“看不见”、“摸不着”的“黑匣子”，增加了变电站运维、检修的不可控性。

缺乏对智能二次设备软连接片、 虚回路、 光纤回路、二次安全操作等有效的技术支撑平台，存在继电保护误操作、误接线、误设置情况，易造成电网事故，同时存在保护设备及其回路发生缺陷时无法快速定位诊断等一系列问题，严重威胁智能变电站的安全运行［1］。

1.2 智能变电站的精益化管理问题

变电站无人值守及远方操作后， 距离远、 手段少、监控难、响应慢，无人值班管控手段需加强。

按照国网精细化管理要求， 急需加强变电站继电保护远程全方位管控，研究运维站、检修工区远程在线监视和智能运维问题。 实现二次设备从定期检修到状态检修、就地运维到远程诊断、从被动检修到主动抢修、 从经验式管理到数据分析专家诊断的精益化转变，以满足运维人员快速应急抢修需求。虽然存在一体化监控平台、网分、子站等系统，但管理部门不同，面向运维、检修的信息不全面，与可视化运维有关的信息整合程度不高， 实际运维检修中存在一定的局限［2］。

2 系统的构建

2.1 系统架构

如图1 所示， 以220 kV 典型智能变电站为例，系统主要由采集单元及管理单元组成。 根据变电站电压等级，采集单元可配置1～3 台，一般 220 kV 及以上GOOSE A、B 网要求完全独立，分配在两台不同的采集单元。 MMS 可接入采集单元，也可接入管理单元，接入采集单元可更好地保证MMS 数据采集的可靠性。 智能变电站可视化运维与防误预警系统是通过接入智能变电站的网络实现对智能变电站数据采集的， 通过智能变电站可视化运维与防误预警系统屏内交换机，可接站端工作站，通过智能变电站可视化运维与防误预警系统就地管理单元， 可外接可视化运维主站。 系统实现了与智能变电站运行和管理数据的同步， 为智能变电站的安全运行和精益化管理工作提供可靠依据和科学手段。

2.2 主要功能

智能变电站可视化运维与防误预警系统， 基于IEC61850 规约模型实现智能变电站继电保护二次回路可视化展示、在线监测、智能诊断及安措在线校核和预演功能，为智能变电站二次系统的日常运维、异常处理、 故障检修等工况提供多维度的可视化信息支撑、决策及安全操作依据。

2.2.1 智能变电站SCD 文件管控

SCD 文件管控主要是对智能变电站SCD 文件图形化解析及检测， 实现SCD 文件的图形化展示；实现二次系统的SCD 虚回路校检；实现基于断面或间隔的可视化对比； 实现XML 语法语义、DL／T860标准模型、继电保护工程应用模型标准化、国网六统一规范化校验； 实现 SCD 文件与 ICD 文件、SCD 文件与CID 文件一致性校验。

图1 系统架构图

2.2.2 全景监视

基于电网一次接线图的一、 二次设备的运行状态，二次设备的运行状态（保护设备运行/退出、正常/告警状态以及通信正常/中断状态）可视化全景实时展示。 二次设备的运行状态主要包括闭锁、动作、异常、检修、运行5 种，分别以绿色、黄色、蓝色、橙色、红色显示。

2.2.3 继电保护设备在线监视

实现对二次设备运行状态的可视化在线监视，能够展示保护装置所有的动作事件、告警事件信息、状态变位信息、连接片状态、定值区号、运行工况、装置面板指示灯等各种信息； 展示交换机端口通信状态、端口流量等信息。

2.2.4 一二次操作状态监视

智能变电站各间隔的一次操作主要包括几种状态及状态间的相互转换， 如运行-热备用冷备用-检修， 每一种一次的状态都会有相应的二次操作与之一一对应， 如220 kV 线路由运行转为冷备用时，除了跳开断路器、分开隔离开关的一次设备操作外，二次系统的操作还包括： 退出第一及二套母差保护跳该分支GOOSE 出口连接片，退出第一及二套母差保护该分支失灵启动GOOSE 输入连接片，现场实际人工操作时很有可能造成二次的漏操作， 该投退的连接片忘记退。本功能实现变电站运行过程中的一、二次设备状态的对应监测。 采集过程层的GOOSE 信号，在线实时获取一次断路器、隔离开关、地刀当前位置，确定一次设备（含线路、主变、母线、母联等）所处的状态，再通过MMS 网、过程层GOOSE 网采集二次系统保护相关设备的当前状态， 包括保护功能软连接片、SV 输入连接片、GOOSE 输入输出连接片、运行/检修开入硬连接片等，根据一次元件的运行状态及相应的连接片整定规则，生成一次元件-连接片位置关联规则库， 利用变电站断路器状态信在变电站倒闸操作后自动识别一次元件状态，与一次元件-连接片规则库进行比较， 当出现不一致时给出报警提示信号，实现了变电站运行过程中的一、二次设备状态的对应监测。

2.2.5 定值在线查询及校核

召唤IED 设备的实时运行定值和多组备用定值，并可将召唤的IED 设备定值入库，并能够自动或手动核对定值信息，不一致时，告警。 具备以下功能：

1）能查询继电保护设备的运行定值区。

2）能查询任意时间段内数据库中保存的历史定值。

3）能周期性自动召唤定值，并与主站数据库中保存的定值进行核对，若二者存在差异提供告警。

4）具备自动轮询功能，周期性自动召唤信息，信息包括定值、断路器量、软连接片等，并与主站数据库中保存的对应信息进行核对， 若二者存在差异提供告警，轮询时间可配置。

2.2.6 基于CRC 码的虚回路在线监视

通过MMS 报文或CID/CCD 文件在线获取保护装置的虚回路CRC 码， 通过采集MU、 智能终端的GOOSE 报文获取MU、 智能终端虚回路CRC 码，与装置SCD 文件中IED 的CRC 码进行比对， 对不一致IED 进行实时监视与预警。

