變電站無(wú)人值守運(yùn)維云平臺(tái)的分析及應(yīng)用

安科瑞 陳聰

 摘要：隨著智能變電站的推廣，電力系統(tǒng)采用可靠、集成、環(huán)保的智能設(shè)備，依托全站信息數(shù)字化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)化、通信平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)化為基礎(chǔ)，自動(dòng)完成變電站設(shè)備信息的采集、測(cè)量、保護(hù)、控制等基本功能，傳統(tǒng)的“看得見(jiàn)"、“摸得著"的二次回路變成了“看不見(jiàn)"、“摸不著"的“黑匣子"，增加了變電站運(yùn)維、檢修的不可控性，本文提出變電站智能運(yùn)維管理平臺(tái)的研究方案?？蓪?duì)變電站繼電保護(hù)遠(yuǎn)程多方位管控。使運(yùn)維站、檢修工區(qū)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程在線監(jiān)視和智能運(yùn)維管理。

   關(guān)鍵詞：在線監(jiān)視,狀態(tài)評(píng)估,故障定位,輔助安措,故障分析

0 引言

   提高變電站二次設(shè)備維護(hù)水平，需要將設(shè)備進(jìn)行可視化展示，為變電站二次系統(tǒng)的日常運(yùn)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(yùn)維管理平臺(tái)，以該運(yùn)維管理平臺(tái)為基礎(chǔ)進(jìn)行高級(jí)應(yīng)用開(kāi)發(fā)，提高設(shè)備精細(xì)化管理水平。

   變電站智能運(yùn)維管理平臺(tái)是一套集數(shù)據(jù)采集、信息處理和分析功能于一體的智能設(shè)備，圖1展示了智能運(yùn)維管理平臺(tái)在變電站中的布局。

   變電站智能運(yùn)維管理平臺(tái)是從過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)和站控層網(wǎng)絡(luò)獲取信息，將與運(yùn)維相關(guān)的信息進(jìn)行高度整合，實(shí)現(xiàn)可視化在線監(jiān)測(cè)及智能診斷等應(yīng)用，并支持遠(yuǎn)端上送。其主要功能包括對(duì)二次設(shè)備進(jìn)行在線監(jiān)視、狀態(tài)評(píng)估及監(jiān)視預(yù)警、故障定位、二次檢修輔助安措、配置文件管理、保護(hù)定值管理、故障信息管理及綜合分析等多維度運(yùn)維管理。

1 運(yùn)維平臺(tái)

　　1.1在線監(jiān)視

   建立變電站二次系統(tǒng)全景信息模型，應(yīng)用纖芯自動(dòng)搜索算法實(shí)現(xiàn)虛、實(shí)對(duì)應(yīng)的二次設(shè)備全景可視化展示技術(shù)，將智能變電站信息數(shù)字化、抽象化轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢暬娜澳Ｊ健?/span>

   在線監(jiān)視應(yīng)能實(shí)現(xiàn)如下功能：

　　1）對(duì)全站二次設(shè)備運(yùn)行工況、通信狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)視與預(yù)警。

　　2）對(duì)全站二次設(shè)備告警信息、變位信息、壓板狀態(tài)等各種信息的全景展示。

　　3）對(duì)全站二次設(shè)備間通信鏈路狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)視與可視化展示。

　　4）對(duì)全站二次設(shè)備虛回路、虛端子的實(shí)時(shí)監(jiān)視與可視化展示。

　　5）對(duì)保護(hù)裝置等間隔層設(shè)備溫度、電壓以及保護(hù)遙測(cè)的實(shí)時(shí)監(jiān)視與展示。

　　6）對(duì)保護(hù)裝置面板指示燈狀態(tài)的正確反映。

　　1.2 狀態(tài)評(píng)估及監(jiān)視預(yù)警

   提出電力二次設(shè)備“趨勢(shì)性+損失性"的評(píng)價(jià)體系 和“橫向比對(duì)、縱向校驗(yàn)"的評(píng)價(jià)方法，實(shí)現(xiàn)智能站二次設(shè)備健康狀態(tài)在線評(píng)價(jià)，實(shí)現(xiàn)“經(jīng)驗(yàn)評(píng)估"向"量化評(píng)估"的跨越。

