基于智能化变电站的缺陷维护管理模式探讨

范李平，姚迪

(国网湖北省宜昌供电公司，湖北 宜昌 443000)

1 引言

远安变电站是宜昌地区第一座220kV智能化改造站，一次设备采用“一次设备+智能组件”模式实现一次设备智能化，该站220kV、110kV设备区改造为最先进的H－GIS结构，节约了变电站内的设备占地空间并预留出备用间隔，实现设备平面化布置，更加安全可靠。该站间隔的保护、计量、测控装置及交直流一体化电源等设备统一采用IEC61850的通信网络标准，使信息交互更加通畅，通讯网络的过程层、间隔层和站控层间设备均采用光缆通讯，大大节省了材料、降低了能耗。

随着220kV远安智能化变电站的顺利投运，这座集技术先进、智能控制、低碳环保、资源节约等特点于一身的智能变电站，在设计、建设、管理、运行诸多方面，为智能变电站建设积累了丰富的经验，发挥出了引领和示范作用。由于智能变电站在运行管理、设备管理、技术管理等方面发生了较大的变化，一些原有的标准和规定已不适应新设备、新技术要求，为保证其安全、稳定、经济的连续运行以及今后相应智能变电站的顺利投产，结合现场设备实际运行情况，就其在运行管理中的出现的新问题与新现象，提出意见、建议以及管理方案。

2 智能变电站与传统变电站的区别

智能变电站是指按照 IEC61850标准分站控层、间隔层、过程层构建，采用 IEC61850数据建模和通信服务协议，过程层采用电子式互感器等具有数字化接口的智能一次设备，以网络通信平台为基础，实现了变电站监测信号、控制命令、保护跳闸命令的数字化采集、传输、处理和数据共享，可实现网络化二次功能、程序化操作、智能化功能等的变电站。

图1 传统变电站与智能变电站结构图

智能化变电站是在数字化变电站的基础上发展起来的，与数字化变电站相比，网络化信息共享是智能变电站的重要特征，其站控层的功能更加强大、智能。智能变电站与传统综自变电站主要有以下五点区别［1－2］:

(1)智能终端就地化，减少二次电缆使用量，取而代之为光缆;

(2)跳闸方式发生了变化，保护装置出口采用软压板方式进行投退;

(3)程序化操作，IEC61850的应用使保护等二次设备具备远方操作的技术条件;

(4)二次设备网络化，安全措施发生变化;

(5)自动化、保护专业逐渐向大二次系统专业融合，运行、检修规范发生变化;

(6)调试方法发生变化，需要网络联调，使用的试验仪器设备发生变化。

3 智能变电站给运行维护带来的转变

智能变电站中一次设备智能化，二次设备网络化。设备之间连接介质由光缆或双绞线替代了传统的电缆，电磁信号被转换成了数字信号，二次回路成为了“虚回路”。相比较传统变电站而言，其运行维护必然带来一些改变［3］。

3.1 保护功能压板投退发生改变

保护屏传统意义上的保护功能“硬压板”被后台监控系统界面上的“软压板”所取代。以往投退保护装置时，运行人员需要在保护屏上进行操作，现在只需在后台监控系统上用鼠标完成全部操作。以220kV夷远I回后台保护装置为例，软压板配置如下:

表1 220kV夷远I回后台软压板投退说明

3.2 开关跳、合闸压板投退发生改变

传统保护屏上的跳、合闸压板被“搬”上了后台监控系统界面上，并给了它一个特色的称“GOOSE跳、合闸压板”。开关跳、合闸硬压板在全站设置成了唯一，所有的保护装置跳、合闸必须经过智能控制柜内的跳、合闸压板去实现［4］。

在运行规程中应重点明确检修压板操作原则，压板状态、投退方式。操作原则中明确规定“110kV及以上设备停电检修时，在停运解备后，应停用母差保护中该间隔的“间隔投入压板”、“间隔GOOSE跳闸压板”、“GOOSE启动失灵”软压板，加用该间隔保护装置、测控装置、智能终端、合并单元上的“检修状态”硬压板;恢备操作次序与之相反。

3.3 二次设备巡视重点发生改变

二次设备的网络化，使数据被装置共享。一个MU采集的电流、电压信息可以同时给线路保护(主变保护)、母线保护、测控装置所使用。智能终端采集的开关、刀闸信息在GOOSE网络中共享给测控装置、保护装置、合并单元。这些装置一旦发生故障，影响范围较大，必须等同于一次设备故障处理。

