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【摘 要】近年来，经济快速发展，随着智能变电站的大量投运及运维工作的开展，常规站“看得见”、“摸得着”的二次回路变成了“看不见”、“摸不着”的“黑匣子”，大大增加了变电站运维、检修的不可控性。本文基于IEC61850规约模型，尝试在500kV卫都变根据现场运维情况部署智能变电站可视化运维与智能诊断系统，通过SCD文件解析与校验、光纤物理链路建模、同源数据比对、信号多维度关联、二次设备安全措施校核及逻辑预演等关键技术研究的基础上，实现智能化变电站IED设备的在线监视与智能诊断，IED设备的可视化运维，二次设备安全措施的防误预警，并构建智能运维体系基础。为运维人员日常维护、故障检修提供技术支撑和决策依据，有利于提高智能化变电站安全运行水平。
【关键词】智能变电站;可视化运维;智能诊断系统;研究与应用
引言
自2009年国家电网公司组织推进智能电网战略以来，基于IEC61850标准的智能变电站自动化技术获得了快速发展。截止到2015年底已经投运的智能变电站约2500座，“十三五”期间新建变电站将全部采用智能变电站技术方案，我国已成为智能变电站投运数量最多的国家。智能变电站基于IEC61850标准，用变电站配置文件（substationconfigurationdescription，SCD）描述：①变电站一次设备模型与电气拓扑信息;②自动化功能在各间隔内的分配;③智能电子设备（intelligentelectronicdevice，IED）能力;④通信配置信息;⑤IED中逻辑节点（logicalnode，LN）的映射;⑥IED之间的水平通信与垂直通信等。在工程应用中采用光缆代替电缆，二次系统装置之间的连接关系由数据包通信代替以往硬接线的连接，这样，基于装置端子排的管理边界不复存在，整个二次系统成为“黑匣子”，给运行维护带来了诸多问题和困难，增加了智能变电站二次系统运行风险。本文通过分析智能变电站核心SCD的特征，针对二次系统运行维护的关键技术问题，探索“图实相符”的可视化运维技术方案，以便为基于SCD的智能变电站工程应用提供可靠的技术支撑。
1继电保护可视化运维与智能诊断系统介绍
本文基于IEC61850规约模型，尝试在500kV卫都变根据现场运维情况部署智能变电站可视化运维与智能诊断系统，并通过SCD文件解析与校验、光纤物理链路建模、同源数据比对、信号多维度关联、二次设备安全措施校核及逻辑预演等关键技术研究，实现500kV卫都变继电保护二次虚回路的可视化展示、状态的在线监视、智能诊断及安措预演、在线校核与预警等功能，为该站二次系统的日常运维、异常处理、事故分析以及检修等工况提供多维度的可视化信息支撑、决策及安全操作依据。
2智能变电站可视化运维与智能诊断系统研究与应用
2.1在线运行状态信息
二次设备的运行状态信息主要包括：软硬件自检信息、开关量信息以及采样值等信息，其中软硬件自检信息针对装置运行温度以及电源电压等;采样值和开关量信息主要包括设备直流电路、差动电流以及开关量状态、正常反应等，系统会对设备运行状态进行不间断监控，提供二次设备故障的诊断数据。
2.2运维检修可视化图纸资料展示功能应用
实现SCD文件可视化，便于及时查看虚回路、虚端子、IED设备信息，间隔光纤物理链路信息。虚实合一的二次回路可视化，便于及时查看并核对工作间隔二次回路动态信息，包括光纤信号互联关系、板卡-端口信息、光纤关联信号及虚端子。保证500kV卫都变站内业务回路的可视化在线监视及诊断。2.3运维二次安全措施校核、预演及回放功能应用支持导入安措及图形化操作形成安措等模式，检验安全措施是否正确，是否存在因安全策略错误引发的保护误动或者保护闭锁。实现二次安全措施在线校核，为二次回路操作提供操作顺序及操作结果的校核与告警，操作过程及结果可记录回放;实现二次安全措施逻辑预演，及时发现操作票中的逻辑问题，避免二次安全操作逻辑错误导致的保护闭锁及保护误动事故发生。保证500kV卫都变安全措施全部正确执行与恢复，对于未执行与恢复的安全措施发出相应报警;同时，通过安措执行流程管控功能，监督运行检修人员按照既定流程执行安措，保证在检修作业过程中安全措施安全可靠、简便可行。
2.4保护设备在线监测功能应用
基于智能变电站光纤物理链路建模，实现整站及间隔光纤物理链路监测;实现间隔继电保护相关IED设备虚回路实时状态监测并可视化展示，在线实时监测过程层SV、GOOSE虚回路的状态，压板状态;实现按间隔全面展示保护设备详细状态信息，包括保护动作、告警、压板、光字牌等，历史信息查询。保证500kV卫都变站内保护设备监视并区分物理链路、逻辑链路断链并预警，为运维检修人员提供直观的虚回路状态变化及信号状态。
