智能变电站二次检修数字化管控方法研究

张瑞， 王克杰， 高峻， 赵勇呓

(国网安徽省电力有限公司淮北供电公司， 安徽，淮北 235000)

0 引言

近年来，国家电网公司在智能变电站建设领域取得飞速发展，但也面临着诸多严峻形势与挑战。智能变电站二次系统利用最新的通信技术和信息处理技术，相较于传统变电站，各种各样的数据被虚拟化了[1]。这种变化对智能变电站二次系统的运维、检修带来了新的挑战。变电二次检修专业负责管理电网各类型继电保护的验收(即新安装检验)、巡检、检验项目，目前存在以下问题：继电保护装置数量大幅增长，新技术广泛应用，人员工作承载量快速上升，业务骨干流失严重，队伍断层、结构性矛盾突出，技术骨干占比不足1/3，严重影响变电二次专业工作开展和专业发展[2]。

智能变电站运维检修过程中高度依赖设备集成厂家，二次运检人员对站内二次设备中间信息流向理解不深刻，对虚回路、软压板的互相影响没有整体的把握，在智能站检修过程中，二次运检人员对厂家监控手段有限，导致二次运检现场存在失控现象。

针对二次设备检修管理，亟需研究直观方式传达抽象信息的手段和方法。需要新的用户界面、视觉呈现，通过利用图形图像方面的技术与方法，帮助用户理解和分析数据，通过数字化管控，对关键节点、关键信息、核心文件进行全面管控协调，实现闭环管理。

本研究针对智能变电站二次检修，引入二次设备状态检修自动校验方法。首先介绍了智能变电站二次检修的主要作业内容以及传统检修方法。针对二次状态检修提出全站一键比较和定时“全站体检”方法。针对二次安全措施票管理，提出二次安措模拟操作功能，实现二次安措可视化，二次安措全过程监护、校核。针对配置文件管理，提出配置文件的在线检测和校验。

1 智能变电站二次检修作业

1.1 智能变电站二次检修作业内容

智能变电站二次检修作业包括日常巡视、状态检修、设备消缺和特定检修作业几类[3]。涵盖智能站和常规站线路保护、变压器保护、母线保护、断路器保护、短引线保护、电容器保护、电抗器保护、备自投装置、故障录波装置等各类型继电保护的验收、巡检及检验。

日常巡视内容包括模拟量检查、开入量检查、装置异常报文检查、信号灯、转换开关检查、保护压板核对、保护通道检查、外观及端子箱检查、二次红外测温等。二次设备状态检修分为设备校验、装置功能及定值常规项目检验、整组试验。其中设备校验包括通用检查、二次回路系统检验、继电保护检验、与站控层系统的配合检验继电保护故障信息系统、网络记录分析系统配合检查等。

1.2 传统检修管理方法

传统二次检修作业，在制定作业任务和作业内容后，明确作业人员要求和职责，做好危险点分析与预防控制措施分析，开具安全措施票。进入作业现场后，完全由作业人员进行设备状态检查和原始状态记录，做安全措施并在作业完成后恢复。作业完成后记录设备状态、判定作业结果。对作业过程中厂家参与修改部分、安全措施的执行和恢复情况以及检修前后设备运行参数和状态的比对，缺少作业安全过程管控，没有专业化的工具。

2 智能变电站二次检修数字化管控系统架构

智能变电站二次检修数字化管控系统可应用于智能变电站的设备管理、系统调试、工程验收以及智能变电站运维检修等各环节。对智能变电站建设过程中的关键节点、关键信息、核心配置文件进行全流程管控，实现闭环管理，提高变电站运行维护的稳定性和可靠性，提高运行维护的效率。智能变电站二次检修数字化管控系统包含以下功能。

(1) 智能变电站模型文件管控，将导入过的模型文件统一存放在指定的目录中，并对存放的模型文件进行自动版本管理，同时可以对进入管理的版本模型提供了历史版本比对，版本差异展示的功能。

(2) 智能站二次检修管控，二次设备状态检修全站状态一键比较，一键化实现全站信息读取比对，将检修前后站内所有设备状态的比对，给出差异化报告；二次日常巡检定时“全站体检”，系统定时扫描全站信息与上次扫描信息比对，实现智能站自动二次巡检，定期给出二次巡检报告。

(3) 配置文件的在线检测和校验，校核装置配置与SCD文件版本对应关系，确认装置配置文件下装是否正确。

(4) 定值校验、软压板校验，系统针对定值项提供在线比对功能，加强设备运行定值管控，防止因定值差异导致的保护测控误动或拒动事故，提高设备运行可靠性。

(5) 二次虚回路可视化展示、二次安措虚拟执行，系统结合定值管理功能，在线读取保护、测控等装置的运行状态、软压板状态，根据典型二次工作提供二次安措模拟操作功能，实现二次安措可视化，生成相应二次安措票，检修人员根据二次安措票执行二次安措时，系统进行二次安措全过程监护、校核。

智能变电站二次检修数字化管控系统采用“插件”架构设计，架构如图1所示。

图1 架构图

3 全站二次系统状态一键比较和定时“全站体检”方法

3.1 全站二次系统状态一键比较

一键化实现全站信息读取比对工作，将检修前后站内所有设备状态的比对工作，给出差异化报告。通过IEC61850服务GetDirectory、GetDataSetValue读取设备运行定值、参数、软压板、硬压板、开入量、模拟量、配置文件，形成结构化数据存储于数据库，并记录读取时间。检修作业完成后比对全站信息，形成差异报告，如图2所示。