   趨勢(shì)性評(píng)估方法：是指對(duì)裝置穩(wěn)態(tài)量的長(zhǎng)期監(jiān)視、記錄和分析，反映一段時(shí)間內(nèi)元件性能的變化趨勢(shì)，包括采樣值精度、開(kāi)關(guān)量一致性、運(yùn)行及環(huán)境溫度、端口光功率、其他自檢參數(shù)等，超出門檻值預(yù)警。

   損失性評(píng)估方法：是指當(dāng)裝置發(fā)生異常告警時(shí)，通過(guò)對(duì)告警信息按類型進(jìn)行分析和統(tǒng)計(jì),推斷故障的具體性質(zhì),如嚴(yán)重等級(jí)、持續(xù)時(shí)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(shì)性+損失性"的評(píng)價(jià)體系和"橫向比對(duì)、縱向校驗(yàn)"的評(píng)價(jià)方法。

　　1.3保護(hù)定值管理

   針對(duì)種類繁多、廠家各異的繼電保護(hù)裝置，能否正確、可靠動(dòng)作直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，而繼電保護(hù)定值的管理顯得尤為重要，對(duì)于智能變電站保護(hù)定值的管理，應(yīng)能夠正確、可靠地實(shí)現(xiàn)定值召喚、定值區(qū)切換、定值修改、定值比對(duì)等功能。

   定值召喚應(yīng)能支持同時(shí)通過(guò)本地和遠(yuǎn)方發(fā)起的進(jìn)行定值區(qū)號(hào)和任意區(qū)定值的召喚，并且能夠直觀地顯示定值名稱及相應(yīng)屬性等信息。支持定值區(qū)實(shí)時(shí)切換，通過(guò)選擇、返校、執(zhí)行步驟保證定值切換的正確性。

   定值修改內(nèi)容，應(yīng)能支持同時(shí)通過(guò)本地和遠(yuǎn)方發(fā)起的對(duì)定值進(jìn)行實(shí)時(shí)修改，并且能夠?qū)我槐Ｗo(hù)設(shè)備的定值進(jìn)行批量修改，定值修改后，向所有遠(yuǎn)端主站發(fā)送定值變化告警信號(hào)。

   定值比對(duì)功能，應(yīng)能根據(jù)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)保存的最新定值信息與新召喚上來(lái)的定值進(jìn)行自動(dòng)或手動(dòng)對(duì)比，當(dāng)兩份定值單不一致時(shí)，應(yīng)觸發(fā)告警功能，并標(biāo)識(shí)定值不一致處，以便運(yùn)行人員進(jìn)行快速檢查、核對(duì)。當(dāng)定值修改后，應(yīng)能對(duì)修改前后的定值進(jìn)行自動(dòng)校對(duì) ,并對(duì)不一致的地方進(jìn)行明顯的標(biāo)識(shí)。

2 智能分析

　　2.1故障定位

   基于對(duì)二次設(shè)備拓?fù)渥詣?dòng)展示的迫切需求，信息傳輸不可見(jiàn)，故障查找和處理效率低，而現(xiàn)有技術(shù)僅側(cè)重對(duì)交換機(jī)狀態(tài)的可視化管理，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到精確定位故障的要求。應(yīng)根據(jù)變電站歷史運(yùn)行狀況，基于大數(shù)據(jù)的分析管理，建立一套完整的專家?guī)?，能夠?qū)χ悄茏冸娬境霈F(xiàn)的故障迅速 得出其產(chǎn)生的原因，將故障點(diǎn)精確定位到設(shè)備、物理回路、端口等點(diǎn)位，有效地削減運(yùn)維人員的負(fù)擔(dān)，可使變電站運(yùn)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(jiàn)"、“摸得著"的二次回路變成了“看不見(jiàn)"、"摸不著"的 "黑匣子"，想將檢修設(shè)備與運(yùn)行設(shè)備隔離開(kāi)來(lái)，需要借助二次檢修輔助安全措施來(lái)完成，二次檢修輔助安全措施集開(kāi)票、校驗(yàn)、預(yù)演和回放于一體。

