劉晟宇（國家能源集團大渡河流域生產(chǎn)指揮中心，四川 成都 610041）

0 引言

猴子巖水電站位于四川省甘孜州康定市境內(nèi)，是大渡河干流水電規(guī)劃28級開發(fā)方案中第10個梯級電站。電站總裝機容量170kW·h(4臺42.5萬kW)，年設(shè)計發(fā)電量70億kW·h，工程總投資192億元，具有季調(diào)節(jié)性能，是國家及四川“十三五”規(guī)劃建設(shè)的重大工程，也是大渡河流域首座開關(guān)站為智能站的大型水電站。

猴子巖地面500kV GIS開關(guān)站選用的是河南平高電氣公司的GIS設(shè)備，主接線采用三串4/3接線方式，出5回500kV 線路，至丹巴變電站500kV 變2回線路，至康定變電站500kV 變3回，4個發(fā)變組間隔，聯(lián)合組成3個完整開關(guān)串。500kV GIS設(shè)備主要由2個部分構(gòu)成:一是猴子巖地面廠房500kV GIS開關(guān)站及站內(nèi)相關(guān)設(shè)備；二是猴子巖地下廠房內(nèi)4臺主變壓器高壓側(cè)與高壓交聯(lián)聚乙烯電纜之間的GIS連接線。猴子巖500kV智能開關(guān)站2016年10月投產(chǎn)，作為四川省首座已投產(chǎn)智能開關(guān)站，多年安全穩(wěn)定運行，該文對智能開關(guān)站結(jié)構(gòu)及主要設(shè)備進行簡要介紹，并提出智能開關(guān)站的日常運行維護及典型事故故障處理方法。

1 常規(guī)開關(guān)站于智能開關(guān)站優(yōu)缺點分析

1.1 常規(guī)開關(guān)站

常規(guī)開關(guān)站涵蓋了繼電保護裝置、監(jiān)控系統(tǒng) LCU、故障錄波器、電能量采集等系統(tǒng)，系統(tǒng)與系統(tǒng)相互獨立，其間的通信線路重復(fù)配置，二次接線駁雜， 建設(shè)成本高。常規(guī)開關(guān)站自動化結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，需要依賴信號電纜來進行信息傳輸，當設(shè)備需要升級改造時，就需要更改大量的接線電纜，將花費大量的人力物力，并且電纜連接的可靠性不高，設(shè)備在日常維護時工作難度大、工作量大。常規(guī)開關(guān)站設(shè)備間通信規(guī)約無法統(tǒng)一，不同廠家設(shè)備間數(shù)據(jù)通信需要轉(zhuǎn)換，產(chǎn)品替代新差，增加用戶負擔。

1.2 智能開關(guān)站

智能開關(guān)站采用先進、可靠、集成的智能設(shè)備，以全站信息數(shù)字化、通信平臺網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標準化為基本要求，自動實現(xiàn)信息收集、電氣信號的測量、設(shè)備的控制、繼電保護、電能量計量和設(shè)備在線監(jiān)測等功能，并可實現(xiàn)電網(wǎng)電氣信息實時智能控制調(diào)節(jié)、自動計算分析、協(xié)同共享等智能功能的開關(guān)站。

猴子巖500kV智能開關(guān)站遵循 IEC61850通信規(guī)約，進行合理信息分層組件，通過 MMS、GOOSE 網(wǎng)實現(xiàn)智能終端裝置、電力系統(tǒng)繼電保護、測控裝置與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)互通，實現(xiàn)開關(guān)站智能化功能。

2 猴子巖智能開關(guān)站網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

2.1 智能開關(guān)站功能分層

智能變電站根據(jù)相關(guān)規(guī)劃，從邏輯上將變電站按照功能分解為3個層級，一是過程層、二是間隔層、三是站控層[1]。在變電站層和間隔層之間的網(wǎng)絡(luò)采用抽象通信服務(wù)接口映射到制造報文規(guī)范(MMS)。

過程層用光纖代替了傳統(tǒng)電纜傳輸一次設(shè)備位置信號、告警信號。通過特有的GOOSE網(wǎng)。

保護測控裝置通過裝置本身的通信網(wǎng)口接入間隔層網(wǎng)絡(luò)，再經(jīng)過LC級聯(lián)的方式與站控層的交換機組網(wǎng)，形成MMS網(wǎng)絡(luò)。站控層通過PCS-9799C數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)機進行61850規(guī)約轉(zhuǎn)換與智深水電監(jiān)控后臺通信。傳統(tǒng)開關(guān)站與智能開關(guān)站對比結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 傳統(tǒng)開關(guān)站與智能開關(guān)站結(jié)構(gòu)圖