2.2.7 间隔可视化监视及虚实回路图

实现间隔继电保护相关IED 设备虚实回路实时状态监测并可视化展示， 在线实时监测过程层SV、GOOSE 虚回路的状态，连接片状态，光纤信号互联关系、板卡-端口信息、光纤关联信号及虚端子。

2.2.8 缺陷自动智能诊断

实现继电保护装置的智能诊断、异常告警定位、故障可视化。 具体的功能如下：

1）装置温度、装置电源电压、过程层端口发送/接收光强和光纤纵联通道光强监测信息的统计和历史数据查询功能，可根据同期数据比对、变化趋势、突变监测。

2）辨识保护系统装置（含合并单元、保护装置、智能终端及过程层交换机）的告警信息。

3） 应能根据一次设备同源多数据进行比对，实现保护采样数据异常告警。

4）采集过程层网络报文，并实时分析报文数据，实现二次虚回路状态在线监视， 监测二次虚回路对应关联连接片状态；应能根据通信链路报文情况，进行光纤链路通断判别，实现异常告警，告警能定位到光缆、通信端口等。

5）实时监测信息实现保护装置硬件异常的故障定位，故障定位应能到所属插件、回路类型、端口位置等。

6） 保护装置和智能终端的跳/合闸报文及接点反校报文信息，实现跳/合闸回路诊断功能。

2.2.9 保护动作行为分析

对电网故障站内所有保护动作情况的总体分析，包括保护动作简报、录波文件分析。

2.2.10 巡视报告

根据自检、越限告警、预警、在线监测等信息对继电保护设备运行工况进行在线分析， 定期对站内装置进行巡检，生成巡视报告。

2.2.11 检修安全措施可视化

自动生成安措模板库， 并能以可视化的方式监测安全措施预演、 在线校核的过程中操作的状态变化。给出安全隔离后安全性评估结论，生成安全措施报告。

3 解决的问题

通过“智能变电站运维与防误预警培训系统”的构建， 对智能变电站有别于常规变电站的工程SCD文件校验检查、运维检修可视化图纸资料、保护设备在线监测、运维智能诊断、运维二次安全措施、构建可视化运维体系基础等方面问题进行了有效解决，为智能变电站的安全运行和精益化管理工作提供了一个具有针对性的培训和提升工作质量的平台。

3.1 工程SCD 文件校验检查

包括SCD 文件静态校验、动态校核。

1）实施SCD 文件规范性校验，确保SCD 文件是符合规范要求的，避免新建及改扩建站SCD 文件存在隐患。

2）SCD 文件动态校核， 在线读取 IED 设备模型文件及CRC 校验码，进行动态校核。

3.2 提供运维检修可视化图纸资料

1） 实现SCD 文件可视化， 便于及时查看虚回路、虚端子、IED 设备信息。

2）间隔光纤物理链路信息。

3） 虚实合一的二次回路可视化，便于及时查看并核对工作间隔二次回路动态信息， 包括光纤信号互联关系、板卡-端口信息、光纤关联信号及虚端子。

3.3 保护设备在线监测

1）基于智能变电站光纤物理链路建模，实现整站及间隔光纤物理链路监测。

2）二次回路在线监测，包含光纤信号回路及状态、连接片状态。

3） 按间隔全面展示保护设备详细状态信息，包括保护动作、告警、连接片、光字牌等，历史信息查询。

3.4 运维智能诊断为运维人员提供检修决策依据

1）基于光纤物理建模，实现光纤链路故障定位。

2）实现保护设备异常、告警的板卡定位，保护动作逻辑分析。

3）实现一次操作、二次操作一致性检查与诊断预警。

3.5 运维二次安全措施校核预演及回放

1）实现二次安全措施在线校核，为二次回路操作提供操作顺序及操作结果的校核与告警， 操作过程及结果可记录回放。

2）实现二次安全措施逻辑预演，及时发现操作票中的逻辑问题， 避免二次安全操作逻辑错误导致的保护闭锁及保护误动事故发生。

3.6 构建可视化运维体系基础

二次设备运行及监测数据记录、远程上传，远方定值管理，故障信息管理，配合远程主站，作为站端基础数据平台，构建智能运维体系及为电力大数据、云计算、物联网、移动终端用等高级应用提供运维数据接口。

4 结束语

基于IEC61850 规约模型在智能变电站三层两网的构架上构建的 “智能变电站运维与防误预警培训系统”实现了其运维与防误预警相关功能，解决了智能变电站运维与防误预警方面存在的问题， 该系统可安装在智能变电站当地， 也可以安装在智能变电站实训培训系统之中。 由于该系统只能读取智能变电站网络和相关IED 有关数据与信息， 具有信息传输的不可逆性， 因此该系统不但不会给智能变电站带来危害， 而且还会对智能变电站的运行工况及时预警，为智能变电站安全运行提供必要的保障。同时给智能变电站运维人员及时了解和掌握智能变电站的实时现状、分析及判断故障、准确寻找故障根源等提供了必要的工具与手段。