   基于二次虛回路圖，依據(jù)相關(guān)檢修安措規(guī)范建立安措規(guī)則，實(shí)現(xiàn)可視化安措自動(dòng)生成或手工開(kāi)票、調(diào)整。安措票生成后，根據(jù)設(shè)備當(dāng)前狀態(tài)，自動(dòng)判別設(shè)備異常檢修狀態(tài)，并給出異常原因及影響范圍，并在安措模擬操作過(guò)程中，根據(jù)模擬操作更新檢修安措狀態(tài)，為二次回路操作提供操作順序及操作結(jié)果的校核與告警。

   安措執(zhí)行前，根據(jù)生成的安措票進(jìn)行邏輯預(yù)演，及時(shí)發(fā)現(xiàn)操作票中的邏輯問(wèn)題，避免二次安全操作邏輯錯(cuò)誤導(dǎo)致的保護(hù)閉鎖及保護(hù)誤動(dòng)事故發(fā)生。在每一步檢修安措實(shí)施完畢后，診斷裝置能夠通過(guò)獲取相關(guān)保護(hù)設(shè)備的檢修壓板狀態(tài)、GOOSE壓板狀態(tài)、SV壓板狀態(tài)等信息，與標(biāo)準(zhǔn)化安全措施進(jìn)行對(duì)比，以檢查檢修安措是否實(shí)施到位，若檢修安措實(shí)施不到位，診斷裝置會(huì)進(jìn)行明顯的標(biāo)識(shí)與告警。二次檢修輔助安全措施還應(yīng)具備操作過(guò)程 及結(jié)果可記錄回放功能，作為事故分析及問(wèn)題査找的原始資料留存。

　　2.3配置文件管理

　　對(duì)SCD文件進(jìn)行深層解析，獲取各子網(wǎng)模型、IED 模型、各IED的輸入輸出及報(bào)文類型、以及各IED之間 的關(guān)聯(lián)，對(duì)于SCD未明確或不規(guī)范之處輔以人工干預(yù)，進(jìn)行各對(duì)象的關(guān)聯(lián)，建立起二次設(shè)備模型。配置文件管理的功能包括如下幾個(gè)方面。

　　1) SCD一致性檢查功能：支持CRC計(jì)算功能，并能通過(guò)裝置過(guò)程層虛端子配置CRC與全站SCD相應(yīng) CRC進(jìn)行在線比對(duì)，確保全站SCD文件的配置與IED 裝置實(shí)際下載的結(jié)果一致。

　　2) SCD模型變更辨識(shí)：數(shù)據(jù)管理單元通過(guò)歷史版本 SCD在線比對(duì)實(shí)現(xiàn)SCD變更提示，并界定SCD變更產(chǎn) 生的影響范圍，影響范圍應(yīng)能定位到IED裝置。而且， 采取可視化技術(shù)展示SCD變更的影響范圍，GOOSE變 更范圍應(yīng)能定位到DA，SV變更范圍應(yīng)能定位到DO 級(jí)，并以圖形和報(bào)告的方式展示。

　　3) 過(guò)程層IED配置及相互關(guān)系：解析并獲取變電 站各IED命名、描述、MAC設(shè)置等參數(shù)，并解析出IED 收發(fā)報(bào)文的數(shù)量、類型及與其他IED之間的虛端子關(guān)系。

　　2.4故障信息管理及綜合分析

   電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，能夠快速對(duì)波形進(jìn)行分析與展示，自動(dòng)收集廠站內(nèi)一次故障的相關(guān)信息，整合為故障報(bào)告，并以圖形化方式顯示保護(hù)裝置內(nèi)部邏輯，且支持分層顯示，迅速對(duì)故障時(shí)變電站內(nèi)所有保護(hù)動(dòng)作情況進(jìn)行綜合分析，自動(dòng)生成較為詳細(xì)的分析報(bào)告。

