智能变电站二次设备在线运维管控系统的研究

刘庆伟

(宁夏电力有限公司中卫供电公司，宁夏 中卫 755000)

0 引 言

移动互联网、物联网以及移动终端等新技术[1-4]在智能变电站的广泛应用提升了变电站智能化技术应用水平，智能变电站依靠过程层的智能终端和合并单元设备使用数字光纤与二次设备进行实时通信，彰显了智能变电站显著的技术特点，但智能变电站现行运行维护智能化程度偏低，主要体现在变电站内的二次设备信息管理大都依靠人工管理方式。现行智能变电站的检修主要依靠定期检修及出现故障后的故障抢修，运维智能化程度偏低，导致缺陷故障的处置效率降低，而且会造成非计划停电的风险，同时智能变电站二次回路虚拟化等技术特点，也给日常的维护检修带来了很大的难度，使得二次运检人员对厂家的依赖性更强，因此研究智能变电站的智能化运维方式显得尤为迫切。

从变电站内二次设备的状态监测[5-6]及虚拟二次回路的状态监测[7-9]两方面入手，对智能变电站的二次设备在线运维管控系统进行研究，研制的在线运维管控系统能够评估设备运行状态，准确定位故障位置，实现按设备运行状况实施检修，降低故障抢修频率，缩短停电检修时间，提高供电可靠性，同时为变电站二次设备智能化运维提供一定的检修决策依据。

1 在线运维管控系统架构

二次设备在线运维管控系统由系统主机(包含数据管理单元功能)以及多个数据采集单元组成。系统主机主要功能是提供软件运行平台、人机交互界面以及后台数据的分析处理。数据采集单元通过通讯接口采集过程层SV/GOOSE数据报文，传递到数据处理器进行数据处理。以智能变电站三层两网的网络结构为依据，将二次设备在线运维管控系统主机挂靠在站控层的MMS网络，采集保护自动化设备的状态数据进行设备状态监测，通过智能采集单元有选择性地采集过程层SMV/GOOSE数据报文，借助先进、可靠的传感器技术对收集到的数据进行分析处理判断，及时发现电力系统故障问题并做出准确的判断，能够准确定位故障并发出告警信号，最终实现缺陷位置判别。整个系统通过实时解析站内通讯报文获取设备数据，信息流传输为单向传输，不向站内MMS网和过程层网络发送数据。

二次设备在线运维管控系统的网络架构如图1所示，图中虚线围绕范围内为二次设备在线运维管控系统。

图1 二次设备在线运维管控系统网络架构

二次设备在线运维管控系统包含二次设备状态监测，二次回路可视化展示及状态监测，其他高级应用三大功能区域。

2 二次设备状态监测

继电保护设备的状态监测[10-13]原理是将在线运维管控系统主机挂载在变电站站控层MMS网络，二次设备状态监测模块集成在数据管理单元中，数据管理单元的服务器通过对MMS报文的解析获取站控层二次设备的属性信息。通过数据采集单元获取过程层智能终端及合并单元设备属性信息，将站控层的二次设备及过程层的智能设备的属性信息划分为运行状态信息和设备属性信息。通过开放所有评价二次设备状态信息的方式，对二次设备进行全量信息开放需求分析，实现对二次设备的状态评价。

全量信息开放需求分析包含设备属性信息分析和运行状态信息分析，通过站控层MMS报文以及有选择性的SV/GOOSE报文获取站内各个保护测控装置、智能终端合并单元装置的配置信息、基本物理属性、自检信息以及设备间的关联等二次设备属性信息流，同时也获取到设备的采样值、定值及压板信息、开关量、实时告警等运行状态信息流，通过数据采集、数据监测、数据分析、数据判断4个过程实时传输到在线运维管控系统上，通过数据管理单元可视化的显示模块实现对二次设备的状态监测。

在线运维管控系统通过导入SCD配置文件，将已经储存于外接USB或者拷贝到本装置中的全站配置SCD文件导入解析，并自动生成关联IED信息，自动生成引用信息、变电站间隔信息，并转换为本装置的配置文件，装置断电重启后不用重新导入，直接读取配置文件即可。将装置挂载MMS网运行后，通过解析得到的内部短地址可读取到保护装置各种实时运行数据值，实现以图形和文字相结合的方式将MMS站控层网络结构、保护测控装置采样值、CPU使用率、装置实时温度、光纤保护通道传输的光功率数值、运行定值区及压板关联关系等数据直观地显示出来。

3 二次回路可视化展示及状态诊断

二次回路的状态监测通过数据采集单元有选择性地解析过程层SMV/GOOSE报文，将解析的报文信息传递到数据管理单元二次回路的状态监测，通过SCD文件管理、通迅管理、二次回路监测诊断3个功能模块实现SCD文件的上传、下载、比对、虚回路的可视化显示及光纤链路的监测诊断；同时通过调阅二次设备状态监测模块中二次设备运行状态信息、设备属性信息与设备异常告警信息进行匹配，实现二次设备异常诊断及保护巡检的功能，最终在二次设备运维管控系统的可视化运维显示界面实时查看和调阅，如图2所示。

