智能电网二次设备运维新技术研讨.pdf

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第43卷第22期2015年11月16日电力系统保护与控制PowerSystemProtectionandControlVoI.43NO.22NOV.16.2015智能电网二次设备运维新技术研讨秦红霞,武芳瑛,彭世宽,葛亮,游涛(北京四方继保自动化股份有限公司,北京100085)摘要:通过分析智能电网二次设备运维技术的发展目标,阐述了智能电网二次设备的智能化运维原则。为了实现可视化运维、定制化检修、智能化运维的目标,提出了智能运维系统的整体系统架构和功能部署方案。在技术方案上,重点介绍了二次设备运维可视化技术、智能告警、故障诊断和状态评估等关键技术,有效解决了目前智能变电站二次设备在实际运维过程中出现的一系列问题。设计开发的智能电网二次设备运维系统已经成功应用于多个示范工程现场,并取得了良好的运维效果。’关键词:智能电网;二次设备;运维;可视化NewtechnologyresearchonsecondaryequipmentoperationmaintenanceforsmartgridQINHongxia,WUfangying,PENGShikuan,GELiang,YOUTao(BeijingSifangAutomationCo.,Ltd.,Beijing100085,China)Abstract:Throughtheanalysisofdevelopmentgoalsonoperationandmaintenanceofsubstationsecondaryequipment,thispaperelaboratesintelligentoperationandmaintenanceprinciplesofsecondaryequipment.Inordertoachievevisualoperations,intelligent,customizedmaintenanceoperationandmaintenancegoals,theintelligentmaintenancesystemstructureandfunctionsschemearepresented.Intermsoftechnicalsolutions,itfocusesonsomekeytechnologiesincludingthevisualizationtechnology,intelligentalarms,faultdiagnosisandstatusevaluationtechnologyandSOon.Allthesetechnologiesareeffectivesolutionstosolvethecurrentproblemsonoperationandmaintenancestages.Theintelligentoperationandmaintenancesystemshavebeensuccessfullyusedinavarietyofdemonstrationprojectsandachievedgoodoperatingresults.Keywords:smartgrid;secondaryequipment;operationmaintenance;visualization中图分类号:TM76O引言随着智能电网的快速发展,变电站二次设备的智能化提升到了更高的水平,二次设备数量也增长迅速,对设备的管理、运行、维护、检修人员提出了更高的要求。例如,智能变电站采用数字信息取代了常规变电站的模拟量信息,采用光纤通信取代常规电缆通信,智能变电站数字信息处理技术的应用,使变电站可实际操作的二次回路变成了可编辑的文本信息,由看得见摸得着的电缆连接,变成了看不见摸不着的虚连接。在运维人员眼中,一个可以操作可“”“”以检测的变电站,由实变虚了【JJ。但从常规变电站到智能变电站,由于采用了新“”设备、新技术,设备自检能力和通信能力也由弱—文章编号:1674-3415(2015)220035.06“”变强了,提供的信息也更加全面,设备与设备之间、设备与人之间的信息能够得到充分交互,使得运维人员能够更准确的掌握设备的运行情况。目前围绕着确保装置和回路基础状态良好的目的,通常对二次设备会进行定检、全检f生命周期检修)、特维(高保真试验)几种运维模式。但在设备数量大量增加,新技术大量引入,但运维人员编制相对固定,为提高供电可靠性检修时间往往又很短的情况下,在有限的时间内,要完成大量的运维检修任务势必面临巨大的挑战,也会带来一些问题,如维修不足(该修的项目未修)、维修过剩(不该修的项目修了)、提前维修(设备未坏,修坏)、维修滞后(坏了才修,达不到预防检修的目的)、盲目维修f不知道该不该修,时间到了就修)l4J。