傳統(tǒng)開關(guān)站與智能開關(guān)站優(yōu)缺點結(jié)構(gòu)對比：1）傳統(tǒng)開關(guān)站回路設(shè)計復(fù)雜，一次設(shè)備、互感器與保護、測控裝置之間使用電纜傳輸信息，傳輸信息量少，并且抗電磁干擾能力弱，變電站內(nèi)存在大量電纜接線，給維護、改造帶來很大困難。智能站要簡化回路設(shè)計、節(jié)約投資智能站各層設(shè)備間使用光纖通信， 傳輸信息量大、抗干擾能力強。采用光纖節(jié)省大量空間及電纜， 節(jié)約建設(shè)成本。2）智能開關(guān)站設(shè)備數(shù)字化、二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)據(jù)平臺標準化。傳統(tǒng)站存在多套系統(tǒng)，每套系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集的要求不一致，大量設(shè)備都有數(shù)據(jù)采集單元，采集資源重復(fù)，保護、測控、故錄、計量都有自己的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。智能站一次設(shè)備為全數(shù)字化輸出的電子互感器和智能開關(guān)，統(tǒng)一數(shù)據(jù)采集，信息共享，節(jié)約資源。二次設(shè)備對上和對下聯(lián)系均通過高速網(wǎng)絡(luò)通信；傳統(tǒng)開關(guān)站通信標準多、雜亂，數(shù)據(jù)傳輸準確率不高，智能站所有設(shè)備統(tǒng)一采用IEC61850標準，實現(xiàn)設(shè)備之間的互操作性。

2.2 過程層

過程層設(shè)備包括主變壓器、隔離開關(guān)、斷路器、電流互感器、電壓互感器等一次設(shè)備及其所屬的智能終端和合并單元（MU）。其中智能終端裝置采集斷路器、刀閘位置信號上傳給間隔層設(shè)備，同時收到間隔層設(shè)備的下傳信號進行斷路器分合閘操作。過程層網(wǎng)絡(luò)配備有母線過程層交換機柜，GOOSE網(wǎng)交換機柜。

2.3 間隔層

間隔層設(shè)備包括繼電保護及安全自動裝置、測控裝置、故障錄波、同步相量裝置、行波測距、電能量采集裝置、在線監(jiān)測設(shè)備等，實現(xiàn)間隔層數(shù)據(jù)互通并且還可以控制該間隔層一次設(shè)備。其中測控裝置與站控層設(shè)備直接通信，支持通過GOOSE報文實現(xiàn)間隔層“五防”聯(lián)閉鎖功能，支持通過GOOSE報文下行實現(xiàn)設(shè)備操作。

2.4 站控層

站控層設(shè)備包括監(jiān)控系統(tǒng)上位機主機及工作站、全站控制、數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)機、遠傳遠動系統(tǒng)、北斗及GPS對時系統(tǒng)等，實現(xiàn)全站設(shè)備的信號監(jiān)控、系統(tǒng)控制、光字信號及信息互通功能，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和監(jiān)視控制(SCADA)、設(shè)備動作解閉鎖、電氣設(shè)備五防以及PMU信號采集、電氣量采集、保護動作管理、順序控制等相關(guān)功能[2]。

3 猴子巖智能開關(guān)站運維方式

3.1 功能壓板

傳統(tǒng)電站繼電保護屏保護功能采用的是“物理硬壓板”，而新一代智能開關(guān)站監(jiān)控系統(tǒng)界面采用的是“電子軟壓板”。以往在進行設(shè)備停送電、停用相關(guān)保護功能時，運行人員需要在保護屏上通過人工擰壓板螺栓來實現(xiàn)壓板連接斷開操作，實現(xiàn)了軟板，可在計算機室監(jiān)控畫面上進行操作，大大提高了工作效率和操作準確性。

3.2 壓板投退

保護屏上的分、合閘壓板集成到后臺監(jiān)控系統(tǒng)界面上命名為GOOSE跳、合閘壓板，保護信號跳、合閘命令發(fā)送到智能匯控柜跳、合閘壓板來實現(xiàn)分合閘功能。智能終端柜配備的跳合閘硬壓板為公共分合閘出口壓板，其要求是僅在相關(guān)間隔全部一次設(shè)備轉(zhuǎn)檢修時或智能操作裝置故障時停用，平時保護功能正常投退只退出相關(guān)軟壓板、GOOSE出口合閘跳閘、啟動失靈等軟壓板。

3.3 檢修狀態(tài)壓板

設(shè)置檢修狀態(tài)壓板作用是屏蔽裝置的故障動作信息，不與站控層互通。智能變電站檢修過程中防止發(fā)生誤分合閘事故，在保護系統(tǒng)、測控裝置、智能操作箱都配置了檢修態(tài)硬壓板。檢修硬壓板原理：投入裝置檢修壓板，在其網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)嵌入了相關(guān)檢修標記，裝置的狀態(tài)識別此標記。例如：保護裝置檢修壓板投入，智能操作箱為正常狀態(tài)，當保護裝置發(fā)分閘命令后，開關(guān)不動作跳閘，因智能操作箱的檢修壓板投入，二者狀態(tài)不對應(yīng)則不能發(fā)信跳閘[3]。

4 智能開關(guān)站巡視檢查項目標準和運行注意事項

猴子巖智能開關(guān)站投運至今運行安全平穩(wěn)，無設(shè)備事故發(fā)生，結(jié)合電站日常運行規(guī)定制定出基本巡回檢查標準，說明智能站運行中注意事項。

