楊劍友，趙張磊，奚洪磊，周震宇，陳 剛

（國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司溫州供電公司，浙江 溫州 325000）

0 引言

以信息數(shù)字化為特征的智能變電站應(yīng)用，推動(dòng)了繼電保護(hù)技術(shù)革新，但智能變電站在運(yùn)行過(guò)程中暴露出一些問(wèn)題，需要進(jìn)一步解決完善。一是繼電保護(hù)速動(dòng)性降低。當(dāng)前220 kV及以下變電站依然采用經(jīng)合并單元采樣、智能終端跳閘的過(guò)渡方案，增加了中間處理環(huán)節(jié)，導(dǎo)致快速保護(hù)動(dòng)作時(shí)間延長(zhǎng)了5～10 ms。二是繼電保護(hù)可靠性降低。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，智能變電站保護(hù)及相關(guān)裝置平均缺陷率為1.901次/百臺(tái)·年，較同期常規(guī)站保護(hù)裝置缺陷率（1.167 次/百臺(tái)·年）高 62.90%[1-3]。

智能變電站SCD（變電站配置描述）文件描述全站一次、二次設(shè)備連接關(guān)系，一旦出錯(cuò)將直接影響繼電保護(hù)動(dòng)作的正確性。與保護(hù)無(wú)關(guān)的控制功能和信息功能變動(dòng)都需要對(duì)SCD文件進(jìn)行修改，客觀上增大了繼電保護(hù)不正確動(dòng)作的風(fēng)險(xiǎn)。智能變電站以光纜和軟件邏輯代替常規(guī)二次回路后，二次“虛回路”無(wú)法直觀可見(jiàn)，檢修隔離無(wú)明顯斷開(kāi)點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)工作安全風(fēng)險(xiǎn)增大[4]。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外二次設(shè)備廠商積極布局推進(jìn)就地化保護(hù)的調(diào)研、研制和測(cè)試等工作。取消合并單元及智能終端等中間環(huán)節(jié)，繼電保護(hù)裝置靠近一次設(shè)備安裝，就地電纜直采直跳的就地化保護(hù)方案，已成為解決上述問(wèn)題的有效途徑。

目前就地化保護(hù)裝置運(yùn)維檢修技術(shù)及管理經(jīng)驗(yàn)尚處于空白狀態(tài)，特別是無(wú)人值守模式推廣應(yīng)用后，就地化保護(hù)智能運(yùn)維管理模式可提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率，減少運(yùn)維成本，隨著就地化保護(hù)在新一代智能變電站中的推廣，適應(yīng)就地二次設(shè)備全新的運(yùn)維檢修模式的研究顯得迫在眉睫[5-8]。本文針對(duì)現(xiàn)階段智能變電站運(yùn)維檢修中存在的不足并結(jié)合就地化保護(hù)裝置的特點(diǎn)，給出了就地化保護(hù)智能運(yùn)維檢修技術(shù)方案。

1 常規(guī)運(yùn)維檢修模式

繼電保護(hù)是電網(wǎng)安全的重要屏障，繼電保護(hù)的失效將會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)故障的范圍擴(kuò)大，影響電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。因此，對(duì)變電站中繼電保護(hù)裝置及其二次回路進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)和定期維護(hù)是目前保證繼電保護(hù)設(shè)備可靠運(yùn)行的有效方式[9-11]。