3 變電所運(yùn)維云平臺(tái)概述

           AcrelCloud-1000變電所運(yùn)維云平臺(tái)基于互聯(lián)網(wǎng)＋、大數(shù)據(jù)、移動(dòng)通訊等技術(shù)開(kāi)發(fā)的云端管理平臺(tái)，滿足用戶或運(yùn)維公司監(jiān)測(cè)眾多變電所回路運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)、室內(nèi)環(huán)境溫濕度、電纜及母線運(yùn)行溫度、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備或環(huán)境視頻場(chǎng)景等需求，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)一個(gè)中心，集中存儲(chǔ)、統(tǒng)一管理，方便使用，支持具有權(quán)限的用戶通過(guò)電腦、手機(jī)、PAD等各類終端鏈接訪問(wèn)、接收?qǐng)?bào)警，并完成有關(guān)設(shè)備日常和定期巡檢和派單等管理工作。

4 應(yīng)用場(chǎng)所

   適用于電信、金融、交通、能源、醫(yī)療衛(wèi)生、文體、教育科研、農(nóng)林水利、商業(yè)服務(wù)、公用事業(yè)、電子產(chǎn)業(yè)園等行業(yè)變配電運(yùn)行維護(hù)系統(tǒng)的新建、擴(kuò)建和改建。

5 平臺(tái)結(jié)構(gòu)

   變配電室裝設(shè)一套智能網(wǎng)關(guān)，采集變電室智能設(shè)備的數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)協(xié)議轉(zhuǎn)換、壓縮加密后定時(shí)上傳或觸發(fā)式上傳平臺(tái)，平臺(tái)可完成對(duì)變配電室內(nèi)所有智能設(shè)備完成數(shù)據(jù)交換，能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)變電站內(nèi)變壓器、斷路器等重要運(yùn)行設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)；實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)變配電室內(nèi)各回路的運(yùn)行數(shù)據(jù)及環(huán)境溫度等數(shù)字量；通訊管理單元與廠內(nèi)局域網(wǎng)連接，把數(shù)據(jù)傳至數(shù)據(jù)中心。

           AcrelCloud-1000變電所運(yùn)維云平臺(tái)提供用戶概況、電力數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、電能質(zhì)量分析、用電分析、日月年用能數(shù)據(jù)報(bào)表、異常事件報(bào)警和記錄、運(yùn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)、設(shè)備維護(hù)、用戶報(bào)告、運(yùn)維派單等功能，并支持多平臺(tái)、多終端數(shù)據(jù)訪問(wèn)。

            AcrelCloud-1000變電所運(yùn)維云平臺(tái)系統(tǒng)可分為四層：即感知層、傳輸層、應(yīng)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(jiān)測(cè)裝置、攝像頭、開(kāi)關(guān)量采集裝置等。除攝像頭外，其它設(shè)備通過(guò)RS485總線接入現(xiàn)場(chǎng)智能網(wǎng)關(guān)RS485端口。

   傳輸層：包含現(xiàn)場(chǎng)智能網(wǎng)關(guān)和交換機(jī)等設(shè)備。智能網(wǎng)關(guān)主動(dòng)采集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層設(shè)備的數(shù)據(jù)，并可進(jìn)行規(guī)約轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并通過(guò)交換機(jī)把數(shù)據(jù)上傳至相應(yīng)的服務(wù)器端口，網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)數(shù)據(jù)可存儲(chǔ)在本地，待網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)時(shí)從中斷的位置繼續(xù)上傳數(shù)據(jù)，保證服務(wù)器端數(shù)據(jù)不丟失。

   應(yīng)用層：包含應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，若變電所數(shù)量小于30個(gè)則應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器可以合一配置。服務(wù)器需要具備固定IP地址，以接收各智能網(wǎng)關(guān)主動(dòng)傳送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)。