特别是目前的智能站,为了及时掌握设备的运行状态、处置异常运行..36..电力系统保护与控制状态,达到跟踪控制设备的日的,仍需花费大最的人力、物力对变电站设备进行日常巡视、专业巡视等。随着精细化管理婴求的不断提l丁f,传统的运维模式已经不能适应智能电网运维需求。为适应智能电的发展,新的运维技术、运维模式得到了快速推动及应川。1智能电网二次设备运维目标1.1运维目标“”“”针对变电站信息传递由实剑虚,设备“”“”白检和通信能力弱到强的特点,当前提的运维目标是:可视化运维、定制化检修、智能化运维。“”可视化运维,是针对智能电网二次回路的实“”到虚,通过网络通信技术、计算机技术以及变“”“”电站高级应用技术,将虚再恢复为实,实现_次回路的当地/远程在线可视化查看和管理。“”“”定制化检修,是针对_=:次设备的弱到强,发挥二次设的自检功能、强大的通信功能、丰富的信息资源,充分利用设备的信息交互技术,结合■监控系统的高级应用,对次设备进行在线监视、智能诊断,根据设备的健康状况制定合理的检修计划和检修方案。促使传统的定检、全检向面向个体的定制化检修模式转变。■智能化运维,是充分利用次设备的自检功能和丰富的状态信息,实现相关发备之间回路检查、配置检查、运行状态自诊断以及顺序控制,达到不停电检修的目标。1.2运维原则为了达剑上述目标,需要而向二次设备和回路,提供令面的信息享、可视化展示和智能诊断决策几个主要方面的运维技术,如图1所示。1)二次设备方面,需要提供全面的运行状态信息和强有力的白检能力,并实现信息全面共享。这需要稳定可靠的通信技术的支撑。■21次回路方面,站控层回路和过程层回路要能够提供完善的自检信息,并为回路监视提供必要的辅助条件。这不仅需要对完整信息的采集,还需要对二次同路和SCD文件的完善管理。3)可视化展示技术,需要包括信息的分级分类■展示和次同路可视化展示两大方面。4)智能诊断决策技术,需要对设备健康状态评估、回路完整性评估、设备寿命评估等做出有效评估,为决策方案提供依据。5)网络方面,要具备坚强、可靠、稳定、实时的络通信设备,为变电站数据共享提供网络基础。6),J具方面,为实现装置的信息共享、_:次回路的线呵视化展示,还需要通过工具将设餐和次叫路的信息进行建模,以实现信息的规范化共享。图1运维原则示意图Fig.1Principleofoperationmaintenance2智能电网二次设备运维系统架构2.1系统功能架构针对可视化运维、定制化检修、智能化运维的目标,对于二次设备运维管控,厂站端和主站端分别有不同的功能定位需求:厂站端侧重于信息采集、过滤和简单处理,对就地设备的信息要有全面的掌握,主站端则侧重于基于多维度信息的分析、展示、诊断估和辅助决策。信息展示首先在厂站端应能实现,但由于无人值班的推广,主站端对于展示信息的完整性和全面性要求也越来越高,因此,可视化展示的重点也在从J一站端向主站端转移。图2展示了主站端和厂站端基于不同定位和需求的功能架构分布。测控嘉录分析仪机宣液屏通信电源时钟设菇语音交换辅助设备载渡设备环境信息监控主帆远动机二次设备状态监视{运行远方可视化运维及远程运维检修:远程诊断定制化检修一一——T—u1专业:专业设备的全面情况If监视、控制、告警等基础功能囊示一一≮一~1磊雯嚣群厂站专业设备~…i锵厂站l智能终端专业设备}台并单元……~~7由墙据秘枣扰l二次回路(网分)图2系统功能分布图Fig.2Functionoftheoperationmaintenancesystem要圆圈桑红陵,等智能电二次没备运维新技术研讨.37一厂站端没备繁多,需分别确定过程层、间隔层和站控层分别测哪信息,并通过通信手段实现信息的采集,实现基础的监视、控制、告警、信息过滤和统计分析,简的智能断和预警。有人值守变电站,还需具备可视化展示和SCD管控功能。调度端具备相应级别的全网数据,可以实现综合的统计分析、智能诊断和状态评仙。从运维角度,展示的信息需要嘶向使川埘象,分别针对调度人员、运行人员、检修人员、保护、门动化、通信等各专业人员的不应川需要来提供信息。根据运行、巡维、检修各类工作的同功能定位,确定需要站端送哪些信息,需要展示哪些信息。2.2系统网络架构■基于目前智能变电站的系统架构,提出了次设备运维系统架构方案,见图3。!二次设备一…一‘…一一。≯,:j维主站:{^媾孝婷j状态监视及远程运*’I……、一一厂一……………;Illl…申申l…………………IH=II图3系统网络架构图Fig.3Networkarchitectureoftheoperationmaintenancesystem厂站端的在线监视和智能诊断功能在逻辑上由数据采集模块、数据管理模块和数据远传模块共同配合实现。