3.4 检修状态压板的作用发生改变

原来装置检修状态压板作用是屏蔽装置的故障、动作信息，不上传给站控层。智能变电站为了方便设备检修，在检修过程中不发生误跳合闸，在保护装置、测控装置、智能操作箱、合并单元都配置了相应“检修状态”硬压板。在装置的检修状态压板”加用后，其网络数据打上了“检修”的标记，装置间的逻辑关系取决于此标记［5］。例如:保护装置“检修状态压板”加用，智能操作箱未加用，当保护装置跳闸指令发出后，开关不会跳闸，因智能操作箱的“检修状态压板”未加用，二者状态不对应。

以远安变电站主变一次、二次设备检修为例，置检修压板投退关系如下:先把刀闸、断路器等操作到位，方式摆好后，再操作投退压板如表2所示。

表2 主变一次、二次设备检修时置检修压板投退原则

3.5 GPS对时系统的作用发生改变

常规变电站GPS系统作用是确保全站时间一致性，以便于故障分析。智能变电站 GPS系统的时间同步关系到数字保护功能的可靠性、动作正确性，以及正确分析处理事故的能力，它是实现站域、区域实控制的安全策略基础。与常规综自系统变电站相比，GPS对时系统地位更加重要［6］。

3.6 设备验收过程发生改变

智能变电站的二次回路通过全站 SCD配置文件实现，为了检验SCD文件合法性、数据模型内外描述一致性、以及全站智能设备互操性及一致性，需要进行厂内联调。在厂家联调过程中系统集成商将除了一次设备(变压器、断路器、隔离刀闸)外的所有二次系统相关设备在厂内完成安装、模拟文件配置、装置调试。设备调试中的一大部分调试项目在厂内完成，实现最大化的工厂工作量，最小化现场工作量。厂内联调过程验收成为了必不可少的环节。

4 智能变电站缺陷管理

4.1 智能变电站专业巡检项目的确定

为能正确反映装置的状态，设备状态评价应基于收集的信息，由运行人员做出综合判断。

鉴于智能电子设备的特点，主要以运行和检验信息为主［8］。常规项目的检查同常规变电站相同，智能变电站除常规项目检查外，还应检查以下项目，才能正确反应装置的状态:(1)合并单元(MU)应无告警信息;(2)GOOSE交换机信号灯指示正常;(3)GOOSE网络通讯情况无告警信息;(4)网络记录仪、录波器、信息子站分析历史数据无异常;(5)户外智能终端箱的防雨、防潮、防冻、防尘等措施应完好。

4.2 设备状况评价项目的确定

依据相关标准，设备状态可划分为正常状态、异常状态、严重状态3类。正常状态:各状态量均符合标准要求，技术性能完好、运行工况稳定，不存在一般及以上等级的缺陷且与运行条件相适应。异常状态:单项重要状态量已发生明显变化，接近或超过标准限值，存在可能影响安全运行的一般缺陷。严重状态:技术性能下降严重，重要状态量至少有1项严重超出标准限值，发生严重缺陷或危急缺陷，运行工况已不能适应运行条件要求。

4.3 智能变电站缺陷的分类

依据国网公司发布的Q/GDW 751—2012《变电站智能设备运行维护导则》，智能设备的缺陷分级参照变电站常规设备，缺陷分为危急、严重和一般缺陷。

智能设备危急缺陷主要包括:(1)电子互感器故障(含采集器及其电源);(2)保护装置、保护测控装置故障或异常，影响设备安全运行的;(3)纵联保护装置通道故障或异常;(4)合并单元故障;(5)智能终端故障;(6)GOOSE断链、SV通道异常报警，可能造成保护不正确动作的;(7)过程层交换机故障;(8)其他直接威胁安全运行的缺陷。

智能设备严重缺陷主要包括:(1)GOOSE断链、SV通道异常报警，不会造成保护不正确动作的;(2)对时系统异常;(3)智能控制柜内温控装置故障，影响保护装置正常运行的;(4)监控系统主机(工作站)、站控层交换机故障或异常;(5)一体化电源系统监控模块故障或通信故障;(6)远动设备与上级通信中断;(7)装置液晶显示屏异常;(8)其他不直接威胁安全运行的缺陷。