2.5运维智能诊断功能应用，提供检修决策依据
基于光纤物理建模，实现站内光纤链路故障定位;实现保护设备异常、告警的板卡定位，保护动作逻辑分析;实现一次操作、二次操作一致性检查与诊断预警。保证500kV卫都变发生光纤链路故障时，能具体定位出故障类型和故障链路;保证电网故障时通过两侧变电站所有保护动作信息收集、整理，自动进行综合智能分析;保证站内发生一次操作、二次操作不一致情况进行预警并图形化展示。
3应用情况及效果
目前，保护设备可视化运维系统已在多省试点应用。基于现场运维检修人员的需求，切实际、高效率的解决了现场工作人员所面临的一系列问题。以某220kV智能变电站为例，该站承担着2016年G20峰会保电工作任务，供电范围覆盖萧山荣庄、红垦等区域，重点保障钱江世纪城区块供电可靠。保护设备可视化运维系统与全站统一投产于2016年4月，迄今配置文件齐全，功能实现完整，已稳定安全运行近2年。该系统提高了现场快速诊断和处理设备缺陷的能力，提供了安全措施操作辅助功能，实现了智能变电站“看得见、摸得着”可视化图形化层次化的展示。该系统的工程实施具有时间短、配置简洁、维护方便三大特点。该变电站投运前，工作人員利用保护设备可视化运维系统光纤链路监视诊断、虚实回路监视诊断、光口光强监视功能等对各个间隔详细的审查。直观、精确的指向某一间隔智能终端第七块板卡第四光口的光纤发生了断链的情况，有针对性的排查后发现在调试过程中尾纤遭到撕扯而外表完好如初，更换后情况得到解决。送电前夕，配合工作人员进行各间隔安全措施的预演和实际校核，为送电工作和未来的停电检修提供了保障。投运后，全景图巡视和保护巡检模块给运维人员日常检测IED设备、链路，检查IED设备工作情况等带来了极大的便利，图形化的展示十分直观，发现问题后还可以及时的利用其他功能进行查询和定位。目前，从多个投运了该保护设备可视化运维系统的变电站后期改扩建维护反馈来看，该系统给变电站运维检修带来了极大的帮助，提高了现场工作效率，缩短了现场工作的时间。
结语
本文设计的智能变电站链路可视化及诊断系统从过程层、间隔层、站控层对智能变电站二次设备实现全面监视，并将全站链路可视化，将二次设备信息、光纤连接关系、当前状态在一张图上全部展示出来，变成二次设备图纸，解开智能变电站黑匣子的秘密，同时将站控层、过程层、间隔层相结合，以多维度的、不同的数据对智能站的链路进行分析、诊断，定位异常点，为现场故障排查提供有效的手段，为二次设备运维检修带来极大的方便。
（作者单位：国网晋城供电公司）
【关键词】智能变电站;可视化运维;智能诊断系统;研究与应用
引言
自2009年国家电网公司组织推进智能电网战略以来，基于IEC61850标准的智能变电站自动化技术获得了快速发展。截止到2015年底已经投运的智能变电站约2500座，“十三五”期间新建变电站将全部采用智能变电站技术方案，我国已成为智能变电站投运数量最多的国家。智能变电站基于IEC61850标准，用变电站配置文件（substationconfigurationdescription，SCD）描述：①变电站一次设备模型与电气拓扑信息;②自动化功能在各间隔内的分配;③智能电子设备（intelligentelectronicdevice，IED）能力;④通信配置信息;⑤IED中逻辑节点（logicalnode，LN）的映射;⑥IED之间的水平通信与垂直通信等。在工程应用中采用光缆代替电缆，二次系统装置之间的连接关系由数据包通信代替以往硬接线的连接，这样，基于装置端子排的管理边界不复存在，整个二次系统成为“黑匣子”，给运行维护带来了诸多问题和困难，增加了智能变电站二次系统运行风险。本文通过分析智能变电站核心SCD的特征，针对二次系统运行维护的关键技术问题，探索“图实相符”的可视化运维技术方案，以便为基于SCD的智能变电站工程应用提供可靠的技术支撑。
1继电保护可视化运维与智能诊断系统介绍
本文基于IEC61850规约模型，尝试在500kV卫都变根据现场运维情况部署智能变电站可视化运维与智能诊断系统，并通过SCD文件解析与校验、光纤物理链路建模、同源数据比对、信号多维度关联、二次设备安全措施校核及逻辑预演等关键技术研究，实现500kV卫都变继电保护二次虚回路的可视化展示、状态的在线监视、智能诊断及安措预演、在线校核与预警等功能，为该站二次系统的日常运维、异常处理、事故分析以及检修等工况提供多维度的可视化信息支撑、决策及安全操作依据。