图2 二次回路可视化及状态诊断结构

3.1 SCD文件管理

从设备维护人员查看 SCD 配置信息角度出发，SCD 管理模块包含 SCD 文件上传与下载，SCD 文件可视化，SCD文件比对，SCD 文件校验功能，如图3所示。

图3 SCD文件管理功能结构

SCD文件可视化的实现主要包含4个功能：SCD内存存储库，SCD文件离线可视化，图形绘制模块，实现对导入的SCD进行精准解析的解析模块，从而实现单装置虚端子连接图、单装置光纤链路连接图以及物理光纤链路运行图的在线可视化展示，如图4所示。

图4 SCD可视化实现方式

二次设备在线运维管控系统支持IED及其虚端子连接图形展示功能，将SCD文件导入到在线运维管控系统中，具备可视化解析智能变电站全站SCD配置文件，同时对不同厂家SCD配置文件具有自适应识别和解析功能，在线管理SCD配置文件具备身份认证机制且不影响变电站正常运行。将智能变电站重要的虚端子连接关系通过在线的形式以直观、易阅读的方式在系统中进行展示，可以实时查看虚端子链接状态、二次设备光纤链路连接情况、物理光纤的运行性能等，满足运行维护需求。

3.2 二次回路监视及状态诊断

在SCD管理模块对虚回路可视化展示的基础上，通过单装置的图形化调阅直观的对设备状态进行可视化展示，可以在二次运维管控系统上实现二次专业巡视工作。通过对二次设备实时监视物理光纤状态运行信息，对于有异常状态的光纤链路发出语音告警，实现实时标注出现异常的光纤链路；同时可以在线查看二次设备运行温度、CPU使用率、光纤链路的光口光强信息、吞吐量、帧丢帧率、传输延时等数据信息，实现SCD虚端子的在线式展示和光纤链路的实时状态监测，预警光纤链路的隐患，提前研判光纤链路及二次设备运行状态，有效提升隐患排查治理能力，二次回路监测诊断结构如图5所示。

通过系统主机的数据管理单元采集到站控层的MMS报文，实时显示装置的网络通讯、告警信息以及动作信息等，实现异常信息的实时上送并判断缺陷设备。物理光纤状态运行如图6所示。

图5 二次回路监测诊断结构

图6 物理光纤状态

物理光纤状态运行图形象绘制了每一根图形化光纤，并且描述了图形化光纤物理连接状况，可以显示光纤中传输的报文收发情况，以及光纤发送端、接收端信息及二次设备光口的光强信息等。

在上述描述的光纤链路可视化的基础上，数据采集单元实时采集到过程层的SV/GOOSE报文，实时显示有报文传输的光纤链路信息，对于由于链路出现异常导致没有SMV/GOOSE报文传输的光纤通道，状态诊断模块可以通过语音播报及图形显示的方式提示通道异常，并能测试是由于光纤通道还是站内二次设备引起的通道异常，从而实现光纤链路隐患得到有效预警，提前研判光纤链路及设备运行状态，做好隐患的排查治理，减少由于事故发生而导致紧急停电的次数。

3.3 高级应用功能

3.3.1 压板的可视化展示

二次设备在线运维管控系统通过解析SCD文件中定值压板的相关属性，获得相应的应用路径，即可通过MMS网获取保护装置的定值、压板状态。其实现方式是通过解析得到的内部短地址可读取到保护装置的实时运行的定值和压板，从而实现对保护定值能够自动巡检，同时对保护定值异常能够及时告警，而且可解决保护定值远方切区双确认的难题。

对压板变位、压板漏投、压板误投能够实现智能告警，同时提供保护装置、合并单元、智能终端各装置故障检修及正常检修时压板投退的安全策略，用于检修人员编制安措票和运维人员的操作监督。结合模板的配置，MMS获取的当前开关、刀闸的位置和压板的状态，对于误投、漏投压板还采用“智能告警”，装置内预设各种状态下的告警策略，一旦监测到压板状态不满足投退策略要求则告警。

3.3.2 保护定值的自动巡检

定值巡检比对方法，采用定期、手动结合的方式对MMS网当前获取的定值与之前存储的历史定值数据进行比对，比对结果不一致的进行着色显示并发送比对结果提示信息，实现定值自动校核功能。

智能告警信息传送机制，识别重要智能告警信息通过MMS网发送遥信的方式发送到监控后台或者通过远动装置发送到调度中心，实现智能远方监视。

4 结 论

智能变电站现有运维水平较低，设备信息管理大都依靠人工管理方式，二次回路虚拟化特点导致光纤回路故障查找困难，无法有效排查光纤链路及二次设备光纤模块隐患，与现有运维方式相比，智能变电站二次设备在线运维管控系统实现了二次设备实时在线监测和二次回路的在线可视化，同时对二次设备和光纤链路运行过程中出现的隐患得到有效预警，提前研判光纤链路及二次设备运行状态，实行按设备运行状况实施检修，降低智能变电站故障抢修频率，缩短停电检修时间，提升智能变电站智能化运维水平，提高供电可靠性。