由于智能變電站采用戶外安裝的過(guò)程層設(shè)備數(shù)量多、戶外防護(hù)等級(jí)低、光口多發(fā)熱量大，同時(shí)與繼電保護(hù)相關(guān)的二次回路均較為復(fù)雜，導(dǎo)致對(duì)其可靠性難以進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)。目前變電運(yùn)維人員需對(duì)設(shè)備插件溫度和戶外裝置空調(diào)系統(tǒng)開(kāi)展定期巡視與記錄。而檢修人員由于對(duì)繼電保護(hù)設(shè)備及其二次回路的可靠性無(wú)法進(jìn)行準(zhǔn)確的狀態(tài)評(píng)價(jià)，通常采用的是預(yù)防性計(jì)劃?rùn)z修，通過(guò)按照繼電保護(hù)檢驗(yàn)規(guī)程對(duì)繼電保護(hù)裝置及二次回路進(jìn)行檢修試驗(yàn)，以確保裝置元件完好、功能正常，確?；芈方泳€及定值正確[12-15]。但是到2018年，國(guó)家電網(wǎng)有限公司110 kV及以上的變電站數(shù)量已達(dá)到1.7萬(wàn)座，而相關(guān)的運(yùn)維檢修人員數(shù)量歷年來(lái)則基本保持在1萬(wàn)人左右，人均設(shè)備維護(hù)與定期檢修的工作量大，并且仍有逐年上升的趨勢(shì)。面對(duì)電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，對(duì)于維護(hù)站點(diǎn)數(shù)量多的單位，繼電保護(hù)人員的配置情況已不能滿足設(shè)備運(yùn)維檢修工作的需求，傳統(tǒng)運(yùn)維檢驗(yàn)?zāi)Ｊ焦ぷ髁看蟆⒐ぷ鲝?qiáng)度高也成為繼電保護(hù)設(shè)備運(yùn)維檢修過(guò)程中突出的問(wèn)題。

2 就地化保護(hù)方案及其特點(diǎn)

采用就地化保護(hù)的智能變電站有別于由戶內(nèi)保護(hù)裝置和戶外合并單元、智能終端組成的傳統(tǒng)智能變電站，其保護(hù)裝置貼近一次設(shè)備，采用無(wú)防護(hù)安裝方式。交流采樣和開(kāi)入開(kāi)出等信息均采用電纜傳輸，而跨間隔、跨裝置間的信息（如啟動(dòng)失靈、啟動(dòng)遠(yuǎn)方跳閘和閉鎖重合閘等）采用過(guò)程層保護(hù)專網(wǎng)進(jìn)行GOOSE（面向通用對(duì)象的變電站事件）信息傳輸?，F(xiàn)場(chǎng)裝置均無(wú)液晶面板，通過(guò)保護(hù)專網(wǎng)將裝置信息上送至智能管理單元，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息處理與分析。以220 kV全類型就地化保護(hù)組網(wǎng)為例（如圖1所示），包含線路保護(hù)、主變壓器保護(hù)、母線差動(dòng)保護(hù)、智能管理單元、過(guò)程層隔離裝置各2套，構(gòu)成保護(hù)裝置和保護(hù)專網(wǎng)雙重化配置。其中第一套保護(hù)裝置接入保護(hù)專網(wǎng)A1和A2。A1和A2保護(hù)專網(wǎng)負(fù)責(zé)將SV（采樣值）、GOOSE和MMS（制造報(bào)文系統(tǒng)）信息傳輸至第一套管理單元。保護(hù)專網(wǎng)A1與保護(hù)專網(wǎng)B1間的跨網(wǎng)信息（如閉鎖重合閘）通過(guò)過(guò)程層隔離裝置進(jìn)行傳遞。

圖1 220 kV全類型就地化保護(hù)結(jié)構(gòu)示意

3 就地化保護(hù)智能運(yùn)檢方案

根據(jù)就地化保護(hù)的接口標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，體積小便于更換和保護(hù)專網(wǎng)信息集中上送等特點(diǎn)，在日常的設(shè)備巡檢和維護(hù)時(shí)，可實(shí)現(xiàn)集中式設(shè)備信息查看、智能化設(shè)備故障診斷與狀態(tài)評(píng)估的全新運(yùn)維模式。當(dāng)裝置需要例行測(cè)試和緊急消缺時(shí)，可實(shí)現(xiàn)“工廠化智能調(diào)試+更換式快速檢修”的全新檢修方案。

3.1 智能化運(yùn)維模式

3.1.1 智能診斷分析

就地化保護(hù)裝置現(xiàn)場(chǎng)為無(wú)液晶設(shè)計(jì)，相關(guān)保護(hù)裝置信息已通過(guò)保護(hù)專網(wǎng)統(tǒng)一上送至智能管理單元。由于各信息均集成于一處，可大幅提高運(yùn)維人員的設(shè)備巡視效率。設(shè)備日常巡視時(shí)，可在管理單元完成設(shè)備異常信息（硬件故障、通道故障、板件溫度告警）查看、裝置定值核對(duì)以及采樣值和差流的檢查。除了以上對(duì)設(shè)備信息的基礎(chǔ)監(jiān)測(cè)功能外，智能管理單元還可實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)就地化保護(hù)的故障智能診斷和狀態(tài)評(píng)測(cè)：