智能设备一般缺陷主要包括:(1)智能控制柜内温控装置故障，不影响保护装置正常运行的;(2)在线监测系统异常、故障或通信异常;(3)网络记录仪故障;(4)辅助系统故障或通讯中断;(5)一体化电源系统冗余配置的单块充电模块故障;(6)其他不危及安全运行的缺陷。

5 缺陷案例分析

5.1 保护装置异常存在情况

现象1:2013年5月7日远安220kV变电站1#主变保护B屏(型号:CSC326DB，厂家:北京四方)，出现过2次面板死机。处理过程:拔出1#主变跳高、中、低压侧COOSE直跳空开，拔出屏后GOOSE光纤(跳110千伏母联、失灵)，然后进行恢复光纤及出口压板，按复归按钮后，才显示正常。

现象2:2013年6月13日远安220kV变电站110kV远广线远113开关保护屏(型号:CSC161AE，厂家:北京四方)液晶屏上显示:“正在处理录波，请等待……”，按任何键无反应、后台报通信中断、二次回路异常，一共连续出现过2次死机。处理过程:在保护装置背板上拔下:GOOSE直跳光纤、GOOSE组网光纤，断开电源等待 10s左右合上屏后空开，退出GOOSE跳闸出口，总出口压板。然后恢复光纤、检查保护装置采样、恢复压板至正常状态。

现象3:2013年9月28日远安220kV变电站110kV母差保护(BP－2C－D)后台合并遥信110kV母线保护通讯中断，经常发生通讯中断、死机等现象，重启后正常。220kV A套母差保护BP－2C－D的后台合并遥信220kV母线保护，发“运行异常”报警;检查装置发现“管理总线通讯中断，装置硬件板卡损坏，更换板卡后正常。

结论:对于该缺陷，都是属于装置死机，该型号装置质量有待提高。

5.2 纵联保护装置通道故障或异常

现象:2013年10月12日远安220kV变电站220kV夷远一、二回保护装置发生过4次A、B通道中断告警，主要原因是光纤通道因施工被挖断造成，还有部分原因是光纤松动、或者沾满灰尘造成。

结论:要经常检查光纤接口、及落尘情况。

5.3 GOOSE断链、SV通道异常报警，可能造成保护不正确动作

现象:2013年11月19日远安220kV变电站监控后台发“110kV远城I回远114开关智能终端接收母差保护GOOSE断链”、“本操作箱运行异常”、“保护装置运行异常”，远114开关智能终端柜内总告警灯亮”，保护人员查看后发现属于远114开关智能组件柜背后GOOSE光纤损坏造成，更换后正常。

结论:光纤质量对装置影响很大，必须选择质量好的光纤。

5.4 对时系统异常

现象:2013年10月12日远安220kV变电站电力系统同步时钟第1、2块装置信号异常闪烁，同步时钟失步，厂家更换模块后正常。

结论:产品质量待提高。

5.5 过程层交换机故障

现象:2013年10月26日远安220kV变电站110kV网络交换机2本体模块故障，造成10kV远广线远113、远石线远114智能终端上发GO A/B告警，后台机上发接收合并单元GOOSE断链，接收智能终端GOOSE块1断链，接收智能终端GOOSE块2断链，接收智能终端GOOSE块3断链，更换交换机2模块后正常。

结论:产品质量待提高。

5.6 一体化电源系统监控模块故障或通信故障

现象:2013年12月22日远安220kV变电站一体化电源UPS装置报:“系统通讯故障 ”(UPS监控器装置型号:UJK2003C2，厂家:深圳奥特讯电力设备股份有限公司)，更换交换机2模块后正常。

结论:产品质量待提高。

5.7 智能控制柜内温控装置故障，影响保护装置正常运行

现象:远安220kV变电站智能控制柜的温湿度信号未上送至监控中心，监控中心无法监视智能组件柜的温度变化。据保护人员介绍，温、湿度的变化对于智能组件柜精密元件的影响还是比较大的。

