變電站無人值守運維云平臺的分析及應用

安科瑞王璐月

摘要：隨著智能變電站的推廣，電力系統采用可靠、集成、環保的智能設備，依托全站信息數字化、信息共享標準化、通信平臺網絡化為基礎，自動完成變電站設備信息的采集、測量、保護、控制等基本功能，傳統的“看得見”、“摸得著”的二次回路變成了“看不見”、“摸不著”的“黑匣子”，增加了變電站運維、檢修的不可控性，本文提出變電站智能運維管理平臺的研究方案?？蓪ψ冸娬?a target="_blank">繼電保護遠程全方位管控。使運維站、檢修工區實現遠程在線監視和智能運維管理。

關鍵詞：在線監視,狀態評估,故障定位,輔助安措,故障分析

0 引言

提高變電站二次設備維護水平，需要將設備進行可視化展示，為變電站二次系統的日常運維、異常處理、事故分析以及檢修等工況提供多維度的可視化信息支撐、決策及安全操作的運維管理平臺，以該運維管理平臺為基礎進行高級應用開發，提高設備精細化管理水平。

變電站智能運維管理平臺是一套集數據采集、信息處理和分析功能于一體的智能設備，圖1展示了智能運維管理平臺在變電站中的布局。

變電站智能運維管理平臺是從過程層網絡和站控層網絡獲取信息，將與運維相關的信息進行高度整合，實現可視化在線監測及智能診斷等應用，并支持遠端上送。其主要功能包括對二次設備進行在線監視、狀態評估及監視預警、故障定位、二次檢修輔助安措、配置文件管理、保護定值管理、故障信息管理及綜合分析等多維度運維管理。

1 運維平臺

1.1在線監視

建立變電站二次系統全景信息模型，應用纖芯自動搜索算法實現虛、實對應的二次設備全景可視化展示技術，將智能變電站信息數字化、抽象化轉變為可視化的全景模式。

在線監視應能實現如下功能：

1）對全站二次設備運行工況、通信狀態的實時監視與預警。

2）對全站二次設備告警信息、變位信息、壓板狀態等各種信息的全景展示。

3）對全站二次設備間通信鏈路狀態的實時監視與可視化展示。

4）對全站二次設備虛回路、虛端子的實時監視與可視化展示。

5）對保護裝置等間隔層設備溫度、電壓以及保護遙測的實時監視與展示。

6）對保護裝置面板指示燈狀態的正確反映。

1.2 狀態評估及監視預警

提出電力二次設備“趨勢性+損失性”的評價體系 和“橫向比對、縱向校驗”的評價方法，實現智能站二次設備健康狀態在線評價，實現“經驗評估”向"量化評估”的跨越。

趨勢性評估方法：是指對裝置穩態量的長期監視、記錄和分析，反映一段時間內元件性能的變化趨勢，包括采樣值精度、開關量一致性、運行及環境溫度、端口光功率、其他自檢參數等，超出門檻值預警。

損失性評估方法：是指當裝置發生異常告警時，通過對告警信息按類型進行分析和統計,推斷故障的具體性質,如嚴重等級、持續時間、影響范圍、最可能的故障位置等,為裝置異常缺陷處理提供輔助決策。

圖2展示了“趨勢性+損失性"的評價體系和"橫向比對、縱向校驗”的評價方法。

1.3保護定值管理

針對種類繁多、廠家各異的繼電保護裝置，能否正確、可靠動作直接關系到電力系統的安全穩定運行，而繼電保護定值的管理顯得尤為重要，對于智能變電站保護定值的管理，應能夠正確、可靠地實現定值召喚、定值區切換、定值修改、定值比對等功能。

定值召喚應能支持同時通過本地和遠方發起的進行定值區號和任意區定值的召喚，并且能夠直觀地顯示定值名稱及相應屬性等信息。支持定值區實時切換，通過選擇、返校、執行步驟保證定值切換的正確性。

定值修改內容，應能支持同時通過本地和遠方發起的對定值進行實時修改，并且能夠對單一保護設備的定值進行批量修改，定值修改后，向所有遠端主站發送定值變化告警信號。

定值比對功能，應能根據歷史數據庫保存的最新定值信息與新召喚上來的定值進行自動或手動對比，當兩份定值單不一致時，應觸發告警功能，并標識定值不一致處，以便運行人員進行快速檢查、核對。當定值修改后，應能對修改前后的定值進行自動校對 ,并對不一致的地方進行明顯的標識。