（1）根據(jù)裝置的告警信息、監(jiān)測(cè)信息及其它巡檢信息對(duì)裝置硬件的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估，并根據(jù)監(jiān)測(cè)信息的統(tǒng)計(jì)變化趨勢(shì)進(jìn)行故障預(yù)警。

（2）根據(jù)裝置上送的各板件溫度，可實(shí)現(xiàn)溫度歷史數(shù)據(jù)查詢和數(shù)據(jù)變化曲線動(dòng)態(tài)展示，通過(guò)設(shè)置溫度預(yù)警值，實(shí)現(xiàn)裝置溫度的越限告警。

（3）電源電壓的越限告警和歷史數(shù)據(jù)查詢，變化曲線動(dòng)態(tài)展示。

（4）裝置過(guò)程層保護(hù)專網(wǎng)、裝置環(huán)網(wǎng)的端口發(fā)送/接收光強(qiáng)和光纖縱聯(lián)通道光強(qiáng)的越限告警和歷史數(shù)據(jù)查詢功能。

（5）裝置差動(dòng)電流的越限告警和歷史數(shù)據(jù)查詢功能。

（6）現(xiàn)場(chǎng)一次、二次設(shè)備同源多數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，實(shí)現(xiàn)雙重化開(kāi)入信息不一致監(jiān)測(cè)；雙AD（模擬-數(shù)字）輸入信息不一致監(jiān)測(cè)；自診斷功能配置一致性監(jiān)測(cè)的對(duì)象，可實(shí)現(xiàn)告警信息點(diǎn)、告警級(jí)別、告警方式的正確性判斷，并按分類、分級(jí)進(jìn)行告警和可視化展示。

（7）依據(jù)保護(hù)輸出的中間節(jié)點(diǎn)信息，結(jié)合站內(nèi)其他信息，對(duì)保護(hù)隱性故障進(jìn)行智能診斷分析，并給出評(píng)估數(shù)據(jù)和處理意見(jiàn)。

綜上所述，以就地化保護(hù)為基礎(chǔ)，智能管理單元為平臺(tái)，構(gòu)建的設(shè)備故障智能診斷和狀態(tài)評(píng)測(cè)系統(tǒng)，可充分挖掘設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)及歷史數(shù)據(jù)。通過(guò)對(duì)模擬量、開(kāi)入量、開(kāi)出量的同源數(shù)據(jù)進(jìn)行在線實(shí)時(shí)比較，并結(jié)合設(shè)備歷史數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，可定期生成就地化保護(hù)裝置的運(yùn)行狀態(tài)綜合評(píng)價(jià)報(bào)告，為運(yùn)檢人員制定設(shè)備巡視和檢修計(jì)劃提供數(shù)據(jù)支撐。在裝置發(fā)生故障時(shí)，可依托該系統(tǒng)進(jìn)行分析判斷將故障點(diǎn)快速定位至板件級(jí)。

3.1.2 防誤操作校核

在就地化保護(hù)運(yùn)行期間，需要通過(guò)智能管理單元對(duì)現(xiàn)場(chǎng)裝置進(jìn)行修改定值、切換定值區(qū)、投退軟壓板、一鍵式備份、一鍵式下裝等控制類操作。因此，智能管理單元需要對(duì)相關(guān)操作進(jìn)行防止誤操作的校核，其主要通過(guò)裝置身份校核和主動(dòng)式綜合防誤檢測(cè)完成。

