面向智能变电站的检修安措管控机制

赵俊★ 方国权

（国网江苏省电力有限公司超高压分公司，江苏 南京 211100）

0 引言

随着智能电网的不断发展，智能变电站在电网中得到了广泛的应用。在近年来的工程实践中，智能变电站投运数量日益增加，其二次系统检修方面由于设备数量多、管理难度大、二次回路不直观等因素导致的故障时有发生，给电网的安全稳定运行带来挑战[1]。因此，针对现阶段智能变电站二次系统检修中存在的问题和隐患，亟待采用面向智能变电站的检修安措管控机制，改善二次设备检修现状，保障智能变电站的安全运行。

1 面向智能变电站的检修安措管控机制

相比于传统的变电站，智能变电站在二次系统中加入合并单元、智能终端以及大量交换机[2]，二次系统结构更加复杂，设备参数、网络连接、二次回路连接以及端子连接全部集成于全站SCD文件中，二次回路中信息不可见[3]，电缆接线被光纤取代，装置硬压板功能由装置内部软压板实现，因此智能站检修二次安措最大特点就是电气上没有明显的断开点[4]，编写以及执行安措时容易考虑不周从而影响运行设备。基于以上特点，本文从安措生成、安措校核、安措可视化三个角度出发，提出一种面向智能变电站的检修安措管控机制。在该机制中首先基于检修安措规则，采用统一的形式化语言通过检修场景分解再组合的方式实现安措生成；接着建立安措校核静态模型逐步对安措执行进行校核，最后基于可视化技术展示二次安措后的智能变电站的物理连接、二次回路以及压板投退状态。在该机制中，生成可靠、正确的检修安措是核心，而安措校核和可视化可以作为保证安全性和正确性的两道防线，在安措校核中计算机通过仿真预演自动地检测出错误的安措执行步骤，在最后的可视化阶段，二次专业人员则可以从全局视角对安措进行直观检查，以进一步提高检修工作的安全性和可靠性。

2 安措生成技术

智能变电站二次安措对象包括软压板、硬压板以及光纤等，安措隔离目的在于保证正常运行设备不受检修工作影响。由计算机生成安措不仅要考虑当前智能变电站的运行状态，还必须满足一系列检修安措规则。

2.1 检修安措规则

检修安措规则包含基本规则和装置规则，其中前者是安措生成时必须遵守的，是在电力系统正常运行的一般性安全约束基础上更具体更严格的描述[5]，具体如下所述：

（1）一次设备不可以在无保护状态运行，当进行保护检修等工作时，应该停役一次设备；

（2）检修设备应与正常运行设备隔离开，检修任务和检修对象一旦确定，检修操作需在安措隔离操作后再执行；

（3）当保护设备启动或停止时，保护系统处于正常状态，不具备出口跳闸能力，其中保护系统正常状态是指系统输入输出和控制信号输入输出处于正常工作状态；

（4）减少不必要的检修计划，从维修设备到操作设备的信号需要隔离，但从操作设备到维修设备的信号不需要隔离。

2.2 基于形式化描述的安措生成

常规变电站的检修安措常用的方法为自然语言描述法，无法利用计算机对其进行处理。在智能变电站体系中，考虑到其自动生成检修安措等过程对计算机的依赖性，应该利用计算机语言对其安措策略进行描述。因此设计一种形式化描述结构，在此基础上的安措策略描述如图1所示。

图1 安措形式化描述结构

其中，Bay表示操作间隔信息；Task表示检修任务；Operation表示检修操作过程，其属性及属性说明见表1。

表1 基于形式化描述的安措属性说明

安措生成以检修安措基本规则为依据，同时也应该考虑智能变电站对象的状态，包括其本身是否处于运行、检修或停用状态，所在一次间隔是否正常运行。基于智能变电站多种一、二次设备模型和状态的基础上生成形式化描述的安措应使其尽量适用于所有工作场景。实际上，通过对复杂的检修工作场景进行分解，可以将其拆解成多个针对具体装置的安措执行任务，因此首先基于检修安措规则采用形式化语言生成的面向具体装置的安措形式描述结构，再将这些结构进行组合，就可以涵盖智能变电站的绝大部分的检修安措场景。

3 安措校核技术

采用统一的计算机语言生成面向具体装置的安措形式描述结构，再通过组合这些描述结构的方式可以生成面向实际场景的二次检修安措。在二次安措生成后应对其进行校核，安措校核是对安措步骤进行仿真预演，用于在安措执行前，保证执行中的各项操作不会对正常运行的设备造成不利影响。

3.1 安措校核静态模型

安措校核的关键是建立安措校核的静态模型，该静态模型应包含安措执行前智能变电站内各装置的信息交互关系，考虑到智能站内的信息交互，在工程实践中一般从以下三个角度展开[6]。