1)数据采集模块,采集过程层、间隔层、站控层设备送出的信息。2)数据管理模块,根据数据采集模块传送的信‘息,实现厂站端应用功能。31数据远传模块,实现信息的集中上送,减轻调度端、巡维中心和运行中心的信息处理压力。以上相关模块可配置独立设备实现,也可集成在已有设备中实现相关功能。3智能电网二次设备运维关键技术3.1可视化技术可视化技术包含很多方而,和没备运维密切相关的技术一1要集[f】于设备状态町视化、SCD管理可视化、虚端予町视化、士叟障逻辑叮视化、故障回路可视化等。3.1.1设备状态可视化二次设备状态可视化通常分层级进行展示,可分为网省级、地区级、站级、设备级等多个层次。例如,从网调层关注的信息,可以关注到全景信息,多为统计类信息,界面信息可以根据关注度进行定制。同时,也町以进入到下一层级了解更详细的设备状态,保护装的告警状态,板状‘态等运行情况。4为个实际应用项日的渊层可视化界。在变电站层,可以通过视频监控、视频告警联动、机器人巡检等多种模式,对设备状态进行实时监控和展示,并进行设备信息联动分析和信息及时推送,包括远程信息卜传、移动终端信息传输等等,以提升运行检修的准确性、及时性,提升整体效率。图4网调层可视化界面图Fig.4Visualdisplayofdispatchingcentre3.1.2SCD管理可视化基JSCD的次叫路峪测本质是实现变电站自动化系统次路的可被管理。IEC61850体系“”“”下传统的二次刚路、端予排被虚端予、虚回路替代,如无有效的技术、管理措施,变电站的可靠性将大大卜降J。SCD的管理可视化就是要将这些“”“”虚端子、虚回路变成可见的,可被识别的,可被管理的。其中关键点在于静态文件一致性管理和动态CRC校验loJ。SCD文:的致性比较足SCD管理的重要内容,丰要埘同SCD文件的次回路虚端子连接做比较,并以图形化方式将比较结果展示HJ来,差异可以刚不同的颜色和标识示。例如:某两个装置之间何增加的虚连接,n_=『以连接处标一个小加号;某两个装之I、nJ的虚端丫连接有修改,可以存连接处标一个小足等等。例如:5I}】左f『fj的装置与本装置之问的连接标了一个小星号,表示虚端子连接发生了变化。但这个图中两个装置问只示意性的画了一个连接,.38.电力系统保护与控制荇想看剑具体虚连接的变化,‘‘l1J以进步行到洋细息流。则可^i该连接处,运维检修人员叮一口了然地丫解啦端的连接状态图5虚端子一致性比较示意图F_g.5Differencecomparisonofvirtualtemlinals随钾能变LU站的建设,SCD竹办面,电力系统厂站端采川IEC6l850体系标准进行站建模,‘对变电站的}网结构、一次设备、二次设备及、■次设符天联天系进行建模,生成变电站配置描述(SCD)文件,许转换成IEC61970公共信息模犁(CIM),1站IJ_以根据这个IEC61970CIM模自动导入I1,进行源端维护,对设备的运维管控能力也将著得剑提升。3.1-3虚端FIIr视化虚端叮视化包括虚端子,叟化可视化和虚端严实时状态视化。5中SCD一致性比较可视化部分,腱1r虚端子连接情况的I形化比较。”‘6腱l,j的赴J ̄lk2/illj化的动态状态更新,恨‘—实tlq的端r连接情,IJ-动态刷新虚端j连接,图6虚端子可视化界面赴正常还是中断J。3.1.4故障逻车}}町视化传统的微机保护装,通过软件实现了各利,保”护功能和逻辑,对于运人员来说,址个陌只能通过保护动作报文和故障录波数,动作接点米进行事故分析,为了有效、快速地进行故障分析和定位,现在的微机保护设备大多部能实现故障…逻辑的可视化,即保护设备输大中问计算信息,并通过后台分析软件实现故障逻辑町化,如7是故障后根据保护设备的中间节点逻辑分析敞障现‘象的画面,町按时序跟踪保护每,步动作逻辑,‘实际的动作事件、故障参数、波彤-/和_运行定值一对比分析,大大提升了运维的时效性和准确性。鎏一图7故障逻辑可视化界面3.1.5故障回路可视化为了能够清晰丫解并分析故障过,对故障过程中保护设备动作时_次网路虚端予链接状态,也可以采片J可视化技术,按时序跟踪虚端_f变化情况,以分析GOOSE信息流与预期情况足否吻合,8展示了一个装置之问次故障叫路可视化的界而。一图8故障回路可视化界面秦红霞,等智能电网二次设备运维新技术研讨.39.3.2智能诊断技术3.2.1爷能警同等规模的智能变电站告警和动作信息是常规站的3倍以告警信息太多太繁杂,往往重要的告警信息被淹没在海绩告警中,影响了对蓬要信息和事故的及时处理。