裝置身份校驗(yàn)系統(tǒng)如圖2所示，以運(yùn)維人員專用的射頻卡（或UKey）為媒介，可將需要操作設(shè)備的身份識(shí)別代碼通過(guò)電子口令卡管理單元寫入其中。在智能管理單元上進(jìn)行控制操作時(shí)，將自動(dòng)比對(duì)系統(tǒng)中保存的該設(shè)備身份信息和射頻卡中讀取的身份信息，如一致方可允許繼續(xù)操作，否則立即告警并禁止操作。該身份校驗(yàn)系統(tǒng)具有運(yùn)維人員操作權(quán)限和設(shè)備一致性的雙重校驗(yàn)，可有效降低運(yùn)維人員誤操作的可能性。

圖2 身份校驗(yàn)系統(tǒng)

主動(dòng)式綜合防誤檢測(cè)根據(jù)智能管理單元的功能劃分，僅對(duì)相關(guān)的二次設(shè)備操作進(jìn)行防誤操作判斷。其相關(guān)判斷邏輯如下：

（1）一次系統(tǒng)運(yùn)行判斷，如退出主變保護(hù)裝置低壓側(cè)子機(jī)的功能壓板時(shí)，主變低壓側(cè)斷路器應(yīng)分位，且低壓側(cè)電流采樣值為0，避免低壓側(cè)運(yùn)行時(shí)誤退主變保護(hù)低壓側(cè)子機(jī)的相關(guān)功能。其他如母差保護(hù)退間隔GOOSE接受軟壓板和間隔保護(hù)退GOOSE發(fā)送軟壓板均需要進(jìn)行對(duì)應(yīng)間隔一次狀態(tài)的判斷。

（2）特殊功能的防誤邏輯判斷，如進(jìn)行不停電傳動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)可比對(duì)實(shí)時(shí)負(fù)荷，防止重負(fù)荷時(shí)進(jìn)行傳動(dòng)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定造成影響，同時(shí)對(duì)控制回路和閉鎖重合閘等重要告警信號(hào)進(jìn)行核對(duì)，確認(rèn)無(wú)異常后，方可進(jìn)行不停電傳動(dòng)使能壓板的操作。

3.2 更換式檢修方案

就地化保護(hù)在運(yùn)行期間發(fā)生故障時(shí)，其主要采取以下的檢修模式可分為以下幾步（如圖3所示）：在調(diào)試檢修中心預(yù)先完成裝置的一鍵配置和測(cè)試；到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后進(jìn)行裝置整機(jī)更換；裝置投運(yùn)后進(jìn)行不停電傳動(dòng)；最后完成自動(dòng)帶負(fù)荷試驗(yàn)。

圖3 就地化保護(hù)檢修流程

3.2.1 一鍵配置和測(cè)試

就地化保護(hù)工廠化調(diào)試檢修中心配置了保護(hù)檢測(cè)平臺(tái)，其具有就地化保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)航插接口，免接線，使用方便快捷，可對(duì)不同類型的就地化保護(hù)進(jìn)行交流采集功能、遙信、保護(hù)功能、通信功能、校時(shí)功能自動(dòng)測(cè)試和裝置配置文件的一鍵式下裝。該測(cè)試平臺(tái)檢測(cè)方案靈活，可對(duì)單臺(tái)裝置進(jìn)行測(cè)試、也可多臺(tái)裝置進(jìn)行并行測(cè)試。測(cè)試過(guò)程自動(dòng)化程度高，相關(guān)功能測(cè)試均可一鍵完成，并自動(dòng)生成測(cè)試報(bào)告，可極大地提高就地化保護(hù)裝置的測(cè)試效率。

3.2.2 現(xiàn)場(chǎng)裝置整機(jī)更換

保護(hù)裝置采用在就地化端子箱側(cè)壁安裝的方式，并通過(guò)航空插連接端子排與裝置。更換前需首先斷開(kāi)航空插的連接。航空插為標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，在特殊情況時(shí)可實(shí)現(xiàn)不同廠家間裝置的快速更換。在拆卸航空插時(shí)，通過(guò)特殊的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)電流回路頭尾自動(dòng)短接，為更換過(guò)程提供安全保障；同時(shí)，其外觀采用不同色帶和容錯(cuò)鍵位的技術(shù)防誤設(shè)計(jì)，有效降低現(xiàn)場(chǎng)檢修人員“誤接線”的風(fēng)險(xiǎn)。裝置整機(jī)在安裝時(shí)，采用“先掛后擰”的步驟（如圖4所示）：首先將裝置通過(guò)螺絲緊固在掛板上；然后將掛板通過(guò)卡扣固定在背板上；最后用螺絲將掛板與背板固定。