3.1.1 GOOSE/SV 接收订阅关系

GOOSE/SV报文作为智能变电站中的实现保护功能的通信载体，其订阅关系展示了站内二次虚回路连接状态，SCD文件中包含GOOSE/SV接收订阅关系。

3.1.2 设备的输出和输入软压板开断关系

基于GOOSE/SV网络，软压板在软件层面上控制二次虚回路的通信通道。若数据由二次设备i输出到二次设备j无传输通路，则SCD模型中对应的二次设备i的输出软压板和二次设备j的输入软压板也是退出的。

3.1.3 物理连接关系

SCD中二次虚回路连接与否也取决于光纤连接通道。二次虚回路在物理层面必须以光纤作为载体。

基于上述分析，以上3种表征智能变电站的设备通信交互的方式可以建模为3种静态描述文件SCD、ICD和SPCD。其中，SCD文件描述报文订阅关系、ICD文件对应软压板状态，SPCD文件对应光纤连接状态。

3.2 安措校核方法

在构建安措校核静态模型后，可逐步进行安措校核。需要注意的是安措校核也需在满足检修安措规则的前提下进行，结合基于形式化描述结构生成的安措信息，安措校核步骤可以具体描述为：

步骤一、基于三类文件建立安措校核静态仿真模型；

步骤二、在安措操作之前，利用在线监测设备获得安措对象的位置信息、站内所有一二次设备状态信息，预演安措装置的初始状态；

步骤三、统一用计算机语言形式化描述安措票信息，并通过计算机读取安措票，修改安措对象的运行状态，完成安措票的预演；

步骤四、计算机读取检修任务，并确定检修设备集；

步骤五、针对检修设备，在仿真中依次添加对应检修特征信号，并检验其他正常运行的设备是否无法收到该信号，若有运行设备收到信号则校核暂停；

步骤六、校核过程结束，验证正常运行设备和检修对象的隔离情况是否满足工作要求。

4 面向安措的可视化技术

智能变电站基于SCD文件，二次系统内部信息不透明，给检修安措工作带来困难[7]。基于智能变电站二次系统“隐含不可见”的特点，结合国家电网公司对智能变电站安措提出的意见，在安措自动生成及校核后还应对执行安措后的二次回路、软压板等信息进行可视化，以供检修人员再次进行全局检查，进一步提高二次安措工作的安全性和可靠性。在实现可视化时应在智能变电站整体结构可视化的基础上重点实现二次回路的状态可视化。

4.1 智能变电站整体结构可视化

基于“图实相符”技术，通过一、二次建模构建一次设备与二次设备的模型对应关系，以单线图的形式对智能变电站整体结构进行可视化处理，涵盖站内所有一、二次设备，使其在任何保护出现状态变化时，可以提示运维人员进行处理。

（1）变电站网络图。通过构建过程层交换机、IED通信端口、联接光缆模型，实现变电站基于交换机的IED物理联接方式可视化，可以实时观测数据通信状态。

（2）间隔物理联接图。考虑到“分间隔建设和运维”是国内交流变电站的重要特征之一，因此需针对实际间隔进行可视化应用，通过图模映射技术生成线路间隔物理联接图、母线间隔物理联接图以及变压器间隔物理联接图等。其不仅可以表征间隔的联接关系，也可以对间隔内二次设备的联接情况进行展示。通过将物理联接转化为逻辑链路，再与功能回路一一对应，可以使间隔物理联接图上对应光纤内部所涵盖的链路及数据通信报文。

4.2 二次回路状态可视化

4.2.1 保护二次回路可视化

保护二次回路图的重要性不仅在于可以协助工作人员进行保护系统的动作分析，而且以此为基础的无差错试验用以检查现场接线是否规范。保护装置本身作为保护二次原理图可视化应用的核心，加之完整地将控制回路、启动（闭锁）回路、交流环节等在工作界面展示，可以规避IEC61850带来的复杂性。

4.2.2 功能压板状态可视化

功能压板状态的可视化应用包含4种类型：（1）输入/输出回路软压板，为过程层GOOSE建模范畴；（2）保护功能压板；（3）检修压板；（4）跳合闸回路硬压板，后3种均为站控层MMS建模范畴。以上多种类型压板状态变化均可以通过图模映射技术展示。

4.2.3 GOOSE 软压板状态可视化

在SCD模型文件中补充软压板模型以便实现GOOSE软压板状态可视化，其作用在于当智能变电站执行安措后软压板投入或退出时，可视化对应改变其软压板状态。例如，分别用绿色和红色表示软压板的投入和退出，则指示标记由红色变成绿色表示该软压板投入，反之表示软压板退出。

5 结语

综上所述，相比于常规变电站，智能变电站由于其二次系统“隐含不可见”的特点，在对其进行检修安措执行时更容易出现问题。因此本文提出一种面向智能变电站的检修安措管控机制，由计算机自动实现安措生成和安措校核，检修人员通过可视化技术对安措再次进行全局的、直观的检查。通过该管控机制，智能变电站检修安措工作的安全性、可靠性能得到进一步加强。