为了解决这个问题,需要对告警信息进行分析处理,针对应用需求,进行智能判断,将判断结果展示出来。智能告警.、F要分成以下几个方面:1)分级分类告警;2)过滤检修信息:3)重要告警自动推图;4)多源数据不一致告警;5)频繁告警。3-2.2故障定位智能变电站中_次设备除了提供大鼍的告警信息外,还可监视正常运行时的各种运行信息,根据对正常运行中数据信息的监测和分析,可以掌握二次I叫路的链接情况。1)根据开关最位置信息和正常倒闸操作情况,呵检测开关最回路的正确性。2)基于模拟量异常告警信息和多源数据综合分析,呵及时发现系统运行工况及二次回路中的异常状7兄。■3)基_j:录波数据,可实时监控保护设备次电流、电压等模拟罩=采样回路及开入输入回路的完好性。4)基于保护动作录波数据,结合一一次系统故障■的分析,可验证保护设备次电流、电压等模拟量采样旧路、开入输入【回路、及开出跳闸回路的完好性。5)基于GOOSE返校信息,可对跳闸回路进行闭环监测,如果跳闸失败,可以跟踪信息确认故障点。综合卜述信息,可以实现对回路故障的定位,减少运维、巡视工作量。在调度端可基于这些数据和分析结果,采用大数据存储和数据挖掘技术,对故障的特征以及与设备的关联关系实现信息提取,l并结合周边变电站信息,对告警变电站的运行状态…‘评估Il,针对变电站二次设备及回路给出检修建议。3.3状态评估技术一次设备正常运行期问,获取并处理次设备相关基础资料、设备实时、历史数据等反映设备健康状态的特征参数,可评价设备当前健康状况。图9给}}{了一些关键二次设备的典型评价指标。对状态劣化和趋势不良的设挤及时发布状态预警消息,并进行有效故障模式和原因的分析。对设备运行状态、隐忠和共性缺陷的诊断分析,最终通过综合优化检修策略模型分析,提I【J检修决■策建议,对处于不同健康状况的次设备,提}}J不同的检修方案、检修策略,例如重点检修项日,检修周期,紧迫性程度等等,最终町实现定制化捡修和智能化运维。对j具有模糊性质的自愉信息,需…要通过模糊综合评价法实现状态评估1。图1O展示了于模糊理论的状态评估思路。圈_!‘毒I;—一舶蚪J■■t意f∞E删l1…I—.lHJt∞。l…一『~一。■tt图9二次设备评价指标Fig.9Evalt,ationindicatorforsecondaryequipment缭岔谇估结暴B=。RI苒I.{慧、异常l图10基于模糊理论的状态评估Fig.10StateevaluationbasedODfuzzytheory4结语本文通过对智能电网l1变电站次设备运维新技术的研究,埘次设备智能运维系统的系统架构、功能部署方案,以及所涉及到的关键技术等进行丫介绍。根据本文设计歼发的系统已经成功运行r示范工程现场,能够满足智能电网__=次设备运维的技术发展需求,达到了预期的设计EI标。末来随着互联网,云计算,大数据分析等技术的发展和应用,智能电网二次设备运维水平必将有更大的提升和突破。.40..电力系统保护与控制参考文献[1]修黎明,高湛军,黄德斌,等.智能变电站二次系统设计方法研究[J].电力系统保护与控制,2012,40(22):124.125.XIULiming,GAOZhanjun,HUANGDebin,eta1.Secondarysystemdesignmethodforsmartsubstation[J].PowerSystemProtecfionandControl,2012,40(22):124.125.“”[2]高亚栋,朱炳铨,李慧,等.数字化变电站的虚端子设计方法应用研究[J].电力系统保护与控制,2011,39(5):124-127.GAOYadong,ZHUBingquan,LIHui,eta1.Application“”researchondesignmethodforvirtualterminalofdigitalsubstation[J].PowerSystemProtectionandControl,2011,39(5):124-127.[3]胡道徐。沃建栋.基于IEC61850的智能变电站虚回路—体系[J].电力系统自动化,2010,34(17):7882.HUDaoxu,WOJiandong.VirtualcircuitsystemofsmartsubstationsbasedonIEC61850[J].Automationof—ElectricPowerSystems,2010,34(17):7882.[4]王佳明,刘文颖,魏帆,等.基于寿命周期成本管理的输变电设备状态检修策略研究[J].