变电站无人值守运维云平台的分析及应用

罗轩志

江苏安科瑞电器制造有限公司   江苏无锡   214405

   摘要：随着智能变电站的推广，电力系统采用可靠、集成、环保的智能设备，依托全站信息数字化、信息共享标准化、通信平台网络化为基础，自动完成变电站设备信息的采集、测量、保护、控制等基本功能，传统的“看得见”、“摸得着”的二次回路变成了“看不见”、“摸不着”的“黑匣子”，增加了变电站运维、检修的不可控性，本文提出变电站智能运维管理平台的研究方案。可对变电站继电保护远程全方位管控。使运维站、检修工区实现远程在线监视和智能运维管理。

   关键词：在线监视,状态评估,故障定位,辅助安措,故障分析

0 引言

   提高变电站二次设备维护水平，需要将设备进行可视化展示，为变电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、决策及安全操作的运维管理平台，以该运维管理平台为基础进行高级应用开发，提高设备精细化管理水平。

   变电站智能运维管理平台是一套集数据采集、信息处理和分析功能于一体的智能设备，图1展示了智能运维管理平台在变电站中的布局。

   变电站智能运维管理平台是从过程层网络和站控层网络获取信息，将与运维相关的信息进行高度整合，实现可视化在线监测及智能诊断等应用，并支持远端上送。其主要功能包括对二次设备进行在线监视、状态评估及监视预警、故障定位、二次检修辅助安措、配置文件管理、保护定值管理、故障信息管理及综合分析等多维度运维管理。

1 运维平台

　　1.1在线监视

   建立变电站二次系统全景信息模型，应用纤芯自动搜索算法实现虚、实对应的二次设备全景可视化展示技术，将智能变电站信息数字化、抽象化转变为可视化的全景模式。

   在线监视应能实现如下功能：

　　1）对全站二次设备运行工况、通信状态的实时监视与预警。

　　2）对全站二次设备告警信息、变位信息、压板状态等各种信息的全景展示。

　　3）对全站二次设备间通信链路状态的实时监视与可视化展示。

　　4）对全站二次设备虚回路、虚端子的实时监视与可视化展示。

　　5）对保护装置等间隔层设备温度、电压以及保护遥测的实时监视与展示。

　　6）对保护装置面板指示灯状态的正确反映。

　　1.2 状态评估及监视预警

   提出电力二次设备“趋势性+损失性”的评价体系 和“横向比对、纵向校验”的评价方法，实现智能站二次设备健康状态在线评价，实现“经验评估”向"量化评估”的跨越。

   趋势性评估方法：是指对装置稳态量的长期监视、记录和分析，反映一段时间内元件性能的变化趋势，包括采样值精度、开关量一致性、运行及环境温度、端口光功率、其他自检参数等，超出门槛值预警。

   损失性评估方法：是指当装置发生异常告警时，通过对告警信息按类型进行分析和统计,推断故障的具体性质,如严重等级、持续时间、影响范围、最可能的故障位置等,为装置异常缺陷处理提供辅助决策。

   图2展示了“趋势性+损失性"的评价体系和"横向比对、纵向校验”的评价方法。

　　1.3保护定值管理

   针对种类繁多、厂家各异的继电保护装置，能否正确、可靠动作直接关系到电力系统的安全稳定运行，而继电保护定值的管理显得尤为重要，对于智能变电站保护定值的管理，应能够正确、可靠地实现定值召唤、定值区切换、定值修改、定值比对等功能。

   定值召唤应能支持同时通过本地和远方发起的进行定值区号和任意区定值的召唤，并且能够直观地显示定值名称及相应属性等信息。支持定值区实时切换，通过选择、返校、执行步骤保证定值切换的正确性。

   定值修改内容，应能支持同时通过本地和远方发起的对定值进行实时修改，并且能够对单一保护设备的定值进行批量修改，定值修改后，向所有远端主站发送定值变化告警信号。

   定值比对功能，应能根据历史数据库保存的最新定值信息与新召唤上来的定值进行自动或手动对比，当两份定值单不一致时，应触发告警功能，并标识定值不一致处，以便运行人员进行快速检查、核对。当定值修改后，应能对修改前后的定值进行自动校对 ,并对不一致的地方进行明显的标识。