   展示層：用戶通過(guò)手機(jī)、平板、電腦等多終端的方式訪問(wèn)平臺(tái)信息。

6 平臺(tái)功能

6.1實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

   一次圖點(diǎn)擊配電回路后可看用電明細(xì)數(shù)據(jù)，可生成電力運(yùn)行報(bào)表，可查詢各類電力參數(shù)、電壓、電流、功率、諧波等的歷史數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)

6.2用能月報(bào)

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

6.3站點(diǎn)監(jiān)測(cè)

   站點(diǎn)監(jiān)測(cè)包括概況、運(yùn)行狀態(tài)、當(dāng)日事件記錄、當(dāng)日逐時(shí)用電曲線、用電概況。

6.4變壓器狀態(tài)

   變壓器狀態(tài)支持用戶查詢所有或某個(gè)站所的變壓器功率、負(fù)荷率、等運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，支持按負(fù)荷率、功率等升、降序排名。

6.5電力運(yùn)維

   運(yùn)維展示當(dāng)前用戶管理的有關(guān)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(kāi)關(guān)狀態(tài)、電流等運(yùn)行狀態(tài)及信息，支持電壓、電流、功率等詳細(xì)運(yùn)行參數(shù)查詢。

6.7視頻監(jiān)控

   視頻監(jiān)控展示了當(dāng)前實(shí)時(shí)畫面（視頻直播），選中某一個(gè)變配電站，即可查看該變配電站內(nèi)視頻信息

6.8電力運(yùn)行報(bào)表

   電力運(yùn)行報(bào)表顯示選定站所選定設(shè)備各回路相應(yīng)采集間隔運(yùn)行參數(shù)和電能抄表的實(shí)時(shí)值及平均值行統(tǒng)計(jì)。

6.9故障報(bào)警

   遙測(cè)、遙信報(bào)警（網(wǎng)頁(yè)及短信），報(bào)警上下限可設(shè)置，變電所運(yùn)行環(huán)境（水浸、煙霧等）報(bào)警

6.10任務(wù)管理

   任務(wù)管理頁(yè)面可以發(fā)布巡檢或消缺任務(wù)，查看巡檢或消缺任務(wù)的狀態(tài)和完成情況，可以點(diǎn)擊查看任務(wù)查看具體的巡檢信息。

6.11用戶報(bào)告

   用戶報(bào)告頁(yè)面主要用于對(duì)選定的變配電站自動(dòng)匯總一個(gè)月的運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)變壓器負(fù)荷、配電回路用電量、功率因數(shù)、報(bào)警事件等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并列出在該周期內(nèi)巡檢時(shí)發(fā)現(xiàn)的各類缺陷及處理情況。

6.12 手機(jī)APP

         APP支 電力運(yùn)維手機(jī)支持“監(jiān)控系統(tǒng)"、“設(shè)備檔案"、“待辦事項(xiàng)"、“巡檢記錄"、“缺陷記錄"、“文檔管理"和“用戶報(bào)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(huán)比、電能質(zhì)量、各種事件報(bào)警查詢，設(shè)備檔案查詢、待辦事件處理、巡檢記錄查詢、用戶報(bào)告、文檔管理等。

7. 系統(tǒng)硬件配置

8 結(jié)束語(yǔ)

　　變電站智能運(yùn)維管理平臺(tái)的應(yīng)用，可將現(xiàn)有的傳動(dòng)和檢修模式轉(zhuǎn)為向?qū)嶋H運(yùn)行工況的遠(yuǎn)程在線診斷轉(zhuǎn)變， 向依據(jù)設(shè)備健康狀態(tài)有針對(duì)性地開(kāi)展檢驗(yàn)轉(zhuǎn)變，極大地減少運(yùn)維人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)繼電保護(hù)裝置的運(yùn)維、巡視頻率，提高設(shè)備的精細(xì)化管理水平。對(duì)繼電保護(hù)遠(yuǎn)程化智能運(yùn)維技術(shù)的研究具有重要意義。

參考文獻(xiàn)

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