结论:将智能温控柜内温度和湿度点表做进监控中心后台，设置温度告警上下限，由监控中心负责监视、运行人员负责定期维护。

6 智能变电站二次设备故障处理

上面讲到了智能变电站缺陷的分类和发现，那么最关键的是智能变电站缺陷的处理了，一个缺陷的处理是否合理、是否完善，会不会引发其他缺陷的出现。是关系到智能变电站二次设备能否稳定运行的关键。一个缺陷能不能将它控制在萌芽状态，是我们智能化工作努力的方向。

(1)保护装置故障处理。

保护装置故障时，应立即查明原因，并汇报调度。经调度同意后可重启装置一次，重启前应先退出保护GOOSE出口软压板，投入“装置检修状态”压板。重启后，若保护装置恢复正常，将保护恢复到跳闸状态，并将结果汇报调度;若保护装置不能恢复，将保护重启情况及当前状态汇报调度并通知检修单位，按调度指令调整保护运行方式。当保护GOOSE出口软压板不能操作时。可仅投入“装置检修状态”压板重启一次。

(2)智能终端故障处理。

智能终端故障时，应立即查明原因，并汇报凋度。经调度同意后可重启装置一次，重启前应先退出智能终端分合闸出口压板，投入“装置检修状态”压板。重启后，若智能终端恢复正常，退出“装置检修状态”压板，投入分合闸出口压板，并将结果汇报调度;若智能终端不能恢复，将重启情况及当前状态汇报调度并通知检修，按调度指令调整保护运行方式。智能终端故障，如GOOSE断链时，保护能记忆相关一次设备的状态，功能不受影响，此时严禁改变一次设备状态。

(3)交换机故障处理

交换机故障时，应立即查明原因，并汇报凋度。若检查确为交换机故障，经凋度许可后可重启一次，并将重启结果汇报调度。若重启后无法恢复，则按调度令调整保护运行方式，并通知检修单位。

(4)保护GOOSE逻辑错误

保护GOOSE逻辑错误，包括逻辑不全或者有寄生逻辑。在运行中如果出现此类错误则可能导致保护误发信号、误收报文，严重时会造成保误动、拒动。对于此类问题，首先应在验收或者检修时，严格把关，保证保护的每个GOOSE开入、开出回路都得到试验;如果在运行中发现该问题，在处理时要做好安全措施，必要时申请停用保护处理，修改GOOSE逻辑。

(5)合并单元异常

合并单元异常缺陷包括合并单元采样不同步、丢帧、不连续等。通过横向对比同一时间节点的合并单元采样报文，找出存在缺陷的合并单元，联合厂家对该合并单元的异常报文进行分析，找出异常报文产生的原因，通过更换合并单元或者升级程序予以解决。

(6)设计方造成的缺陷。

首先我们要重视图纸审查工作，工程开工前组织技术人员看图、审图，不走过场。设计人员要熟悉现场设计环境，装置功能。虚端子回路是设计的重点，不能流于形式，套用典型工程设计，应符合现场实际，特别是改造工程。

7 结论

综上所述，智能变电站的运行维护与常规变电站的存在很大不同，由于智能变电站推广时间较短，在长时间运行过后必然会暴露出许多问题，目前运行维护管理的模式现在还在一个探索阶段。作为运行单位必须加强新知识的培训，在日常运行维护中多总结积累，加快对新设备、新技术的消化和吸收，才能适应智能电网的发展。

［1］周小龙.智能变电站保护测控装置［J］.电力自动化设备，2012，30(8):128－132.

［2］王雷，孙晓飞.智能站与常规站二次系统主要技术差异［J］.东北电力技术，2012(2):45－46.

［3］肖志强，吴文斌，范运珍.智能变电站与常规变电站运行维护的几点关键区别［J］.华中电力，2012(2):45－46.

［4］李宏伟.应用于智能变电站的智能视觉系统［J］.电力自动化设备，2012，32(8):82－83.

［5］高东学，智全中，朱丽均，等.智能变电站保护配置方案研究［J］.电力系统保护与控制，2012(1):16－18.

［6］李锋，谢俊兰，金波，等.智能变电站继电保护配置的展望和探讨［J］.电力自动化设备，2012(2):21－25.

［7］李瑞生，李燕斌，周逢权.智能变电站功能架构及设计原则［J］.电力系统保护与控制，2010，32(3):41－46.

［8］李瑞生，李燕斌，周逢权，等.智能电网热点问题探讨［J］.电网技术，2009，33(18):9－16.