2 智能分析

　　2.1故障定位

   基于对二次设备拓扑自动展示的迫切需求，信息传输不可见，故障查找和处理效率低，而现有技术仅侧重对交换机状态的可视化管理，远远达不到精确定位故障的要求。应根据变电站历史运行状况，基于大数据的分析管理，建立一套完整的专家库，能够对智能变电站出现的故障迅速 得出其产生的原因，将故障点精确定位到设备、物理回路、端口等点位，有效地削减运维人员的负担，可使变电站运维智能化水平得到显著提升。

　　2.2二次检修辅助安全措施

   虚回路光缆连接的大量使用，使得原本“看得见"、“摸得着”的二次回路变成了“看不见"、"摸不着”的 "黑匣子”，想将检修设备与运行设备完全隔离开来，需要借助二次检修辅助安全措施来完成，二次检修辅助安全措施集开票、校验、预演和回放于一体。

   基于二次虚回路图，依据相关检修安措规范建立安措规则，实现可视化安措自动生成或手工开票、调整。安措票生成后，根据设备当前状态，自动判别设备异常检修状态，并给出异常原因及影响范围，并在安措模拟操作过程中，根据模拟操作更新检修安措状态，为二次回路操作提供操作顺序及操作结果的校核与告警。

   安措执行前，根据生成的安措票进行逻辑预演，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。在每一步检修安措实施完毕后，诊断装置能够通过获取相关保护设备的检修压板状态、GOOSE压板状态、SV压板状态等信息，与标准化安全措施进行对比，以检查检修安措是否实施到位，若检修安措实施不到位，诊断装置会进行明显的标识与告警。二次检修辅助安全措施还应具备操作过程 及结果可记录回放功能，作为事故分析及问题査找的原始资料留存。

　　2.3配置文件管理

　　对SCD文件进行深层解析，获取各子网模型、IED 模型、各IED的输入输出及报文类型、以及各IED之间 的关联，对于SCD未明确或不规范之处辅以人工干预，进行各对象的关联，建立起二次设备模型。配置文件管理的功能包括如下几个方面。

　　1) SCD一致性检查功能：支持CRC计算功能，并能通过装置过程层虚端子配置CRC与全站SCD相应 CRC进行在线比对，确保全站SCD文件的配置与IED 装置实际下载的结果一致。

　　2) SCD模型变更辨识：数据管理单元通过历史版本 SCD在线比对实现SCD变更提示，并界定SCD变更产 生的影响范围，影响范围应能定位到IED装置。而且， 采取可视化技术展示SCD变更的影响范围，GOOSE变 更范围应能定位到DA级，SV变更范围应能定位到DO 级，并以图形和报告的方式展示。

　　3) 过程层IED配置及相互关系：解析并获取变电 站各IED命名、描述、MAC设置等参数，并解析出IED 收发报文的数量、类型及与其他IED之间的虚端子关系。

　　2.4故障信息管理及综合分析

   电网发生故障时，能够快速对波形进行分析与展示，自动收集厂站内一次故障的相关信息，整合为故障报告，并以图形化方式显示保护装置内部逻辑，且支持分层显示，迅速对故障时变电站内所有保护动作情况进行综合分析，自动生成较为详细的分析报告。

3 变电所运维云平台概述

           AcrelCloud-1000变电所运维云平台基于互联网＋、大数据、移动通讯等技术开发的云端管理平台，满足用户或运维公司监测众多变电所回路运行状态和参数、室内环境温湿度、电缆及母线运行温度、现场设备或环境视频场景等需求，实现数据一个中心，集中存储、统一管理，方便使用，支持具有权限的用户通过电脑、手机、PAD等各类终端链接访问、接收报警，并完成有关设备日常和定期巡检和派单等管理工作。

