继电保护远程运维管控技术研究与应用

焦岚轶，范军太，卫 伟

（国网晋城供电公司， 山西晋城 048000）

0 引言

随着电力系统智能化的发展，智能变电站得到了广泛推广，变电站已逐渐实现无人值守。 与传统变电站相比，智能变电站的继保设备运维工作对运检人员的技术水平提出了更高的要求，而变电站的运维检修模式发展滞后，亟须开展对远程运维管控平台的研究，以帮助运检人员快速发现问题、分析事故、解决缺陷。针对这些问题，国内外相关专家学者展开了深入研究。文献[1]从变电站远程运维的角度出发， 设计了基于智能变电站的远程运维平台，该平台可以实现远程巡视功能；文献[2]基于数据化运维的理念，设计了基于大数据的智能运行管控平台，该平台根据大数据技术实现了电网故障的快速诊断功能；文献[3]通过软件实现了一种电力系统继电保护设备死机的监测方法，该方法可以自动监测这一频发故障，有效地增加了运检人员故障解决的效率。 本文从远程运维的思路出发，设计了继电保护远程运维管控平台，该平台可以减少现场巡检次数，提高工作效率，降低运维成本。

1 继电保护运行管控存在的问题

电力系统中元件发生短路或异常情况时，继电保护设备可以根据故障时刻的电气量进行逻辑分析并对一次设备发出控制命令，从而快速切除电网中的故障部分。继电保护设备的作用是保障电网的安全稳定运行，对其进行运检十分重要。 实际工作中，继电保护设备的运检工作还存在以下问题。

a） 变电站远程运维问题。 目前变电站已逐渐实现站内无人值守，这给运检人员带来了“距离远、监控难、响应慢”的问题，降低了运检人员的工作效率，一定程度上增加了运维成本。

b） 变电站远程管控问题。目前，站内继电保护设备的软硬件不断完善成熟，绝大多数情况下都能保证稳定可靠运行，但继电保护设备需长时间不间断运行， 偶尔也会出现应用软件或系统崩溃问题。目前该故障的解决办法是运检人员直接到站内对故障设备进行重启电源操作，缺乏远程管控手段来快速恢复设备的正常运行。

2 远程运维管控技术架构

由于电网内部的子站一般对接多个部门，而各部门通常又要管理多个子站， 因此在设计架构时必须考虑这一实际需求。为此，本文设计了如图1 所示的远程运维管控平台。图1 中的主站1 至主站M 分别对应的是M 个部门，例如地调、省调等，而子站1至子站N 则分别对应N 个厂站。主站和子站之间的通信方式多样，根据不同的通信链路情况进行调整，比如可以用数据网、 通信专网和电话拨号等多种方式，具有较大的灵活性。

图1 远程运维管控整体架构示意图

2.1 主站系统架构

主站是指该系统位于调度端的部分，主要为调度、继保等部门提供服务。 服务器分为数据服务器和通信服务器，数据服务器选择双机热备份的作业方式，特点是不间断工作；通信服务器的作用是进行主站和子站之间的通信，同样也选取了双机热备份的作业方式。 主站部分还包括Web 服务器和故障处理分析工作站等， 前者的功能是提供信息发布，后者的功能是供继保、调度等管理部门监控和故障分析。 图2 为主站架构示意图。 本文涉及的主站是继电保护工作站，该工作站通过交换机接收各个子站的数据。

图2 主站架构示意图

2.2 子站系统架构

子站是指该系统中位于厂站端的部分，它用于连接变电站内的各个继电保护设备，能够将装置数据快速、准确地交给主站进行分析处理，因此其接入能力和稳定运行能力至关重要。接入能力是指子站可以同时从不同版本、不同型号甚至不同厂家的设备上采集数据，这就使得子站需要具备多种通信方式与各个设备进行连接。在站内设置管理机可以有效地解决这一难题，管理机用于对多种通信规约进行转换， 同时对得到的数据进行采集和过滤，最后打包传输有效数据。 管理机的过滤功能，使得与故障无关的数据被滤除， 减少了通道中传输的数据，一定程度上提高了数据传输能力。 管理机还具备存储功能，能够在设备故障时仍能调取站内启动装置的数据信息，有利于进行故障分析。

3 电源管理模块

二次设备在运行过程中偶尔会出现系统崩溃的问题，为了快速恢复设备的正常运行，本文设计了一套远程电源管理模块，该模块可以通过远程重启电源来完成设备系统和应用软件的重启。

3.1 电源控制模块架构

电源控制模块架构如图3 所示。 图3 中，工作站与故障信息分站服务器相连接，然后通过103 通信规约对变电站的故障信息子站进行通信，从而对站内设备的电源进行控制。

图3 电源控制系统架构

3.2 硬件设计

电源管理模块的硬件设计如图4 所示，由1 个直流继电器、1 个交流转直流电源、1 个串口继电器和1 个串转网服务器组成。需将电源管理装置硬件部分部署在子站，将直流继电器的常闭触点串接在被控设备电源上，通过控制直流继电器常闭触点的分合来控制设备电源的通断，以达到复位被控设备系统的目的。

图4 电源控制原理图

控制继电器的常闭触点串联在220 V 电源中，控制分合时会产生拉弧现象，因此必须保证继电器的长期稳定性，防止相互干扰。具体实施方法，分子站以日志形式记录控制继电器的投运时间和动作次数， 对投运时间大于1 年或动作次数超过1 000次的分站给出告警提示，更换控制继电器以保证系统的稳定运行。 具体投运年限、动作次数可根据控制继电器的性能参数和实验验证而定。

3.3 软件设计

电源管理模块的软件主程序流程如图5 所示，主要有完成定时召唤设备系统信息、监测设备系统是否崩溃和重启设备电源3 部分。

图5 主程序流程图

4 应用验证

在2020 年7 月到11 月的5 起装置崩溃故障中，国网晋城供电公司使用了继电保护远程运维管控平台来处理故障，与改进前的故障处理情况进行对比，得到的应用效果如表1 所示。

表1 应用效果对比

相比于传统运检方式，运检人员进行解决装置死机问题的时间由原来的1～4 h 缩减到3 min 左右，运检效率大幅度提高。 本文设计的继电保护远程运维管控平台，为继电保护远程运检工作提供了支撑平台，根据本文设计开发的系统已经成功运用在国网晋城供电公司。

5 结束语

基于远程运维的理念，本文开发了继电保护远程运维管控平台，并引入了远程电源管理模块。 应用实践表明，远程运维管控平台的应用为运检人员提供了便捷有效的运维手段， 提高了运检效率，可帮助运检人员及时发现设备缺陷，快速响应，保障用户的安全用电、放心用电，尽可能消除因突发停电给用户带来的损失，将产生显著的社会效益。