圖4 就地化保護(hù)裝置掛件結(jié)構(gòu)

該安裝方法方便操作，可滿足現(xiàn)場(chǎng)安裝及檢修單人更換作業(yè)的需求。

3.2.3 不停電傳動(dòng)

在現(xiàn)場(chǎng)裝置更換完成投運(yùn)后，為驗(yàn)證該裝置出口回路的正確性，可進(jìn)行不停電傳動(dòng)試驗(yàn)。在智能管理單元處，進(jìn)入對(duì)應(yīng)裝置的不停電傳動(dòng)界面，在不能影響保護(hù)裝置原有邏輯與功能的前提下，裝置按相發(fā)出短時(shí)跳閘命令，并結(jié)合裝置的重合閘功能，快速恢復(fù)該間隔供電。如遇下列情況，裝置將自動(dòng)閉鎖不停電傳動(dòng)功能：保護(hù)裝置遇到PT斷線、CT斷線、通道異常等任何告警；系統(tǒng)發(fā)生擾動(dòng)導(dǎo)致保護(hù)啟動(dòng)；連續(xù)進(jìn)行傳動(dòng)操作，間隔時(shí)間小于1 min；在重合閘選擇“停用”方式或者重合閘處于放電狀態(tài)。

3.2.4 帶負(fù)荷試驗(yàn)

對(duì)于停電更換僅進(jìn)行過(guò)一次設(shè)備通流通壓試驗(yàn)的保護(hù)裝置和緊急消缺不停電更換的保護(hù)裝置，需通過(guò)智能管理單元進(jìn)行自動(dòng)帶負(fù)荷試驗(yàn)檢驗(yàn)其電壓電流回路的正確性。該試驗(yàn)?zāi)K可顯示所需間隔的三相電壓、電流的幅值、相位，并以功角關(guān)系法原理圖形式顯示，通過(guò)程序內(nèi)部判斷CT和PT變比、CT相序、極性的正確性，給出試驗(yàn)結(jié)論。

3.2.5 實(shí)際更換案列

某線路保護(hù)報(bào)通信故障，智能管理單元設(shè)備運(yùn)維診斷系統(tǒng)判斷為裝置CPU模塊損壞，需要進(jìn)行整機(jī)更換，其整過(guò)處理過(guò)程及耗時(shí)如表1所示。而原智能變電站和常規(guī)站的保護(hù)，現(xiàn)場(chǎng)采用更換插件的消缺方案，處理完成后，需根據(jù)所更換的插件類型進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，如通流通壓試驗(yàn)，保護(hù)邏輯試驗(yàn)、傳動(dòng)試驗(yàn)、帶負(fù)荷試驗(yàn)等，其整體耗時(shí)在3 h。而采用“工廠智能調(diào)試+更換式快速檢修”的全新檢修方案，現(xiàn)場(chǎng)更換和調(diào)試時(shí)間可控制在1 h以內(nèi)，大幅提高檢修效率，縮減停電時(shí)間，保證電網(wǎng)的可靠運(yùn)行[16]。

表1 處理過(guò)程及耗時(shí)

4 結(jié)語(yǔ)

采用就地化保護(hù)的智能變電站可真正實(shí)現(xiàn)保護(hù)裝置相關(guān)信息集中式查看，設(shè)備狀態(tài)智能診斷，工廠化智能測(cè)試，現(xiàn)場(chǎng)更換式快速檢修的全新運(yùn)維檢修模式。但是智能管理單元操作界面仍較為復(fù)雜，需進(jìn)一步簡(jiǎn)化操作步驟，從而降低運(yùn)維難度和學(xué)習(xí)門檻；就地化二次設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)檢修，如何在戶外嚴(yán)苛的自然環(huán)境（如下雨或冰雪天）下快速準(zhǔn)確完成，仍需在后續(xù)的運(yùn)維檢修方案中完善[17]。