4 应用场所

   适用于电信、金融、交通、能源、医疗卫生、文体、教育科研、农林水利、商业服务、公用事业、电子产业园等行业变配电运行维护系统的新建、扩建和改建。

5 平台结构

   变配电室装设一套智能网关，采集变电室智能设备的数据，经过协议转换、压缩加密后定时上传或触发式上传平台，平台可完成对变配电室内所有智能设备完成数据交换，能实时监测变电站内变压器、断路器等重要运行设备的运行状态；实时监测变配电室内各回路的运行数据及环境温度等数字量；通讯管理单元与厂内局域网连接，把数据传至数据中心。

           AcrelCloud-1000变电所运维云平台提供用户概况、电力数据监测、电能质量分析、用电分析、日月年用能数据报表、异常事件报警和记录、运行环境监测、设备维护、用户报告、运维派单等功能，并支持多平台、多终端数据访问。

            AcrelCloud-1000变电所运维云平台系统可分为四层：即感知层、传输层、应用层和展示层。

   感知层：包含变电所安装的多功能仪表、温湿度监测装置、摄像头、开关量采集装置等。除摄像头外，其它设备通过RS485总线接入现场智能网关RS485端口。

   传输层：包含现场智能网关和交换机等设备。智能网关主动采集现场设备层设备的数据，并可进行规约转换，数据存储，并通过交换机把数据上传至指定的服务器端口，网络故障时数据可存储在本地，待网络恢复时从中断的位置继续上传数据，保证服务器端数据不丢失。

   应用层：包含应用服务器和数据库服务器，若变电所数量小于30个则应用服务器和数据库服务器可以合一配置。服务器需要具备固定IP地址，以接收各智能网关主动传送过来的数据。

   展示层：用户通过手机、平板、电脑等多终端的方式访问平台信息。

6 平台功能

6.1实时监测

   一次图点击配电回路后可看用电明细数据，可生成电力运行报表，可查询各类电力参数、电压、电流、功率、谐波等的历史数据、环境数据监测

6.2用能月报

   用能月报支持用户按总用电量、变电站名称、变电站编号等查询所管理站所的用电量，查询跨度可设置为月。

6.3站点监测

   站点监测包括概况、运行状态、当日事件记录、当日逐时用电曲线、用电概况。

6.4变压器状态

   变压器状态支持用户查询所有或某个站所的变压器功率、负荷率、等运行状态数据，支持按负荷率、功率等升、降序排名。

6.5电力运维

   运维展示当前用户管理的有关变电所在地图上位置及总量信息。

6.6配电图

   配电图展示被选中的变电所的配电信息，配电图显示各回路的开关状态、电流等运行状态及信息，支持电压、电流、功率等详细运行参数查询。

6.7视频监控

   视频监控展示了当前实时画面（视频直播），选中某一个变配电站，即可查看该变配电站内视频信息。

6.8电力运行报表

   电力运行报表显示选定站所选定设备各回路指定采集间隔运行参数和电能抄表的实时值及平均值行统计。

6.9故障报警

   遥测、遥信报警（网页及短信），报警上下限可设置，变电所运行环境（水浸、烟雾等）报警

6.10任务管理

   任务管理页面可以发布巡检或消缺任务，查看巡检或消缺任务的状态和完成情况，可以点击查看任务查看具体的巡检信息。

6.11用户报告

   用户报告页面主要用于对选定的变配电站自动汇总一个月的运行数据，对变压器负荷、配电回路用电量、功率因数、报警事件等进行统计分析，并列出在该周期内巡检时发现的各类缺陷及处理情况。

6.12 手机APP

         APP支 电力运维手机支持“监控系统”、“设备档案”、“待办事项”、“巡检记录”、“缺陷记录”、“文档管理”和“用户报告”七大模块，支持一次图、需量、用电量、视频、曲线、温湿度、同比、环比、电能质量、各种事件报警查询，设备档案查询、待办事件处理、巡检记录查询、用户报告、文档管理等。

7. 系统硬件配置

8 结束语

　　变电站智能运维管理平台的应用，可将现有的传动和检修模式转为向实际运行工况的远程在线诊断转变， 向依据设备健康状态有针对性地开展检验转变，极大地减少运维人员对现场继电保护装置的运维、巡视频率，提高设备的精细化管理水平。对继电保护远程化智能运维技术的研究具有重要意义。