图2 差异报告

在进行变电站二次系统状态一键比较前，需要对变电站进行建模。为尽量简化变电站二次建模过程，设计变电站一体化数据库建模工具，通过导入全站SCD文件的方式建立全站模型。导入SCD文件后检查各装置IP地址、数据集、遥信、遥测等数据是否导入完整。

二次检修管控系统需要接受装置发送的报告以及读取装置的定值参数，需要设置客户端号。一般智能变电站二次装置支持16个客户端通信，本系统配置的客户端号不能与监控、远动通信等其他客户端号冲突。

全站二次系统状态一键比较，依次读取各个装置状态。每台装置分别读取运行定值、参数、软压板、硬压板、开入量、模拟量、配置文件等数据。为减轻网络通信负荷，一台读取完后，再读取下一台。当某台装置读取失败，跳过该装置继续读取下一台。支持补读功能，当所有装置读取完成后，再尝试读取失败的装置。

全站二次设备状态读取完成后，按装置，依次与上次读取的状态比较，校核运行定值、参数、软压板、硬压板、开入量、模拟量、配置文件差异，并形成差异报告。差异报告采用HTML描述，便于在计算机上展示、保存和打印。

3.2 定时“全站体检”

通过设置定时器，按分钟、时、日不同周期，定时读取全站二次系统状态，与上一次读取结果进行比较，形成差异化报告，报送二次检修管理部门。其读取逻辑功能与全站二次系统状态一键比较的读取逻辑一样。

4 安全措施票管理

HTML是一种超文本标记语言(Hyper Text Markup Language)，有一套标记标签(markup tag)，使用HTML标记标签来描述安全措施票模板。

〈html〉与〈/html〉之间的文本描述安全措施票模板；

〈body〉与〈/body〉之间的文本描述安全措施票模板内容；

〈h1〉与〈/h1〉之间的文本被显示为标题，例如〈h1 align="center"〉安徽电网继电保护安全措施票〈/h1〉；

〈p〉与〈/p〉之间的文本被显示为段落，例如〈p align="left"〉单位：{department}〈/p〉；

安全措施票模板中的表格由〈table〉标签来定义。每个表格均有若干行(由〈tr〉标签定义)，每行被分割为若干单元格(由〈td〉标签定义)。字母td指表格数据(table data)，即数据单元格的内容。数据单元格可以包含文本、图片、列表、段落、表单、水平线、表格等等。

〈table cellspacing="0" border="1" cellpadding="6" style="border-style:solid;margin-top:20px;margin-left:15px;margin-right:15px;" width="99%"〉

〈tr〉〈td colspan="2"〉〈b〉被试设备名称〈/b〉〈/td〉〈td colspan="7"〉{device_name}〈/td〉〈/tr〉

安全措施票表头,如图3所示。

图3 安全措施票表头

安全措施步骤用HTML表格描述如下：

其中{step-start}和{step-end}中间的步骤可以包含多个，各步骤的内容由仿真系统自动生成。

〈tr〉

〈td colspan="9" align="left"〉

〈b〉安全措施：：包括应退出及恢复软压板、硬压板、尾纤拔插等，按工作顺序填用安全措施〈/b〉

〈/td〉

〈/tr〉

〈tr〉

〈td〉〈b〉序号〈/b〉〈/td〉〈td〉〈b〉执行〈/b〉〈/td〉〈td colspan="6" align="left"〉〈b〉安全措施内容〈/b〉〈/td〉〈td〉〈b〉恢复〈/b〉〈/td〉

〈/tr〉

{step-start}

〈tr〉〈td〉{step_num}〈/td〉〈td〉{is_execute}〈/td〉〈td colspan="6"align="left"〉{step_content}〈/td〉〈td〉{is_recover}〈/td〉〈/tr〉

{step-end}

安全措施票步骤表格,如图4所示。

图4 安全措施票步骤表格

5 安全措施全过程管控

安全措施全过程管控包括检修作业的管理，安全措施票模板管理，安全措施仿真，生成安全措施票，安全措施自动校核等部分。

工作流程如图5所示。

图5 安全措施全过程管控流程

新建检修作业任务时，需要设置检修作业单位、作业编号、工作负责人、工作时间、被试设备名称、工作内容及工作签发人等基本信息。

系统具备安全措施仿真功能，提供仿真操作界面,如图6所示。

图6 安全措施票仿真界面

系统自动记录仿真操作的对象、步骤、内容，并根据安全措施仿真操作的顺序及内容生成安全措施票，如图7所示。

图7 安全措施票内容

系统根据仿真内容一键生成安全措施票，不需要人工填写。其中安全措施的执行和恢复是否完成准确执行由系统进行全过程监护和校核。在生成安全措施票后，将电子版保存到工作人员计算机。

工作人员将装有智能变电站二次检修数字化管控系统的计算机带到作业现场，将系统接入变电站站控层网络或者直接接入被试设备。系统的安全措施自动校核模块，在检修作业前，通过IEC61850服务GetDataSetValue服务读取设备定值、参数、软压板、硬压板等状态，按安全措施票中的顺序，检查安全措施是否执行到位。在检修作业后检查安全措施是否恢复。最终安全措施的校核结果与被试设备的状态校验差异报告融合成一份作业报告，作为本次作业的工作报告。

6 总结

本研究针对智能变电站二次检修，引入二次设备状态检修自动校验方法。结合全站二次系统状态“一键体检”和“定时体检”以及安全措施全过程管控，建立智能变电站二次检修数字化管控系统。通过二次设备状态自动校验、差异化比较和安全措施全过程监护和校验，全面提升智能变电站二次检修的数字化管理手段，扫清二次检修管理盲区。