2智能变电站可视化运维与智能诊断系统研究与应用
2.1在线运行状态信息
二次设备的运行状态信息主要包括：软硬件自检信息、开关量信息以及采样值等信息，其中软硬件自检信息针对装置运行温度以及电源电压等;采样值和开关量信息主要包括设备直流电路、差动电流以及开关量状态、正常反应等，系统会对设备运行状态进行不间断监控，提供二次设备故障的诊断数据。
2.2运维检修可视化图纸资料展示功能应用
实现SCD文件可视化，便于及时查看虚回路、虚端子、IED设备信息，间隔光纤物理链路信息。虚实合一的二次回路可视化，便于及时查看并核对工作间隔二次回路动态信息，包括光纤信号互联关系、板卡-端口信息、光纤关联信号及虚端子。保证500kV卫都变站内业务回路的可视化在线监视及诊断。2.3运维二次安全措施校核、预演及回放功能应用支持导入安措及图形化操作形成安措等模式，检验安全措施是否正确，是否存在因安全策略错误引发的保护误动或者保护闭锁。实现二次安全措施在线校核，为二次回路操作提供操作顺序及操作结果的校核与告警，操作过程及结果可记录回放;实现二次安全措施逻辑预演，及时发现操作票中的逻辑问题，避免二次安全操作逻辑错误导致的保护闭锁及保护误动事故发生。保证500kV卫都变安全措施全部正确执行与恢复，对于未执行与恢复的安全措施发出相应报警;同时，通过安措执行流程管控功能，监督运行检修人员按照既定流程执行安措，保证在检修作业过程中安全措施安全可靠、简便可行。
2.4保护设备在线监测功能应用
基于智能变电站光纤物理链路建模，实现整站及间隔光纤物理链路监测;实现间隔继电保护相关IED设备虚回路实时状态监测并可视化展示，在线实时监测过程层SV、GOOSE虚回路的状态，压板状态;实现按间隔全面展示保护设备详细状态信息，包括保护动作、告警、压板、光字牌等，历史信息查询。保证500kV卫都变站内保护设备监视并区分物理链路、逻辑链路断链并预警，为运维检修人员提供直观的虚回路状态变化及信号状态。
2.5运维智能诊断功能应用，提供检修决策依据
基于光纤物理建模，实现站内光纤链路故障定位;实现保护设备异常、告警的板卡定位，保护动作逻辑分析;实现一次操作、二次操作一致性检查与诊断预警。保证500kV卫都变发生光纤链路故障时，能具体定位出故障类型和故障链路;保证电网故障时通过两侧变电站所有保护动作信息收集、整理，自动进行综合智能分析;保证站内发生一次操作、二次操作不一致情况进行预警并图形化展示。
3应用情况及效果
目前，保护设备可视化运维系统已在多省试点应用。基于现场运维检修人员的需求，切实际、高效率的解决了现场工作人员所面临的一系列问题。以某220kV智能变电站为例，该站承担着2016年G20峰会保电工作任务，供电范围覆盖萧山荣庄、红垦等区域，重点保障钱江世纪城区块供电可靠。保护设备可视化运维系统与全站统一投产于2016年4月，迄今配置文件齐全，功能实现完整，已稳定安全运行近2年。该系统提高了现场快速诊断和处理设备缺陷的能力，提供了安全措施操作辅助功能，实现了智能变电站“看得见、摸得着”可视化图形化层次化的展示。该系统的工程实施具有时间短、配置简洁、维护方便三大特点。该变电站投运前，工作人員利用保护设备可视化运维系统光纤链路监视诊断、虚实回路监视诊断、光口光强监视功能等对各个间隔详细的审查。直观、精确的指向某一间隔智能终端第七块板卡第四光口的光纤发生了断链的情况，有针对性的排查后发现在调试过程中尾纤遭到撕扯而外表完好如初，更换后情况得到解决。送电前夕，配合工作人员进行各间隔安全措施的预演和实际校核，为送电工作和未来的停电检修提供了保障。投运后，全景图巡视和保护巡检模块给运维人员日常检测IED设备、链路，检查IED设备工作情况等带来了极大的便利，图形化的展示十分直观，发现问题后还可以及时的利用其他功能进行查询和定位。目前，从多个投运了该保护设备可视化运维系统的变电站后期改扩建维护反馈来看，该系统给变电站运维检修带来了极大的帮助，提高了现场工作效率，缩短了现场工作的时间。
结语
本文设计的智能变电站链路可视化及诊断系统从过程层、间隔层、站控层对智能变电站二次设备实现全面监视，并将全站链路可视化，将二次设备信息、光纤连接关系、当前状态在一张图上全部展示出来，变成二次设备图纸，解开智能变电站黑匣子的秘密，同时将站控层、过程层、间隔层相结合，以多维度的、不同的数据对智能站的链路进行分析、诊断，定位异常点，为现场故障排查提供有效的手段，为二次设备运维检修带来极大的方便。
（作者单位：国网晋城供电公司）