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變電站二次設備在線監(jiān)視及遠程維護
發(fā)布日期：2017-02-14 來源：《上海設備管理》
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變電站二次設備在線監(jiān)視及遠程維護是集二次設備運行情況、故障信息收集整理、二次設備管理及統(tǒng)計、繼電保護故障信息遠傳與自動歸檔、繼電保護裝置遠程自動巡檢、保護裝置遠程控制于一體的信息化系統(tǒng)，對于提高繼電保護專業(yè)的信息化管理水平以及適應未來智能電網(wǎng)發(fā)展具有積極意義。
但是，電網(wǎng)故障診斷研究仍停留在理論探索階段，實用化方面一直沒有太大進展，究其原因主要有兩點：
（1）已有的故障診斷方法在處理多重故障、保護或斷路器不正確動作的復雜故障以及畸變故障信息時仍存在一定問題；
（2）由于以往技術和配置的原因導致故障信息資源比較有限，已有產(chǎn)品大多僅依托于變電站內綜合自動化系統(tǒng)或調度SCADA系統(tǒng)的信息。
因此，本系統(tǒng)提供的豐富的故障信息可以為研究新的故障診斷方法提供基礎，大大豐富了電網(wǎng)故障診斷的內涵。
一、二次設備在線監(jiān)視
電氣設備根據(jù)功能不同可分為一次設備和二次設備。電氣二次設備主要包括繼電保護、測控、安全自動裝置、故障錄波器、遠動等實現(xiàn)電氣量采集、分析、處理、控制的設備。二次設備及相關回路構成了電網(wǎng)運行的二次系統(tǒng)，或稱之為電網(wǎng)控制系統(tǒng)，其正�？煽窟\行是保障電網(wǎng)穩(wěn)定和電力設備安全的關鍵。狀態(tài)監(jiān)測目前主要在一次設備上實施、推廣，電力二次設備的狀態(tài)監(jiān)測基本還沒有開展。
狀態(tài)監(jiān)測及狀態(tài)分析的目的不在于準確診斷設備究竟存在何種缺陷，這在目前或許是不現(xiàn)實的。這里分析的目的是基于設備的狀態(tài)信息，對設備狀態(tài)做出一個初步的評價，作為安排檢修的一個依據(jù)。至于不良狀態(tài)設備的缺陷原因、性質，需在檢修前后針對個案進行深入分析。
1、系統(tǒng)結構
系統(tǒng)采用分布式架構，系統(tǒng)結構如圖1所示。系統(tǒng)可分為上下兩部分，其中上半部分為無人值守變電站二次設備在線監(jiān)視及遠程維護主站系統(tǒng)（簡稱：主站）部分，下半部分為無人值守變電站二次設備在線監(jiān)視及遠程控制終端（簡稱：子站）部分。
子站部署于110kV無人值守變電站內，接入繼電保護、故障錄波器等二次設備，采集數(shù)據(jù)并通過電力數(shù)據(jù)網(wǎng)與主站系統(tǒng)進行通信。每個變電站應至少配置一套子站系統(tǒng)。因為遠方控制功能的需要，子站系統(tǒng)部署于電力系統(tǒng)安全I區(qū)。
主站系統(tǒng)部署于地調控制中心，通過電力數(shù)據(jù)網(wǎng)接入轄區(qū)內所有子站，可通過子站主動采集站內裝置的信息或接收子站轉發(fā)的裝置自動上送信息。
圖1 系統(tǒng)總體結構圖
圖1中主站系統(tǒng)又可分為左右兩部分，左邊部分位于電力系統(tǒng)安全I區(qū)，右邊部分位于電力系統(tǒng)安全III區(qū)。位于安全I區(qū)的部分是主站系統(tǒng)的功能主體，其中的通信服務器負責與子站通信，并將數(shù)據(jù)分發(fā)給各應用程序；數(shù)據(jù)服務器中安裝數(shù)據(jù)庫，負責保存數(shù)據(jù)；應用服務器中運行主站系統(tǒng)各高級應用，提高系統(tǒng)可用性；工作站中運行主站系統(tǒng)監(jiān)視分析的人機界面程序和一些工程維護的輔助程序。位于安全III區(qū)的部分是WEB服務器，WEB服務器提供了主站系統(tǒng)的WEB服務，用戶可在工作PC機上通過III區(qū)網(wǎng)絡直接瀏覽系統(tǒng)數(shù)據(jù)，WEB服務器中的數(shù)據(jù)由位于安全I區(qū)的通信服務器通過安全隔離裝置單向發(fā)送。
2、二次設備信息收集
系統(tǒng)以二次設備的信息為基礎，為保證系統(tǒng)能取得二次設備信息，必須將二次設備接入到系統(tǒng)，并且系統(tǒng)與二次設備進行通信遠程獲取二次設備信息。但是目前市面上二次設備的類型、廠家、版本、對外通信接口多種多樣，沒有統(tǒng)一的標準。要實現(xiàn)對所有二次設備的接入難度很大，本系統(tǒng)經(jīng)過研究后應具備接入大多數(shù)主流廠家的典型設備的能力�？紤]到規(guī)約的多樣性以及系統(tǒng)未來的可擴展性，系統(tǒng)應該設計成開放式，只需增加模塊即可完成新規(guī)約裝置的接入，不影響其他程序運行。