2 智能分析

2.1故障定位

基于對二次設備拓撲自動展示的迫切需求，信息傳輸不可見，故障查找和處理效率低，而現有技術僅側重對交換機狀態的可視化管理，遠遠達不到精確定位故障的要求。應根據變電站歷史運行狀況，基于大數據的分析管理，建立一套完整的專家庫，能夠對智能變電站出現的故障迅速 得出其產生的原因，將故障點精確定位到設備、物理回路、端口等點位，有效地削減運維人員的負擔，可使變電站運維智能化水平得到顯著提升。

2.2二次檢修輔助安全措施

虛回路光纜連接的大量使用，使得原本“看得見"、“摸得著”的二次回路變成了“看不見"、"摸不著”的 "黑匣子”，想將檢修設備與運行設備完全隔離開來，需要借助二次檢修輔助安全措施來完成，二次檢修輔助安全措施集開票、校驗、預演和回放于一體。

基于二次虛回路圖，依據相關檢修安措規范建立安措規則，實現可視化安措自動生成或手工開票、調整。安措票生成后，根據設備當前狀態，自動判別設備異常檢修狀態，并給出異常原因及影響范圍，并在安措模擬操作過程中，根據模擬操作更新檢修安措狀態，為二次回路操作提供操作順序及操作結果的校核與告警。

安措執行前，根據生成的安措票進行邏輯預演，及時發現操作票中的邏輯問題，避免二次安全操作邏輯錯誤導致的保護閉鎖及保護誤動事故發生。在每一步檢修安措實施完畢后，診斷裝置能夠通過獲取相關保護設備的檢修壓板狀態、GOOSE壓板狀態、SV壓板狀態等信息，與標準化安全措施進行對比，以檢查檢修安措是否實施到位，若檢修安措實施不到位，診斷裝置會進行明顯的標識與告警。二次檢修輔助安全措施還應具備操作過程 及結果可記錄回放功能，作為事故分析及問題査找的原始資料留存。

2.3配置文件管理

對SCD文件進行深層解析，獲取各子網模型、IED 模型、各IED的輸入輸出及報文類型、以及各IED之間 的關聯，對于SCD未明確或不規范之處輔以人工干預，進行各對象的關聯，建立起二次設備模型。配置文件管理的功能包括如下幾個方面。

1) SCD一致性檢查功能：支持CRC計算功能，并能通過裝置過程層虛端子配置CRC與全站SCD相應 CRC進行在線比對，確保全站SCD文件的配置與IED 裝置實際下載的結果一致。

2) SCD模型變更辨識：數據管理單元通過歷史版本 SCD在線比對實現SCD變更提示，并界定SCD變更產 生的影響范圍，影響范圍應能定位到IED裝置。而且， 采取可視化技術展示SCD變更的影響范圍，GOOSE變 更范圍應能定位到DA級，SV變更范圍應能定位到DO 級，并以圖形和報告的方式展示。

3) 過程層IED配置及相互關系：解析并獲取變電 站各IED命名、描述、MAC設置等參數，并解析出IED 收發報文的數量、類型及與其他IED之間的虛端子關系。

2.4故障信息管理及綜合分析

電網發生故障時，能夠快速對波形進行分析與展示，自動收集廠站內一次故障的相關信息，整合為故障報告，并以圖形化方式顯示保護裝置內部邏輯，且支持分層顯示，迅速對故障時變電站內所有保護動作情況進行綜合分析，自動生成較為詳細的分析報告。

3 變電所運維云平臺概述

AcrelCloud-1000變電所運維云平臺基于互聯網＋、大數據、移動通訊等技術開發的云端管理平臺，滿足用戶或運維公司監測眾多變電所回路運行狀態和參數、室內環境溫濕度、電纜及母線運行溫度、現場設備或環境視頻場景等需求，實現數據一個中心，集中存儲、統一管理，方便使用，支持具有權限的用戶通過電腦、手機、PAD等各類終端鏈接訪問、接收報警，并完成有關設備日常和定期巡檢和派單等管理工作。

4 應用場所

適用于電信、金融、交通、能源、醫療衛生、文體、教育科研、農林水利、商業服務、公用事業、電子產業園等行業變配電運行維護系統的新建、擴建和改建。

5 平臺結構

變配電室裝設一套智能網關，采集變電室智能設備的數據，經過協議轉換、壓縮加密后定時上傳或觸發式上傳平臺，平臺可完成對變配電室內所有智能設備完成數據交換，能實時監測變電站內變壓器、斷路器等重要運行設備的運行狀態；實時監測變配電室內各回路的運行數據及環境溫度等數字量；通訊管理單元與廠內局域網連接，把數據傳至數據中心。