电力系统保护与控—制,2011,39(5):7780.WANGJiaming,LIUWenying,WEIFan,eta1.Studyonpoliciesofconditionbasedmaintenanceoftransmissionanddistributionequipmentscombinedwithlifecyclecostmanagement[J].PowerSystemProtectionandControl,—2011,39(5):7780.[5]高翔,杨漪俊,姜健宁,等.基于SCD的二次回路监测主要技术方案介绍与分析[J].电力系统保护与控制,2014,42(15):149-154.GAOXiang,YANGVijun,JIANGJianning,eta1.AnalysisofsecondarycircuitmonitoringmethodsbasedonSCD[J].PowerSystemProtectionandControl,2014,—42(15):149154.[6]马杰,李磊,黄德斌,等.智能变电站二次系统全过程管控平台研究与实践【J】.电力系统保护与控制,2013,—41(2):6772.MAJie,LILei,HUANGDebin,eta1.Researchandpracticeonthewholeprocessmanagementplatformofthesecondarysysteminsmartsubstation[J].Power—SystemProtectionandControl,2013,41(2):6772.[7]黄凯,杨骥,顾全.一体化电网运行智能系统的源端维护技术[J】.电力系统自动化,2014,38(15):71.75.HUANGKai,YANGGUQuart.Asource-basedmaintenancetechnologyforintegratedintelligentoperationsystemofpowergrids[J].AutomationofElectricPowerSystems,2014,38(15):71-75.[8]张巧霞,贾华伟,叶海明,等.智能变电站虚拟二次回路监视方案设计及应用[J].电力系统保护与控制,—2015,43(10):123128.ZHANGQiaoxia,JIAHuawei,YEHaiming,eta1.Designandapplicationofvirtualsecondarycircuitmonitoringinsmartsubstation[J].PowerSystemProtectionandControl,2015,43(10):123-128.[9]刘伟,李江林,杨恢宏,等.智能变电站智能告警与辅助决策的实现[J].电力系统保护与控制,2011,39(15):146.150.LIUWei,LIJianglin,YANGHuihong,eta1.ImplementationofintelligentalarmandAMDsysteminthesmartsubstation[J].PowerSystemProtectionandControl,2011,—39(15):146150.[1O]姚浩,李鹏,郭晓斌,等.基于大数据的告警信息处理和故障设备定位技术研究[J].电网与清洁能源,2014,30(12):72-77.YAOHao,LIPeng,GUOXiaobin,eta1.Researchonalarminformationdisposalandfaultdevicelocationbasedonmassdata[J].PowerSystemandCleanEnergy,2014,30(12):72-77.[11]王晓亮,董海鹰,任伟.基于信息融合的750kV电网二次设备状态评估[J].电力系统及其自动化学报,2013,25(1):40-46.WANGXiaoliang,DONGHaiying,RENWei.Stateevaluationofsecondarydevicein750kVpowergrid—basedoninformationfusion[J].ProceedingsoftheCSUEPSA,2013,25(1):40-46.—收稿日期:2015-0511作者简介:秦红霞(1971一),女,高级工程师,主要从事电力系统自动化、继电保护、安全稳定控制等领域的研究工作;E.mail:qinhx@sf-auto.com武芳瑛(1973一),女,高级工程师,主要从事电力系统自动化、继电保护故障信息系统、二次设备在线监测等领域的研究工作。(编辑张爱琴)
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