二次設備接入到系統(tǒng)后，系統(tǒng)可對二次設備信息進行遠程調取和收集，包括動作信息、告警信息、錄波簡報信息、開關量變位信息、設備信息遠程調�。òǘㄖ�、開關量、模擬量、軟壓板、錄波文件等）。
3、故障信息遠傳與自動歸檔
電網(wǎng)中被保護的電力系統(tǒng)元件發(fā)生故障時，該元件的繼電保護裝置應迅速進入故障處理程序，發(fā)出一系列動作命令并記錄故障情況，本系統(tǒng)中的子站可收集保護裝置的動作命令和記錄故障情況的故障錄波文件，并遠程傳輸?shù)街髡�，供調度以及繼電保護專業(yè)人員分析故障情況。
考慮到主站中接入了多個子站，保護裝置和錄波器裝置數(shù)量眾多，上送數(shù)據(jù)頻繁，特別是在電網(wǎng)發(fā)生故障時，要在海量數(shù)據(jù)中挑選出與故障相關的信息非常困難，所以本系統(tǒng)實現(xiàn)了自動歸檔功能。當電網(wǎng)發(fā)生故障時，可根據(jù)保護裝置的動作信息啟動自動歸檔，形成故障報告。故障報告歸檔內容包括故障時間、故障元件、故障類型、保護動作情況、保護錄波文件、錄波器錄波文件等，并使用圖形化的方式展示。
4、故障診斷分析
故障分析是電網(wǎng)故障信息管理系統(tǒng)最重要的應用方向，它主要包括故障錄波文件分析，如向量分析、序分量分析、諧波分析、功率分析和頻率分析等波形分析功能。
故障診斷是利用可監(jiān)測到的故障信息來識別故障元件及判別誤動和拒動裝置的過程，其中重點是故障元件的識別問題。隨著數(shù)學和人工智能科學理論的發(fā)展，不斷有新的故障診斷方法出現(xiàn)。但是，電網(wǎng)故障診斷研究仍停留在理論探索階段，實用化方面一直沒有太大進展，究其原因主要有兩點：
一是已有的故障診斷方法在處理多重故障、保護或斷路器不正確動作的復雜故障以及畸變故障信息時仍存在一定問題；
二是由于以往技術和配置的原因導致故障信息資源比較有限，已有產(chǎn)品大多僅依托于變電站內綜合自動化系統(tǒng)或調度SCADA系統(tǒng)的信息。
因此，本系統(tǒng)提供的豐富的故障信息可以為研究新的故障診斷方法提供基礎，大大豐富了電網(wǎng)故障診斷的內涵。
二、二次設備遠程維護
1、保護裝置遠程自動巡檢
隨著主站接入子站數(shù)量的增加，檢查各子站內裝置的運行情況以及制作運維報告已成為非常繁重的勞動，占用了主站運維人員大量時間并且還無法保證質量。在一個接入了100個子站的主站中，如果需要一個運維人員手動檢查所有子站內設備的運行情況，需要大約3個月的時間，這顯然無法滿足實時掌握設備情況的運維基本要求。鑒于此情況，深入研究繼電保護信息系統(tǒng)后，設計了主站自動巡檢及自動生成運維報告功能。
自動巡檢的基本思想是在不增加子站和裝置負擔的情況下，使用少量的召喚操作測試裝置對各項功能的響應情況，以此來判斷設備的運行狀態(tài)。目前能進行的召喚測試包括召喚定值區(qū)、定值、開關量、軟壓板、模擬量、歷史事件、錄波文件。定期進行自動巡檢操作即能為主站生產(chǎn)運維報告提供原始數(shù)據(jù)。自動巡檢能提供的數(shù)據(jù)包括：
（1）召喚命令是否正常響應；
（2）裝置通訊狀態(tài)是否與子站上送的一致；
（3）裝置是否在較長時間內無動作和錄波產(chǎn)生。
基于自動巡檢數(shù)據(jù)，運維報告可以展示出每個裝置的通訊狀態(tài)是否正確、功能是否正常、是否因長時間沒有動作錄波而存在隱患等。
2、遠程維護
110kV變電站一般路途較遠，維護人員每次進行常規(guī)維護工作都要前往每一個變電站，既費時費力效率也不高。故系統(tǒng)提供遠程維護功能，使維護人員不用前往每一個變電站就能進行維護工作，只須在變電站端通過調度數(shù)據(jù)網(wǎng)接入到本系統(tǒng)中，然后系統(tǒng)通過專用遠程調試維護工具進行維護工作。
系統(tǒng)提供外部設備接入的通信標準，實現(xiàn)外部設備與本系統(tǒng)的接入和通信。為保證系統(tǒng)安全，系統(tǒng)與遠程設備之間通過加密專用通道進行通信，使用動態(tài)密碼口令的方式對外部接入設備進行安全性驗證，并在數(shù)據(jù)庫中記錄每一步維護操作的日志，做到操作可追溯查詢。
三、結語
在線監(jiān)視及遠程維護的目的不在于準確診斷設備究竟存在何種缺陷。這里分析的目的是基于設備的狀態(tài)信息，對設備狀態(tài)做出一個初步的評價，作為安排檢修的一個依據(jù)。至于不良狀態(tài)的設備的缺陷原因、性質，則需在檢修前后針對個案進行深入分析。
本文闡述了變電站二次設備在線監(jiān)視與遠程維護系統(tǒng)，給出了系統(tǒng)結構圖，通過此系統(tǒng)可以解決目前對二次設備監(jiān)控的不足，提高電網(wǎng)二次設備安全，并且能減少工程人員工作負擔。該系統(tǒng)應用于甘肅110kV變電站中，取得了滿意的效果。
作者單位：1、狄軍峰 王力 上海許繼電氣有限公司 2、李俊剛 劉虎 許繼電氣股份有限公司