AcrelCloud-1000變電所運維云平臺提供用戶概況、電力數據監測、電能質量分析、用電分析、日月年用能數據報表、異常事件報警和記錄、運行環境監測、設備維護、用戶報告、運維派單等功能，并支持多平臺、多終端數據訪問。

AcrelCloud-1000變電所運維云平臺系統可分為四層：即感知層、傳輸層、應用層和展示層。

感知層：包含變電所安裝的多功能儀表、溫濕度監測裝置、攝像頭、開關量采集裝置等。除攝像頭外，其它設備通過RS485總線接入現場智能網關RS485端口。

傳輸層：包含現場智能網關和交換機等設備。智能網關主動采集現場設備層設備的數據，并可進行規約轉換，數據存儲，并通過交換機把數據上傳至指定的服務器端口，網絡故障時數據可存儲在本地，待網絡恢復時從中斷的位置繼續上傳數據，保證服務器端數據不丟失。

應用層：包含應用服務器和數據庫服務器，若變電所數量小于30個則應用服務器和數據庫服務器可以合一配置。服務器需要具備固定IP地址，以接收各智能網關主動傳送過來的數據。

展示層：用戶通過手機、平板、電腦等多終端的方式訪問平臺信息。

6 平臺功能

6.1實時監測

一次圖點擊配電回路后可看用電明細數據，可生成電力運行報表，可查詢各類電力參數、電壓、電流、功率、諧波等的歷史數據、環境數據監測

6.2用能月報

用能月報支持用戶按總用電量、變電站名稱、變電站編號等查詢所管理站所的用電量，查詢跨度可設置為月。

6.3站點監測

站點監測包括概況、運行狀態、當日事件記錄、當日逐時用電曲線、用電概況。

6.4變壓器狀態

變壓器狀態支持用戶查詢所有或某個站所的變壓器功率、負荷率、等運行狀態數據，支持按負荷率、功率等升、降序排名。

6.5電力運維

運維展示當前用戶管理的有關變電所在地圖上位置及總量信息。

6.6配電圖

配電圖展示被選中的變電所的配電信息，配電圖顯示各回路的開關狀態、電流等運行狀態及信息，支持電壓、電流、功率等詳細運行參數查詢。

6.7視頻監控

視頻監控展示了當前實時畫面（視頻直播），選中某一個變配電站，即可查看該變配電站內視頻信息。

6.8電力運行報表

電力運行報表顯示選定站所選定設備各回路指定采集間隔運行參數和電能抄表的實時值及平均值行統計。

6.9故障報警

遙測、遙信報警（網頁及短信），報警上下限可設置，變電所運行環境（水浸、煙霧等）報警

6.10任務管理

任務管理頁面可以發布巡檢或消缺任務，查看巡檢或消缺任務的狀態和完成情況，可以點擊查看任務查看具體的巡檢信息。

6.11用戶報告

用戶報告頁面主要用于對選定的變配電站自動匯總一個月的運行數據，對變壓器負荷、配電回路用電量、功率因數、報警事件等進行統計分析，并列出在該周期內巡檢時發現的各類缺陷及處理情況。

6.12 手機APP

APP支 電力運維手機支持“監控系統”、“設備檔案”、“待辦事項”、“巡檢記錄”、“缺陷記錄”、“文檔管理”和“用戶報告”七大模塊，支持一次圖、需量、用電量、視頻、曲線、溫濕度、同比、環比、電能質量、各種事件報警查詢，設備檔案查詢、待辦事件處理、巡檢記錄查詢、用戶報告、文檔管理等。

7.系統硬件配置

8 結束語

變電站智能運維管理平臺的應用，可將現有的傳動和檢修模式轉為向實際運行工況的遠程在線診斷轉變， 向依據設備健康狀態有針對性地開展檢驗轉變，極大地減少運維人員對現場繼電保護裝置的運維、巡視頻率，提高設備的精細化管理水平。對繼電保護遠程化智能運維技術的研究具有重要意義。

參考文獻

[1]張志強，變電站智能運維管理平臺研究.

[2]王燕，智能化變電站運行維護技術研究[J].通訊世界，2015（22）.

[3]企業微電網設計與應用手冊.2020.06版

[4] 安科瑞用戶變電站綜合自動化與運維解決方案.2020.05版

審核編輯 黃宇