4.1 巡視檢查

智能開關(guān)站每天至少巡視檢查1次。巡視檢查主要內(nèi)容是對運行中的智能開關(guān)站相關(guān)設(shè)備外觀檢查，如有異常情況做好記錄，并根據(jù)異常情況的性質(zhì)等級要求按規(guī)定上報并處理，如下所述。

4.1.1 定期工作

為保證智能站系統(tǒng)運行正常，須定期進行檢查維護工作。1）定時巡視智能站各二次設(shè)備及其網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，每班至少巡視一次。2）交接班時應(yīng)對智能站后臺監(jiān)控主畫面、設(shè)備報警一覽表、事件一覽表等畫面進行檢查。3）運行人員應(yīng)定期對數(shù)字化保護裝置進行采樣值檢查和時鐘校對，每月一次。

4.1.2 巡檢項目

為維持設(shè)備的原有性能，對設(shè)備進行巡回檢查，在早期發(fā)現(xiàn)設(shè)備的隱患和缺陷。1）智能站后臺主機、主交換機工作是否正常，是否有故障信號報警。2）設(shè)備報警一覽表是否顯示有繼電保護裝置、高周安穩(wěn)新的動作報告。3）各子交換機、數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)機工作是否正常，是否有故障信號報警。4）檢查各保護屏柜后打印紙是否充足、油墨是否用盡，打印字跡是否清晰。5）檢查各斷路器智能終端無報警、GOOSE斷鏈信息，位置指示燈指示的相應(yīng)開關(guān)位置與實際開關(guān)位置一致。6）檢查各斷路器智能測控裝置無地隔刀失電、氣室壓力報警、PT失電等報警信號。7）查看各測控裝置指示燈正常，觸摸屏無花屏、數(shù)據(jù)顯示正常、無報警。8）查看各屏內(nèi)設(shè)備，各切換開關(guān)、壓板在正確位置。9）檢查裝置無異味、異音；各保護盤柜門關(guān)閉良好，電纜孔封堵嚴密。10）檢查各層網(wǎng)絡(luò)交換機柜內(nèi)散熱風機電源空開合閘或在再投入，風機運行正常。11）檢查各屏盤內(nèi)光纖連接無異常，光纖盒無松動。

4.2 運行注意事項

為確保設(shè)備可靠使用及人員的安全，在使用和維護時需要遵守如下幾點。1）在保護裝置、智能終端、測控裝置及其二次回路上進行檢修維護工作前，運行值班人員應(yīng)按工作票的措施要求與實際情況做好安全措施；凡可能引起保護裝置誤動的一切工作，運行值班人員必須采取防止保護裝置誤動的有效措施。2）某一斷路器停電檢修時，該斷路器所在間隔匯控柜內(nèi)智能測控裝置“檢修壓板”不得隨意投入。3）單套配置的間隔智能終端故障，以及雙重化配置的間隔智能終端雙套均發(fā)生故障時，應(yīng)視作間隔失去保護，向調(diào)度申請停用一次設(shè)備，退出故障間隔的保護及其他間隔保護(如母差保護、主變保護)等相關(guān)壓板。4）運行中的斷路器，停用任意一套智能終端直流電源或進行裝置復(fù)位前，必須退出保護出口壓板，防止發(fā)生勿動作；恢復(fù)直流電源后，應(yīng)確認裝置工作正常無異常報警信號、GOOSE斷鏈、重合閘、跳閘等信號后，檢查保護出口壓板兩端確無電壓方可投入。5）電壓互感器斷線時，應(yīng)立即停止與其相關(guān)的所有工作，查明原因后方可恢復(fù)工作。巡視相關(guān)微機保護裝置，如電壓互感器斷線閉鎖信號正確發(fā)出，可暫不退出保護，檢查二次回路是否正常；如有其他異常報警信號，應(yīng)立即通知維護人員處理。6）執(zhí)行二次設(shè)備安全措施時，應(yīng)先退出運行設(shè)備中的接收軟壓板，再退出檢修設(shè)備的發(fā)送軟壓板。7）交換機是智能站網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，其遠方控制、保護跳閘、位置信號上送均依賴交換機。正常運行中，嚴禁進行交換機的任何作業(yè)，包括復(fù)位、重啟、調(diào)試光纖接口等。

5 智能開關(guān)站事故及典型故障處理

智能開關(guān)站較常規(guī)開關(guān)站有一定的復(fù)雜性，創(chuàng)新性，設(shè)備平時日常運行中發(fā)生事故及故障的情況不可避免，下面列舉幾種智能開關(guān)站典型故障及處理方法。

5.1 智能站后臺遙控500kV 斷路器、隔離開關(guān)“分/合”失敗

現(xiàn)象：智能站后臺開出操作命令后，現(xiàn)場開關(guān)刀閘未動作，未收到執(zhí)行反饋信號。

處理：1）一次開出不成功后，嚴禁再次嘗試操作，查看網(wǎng)絡(luò)通信是否正常，檢查登錄名及密碼是否正確。2）查看現(xiàn)場設(shè)備有無故障及報警信息。3）檢查智能終端操作電源、開出電源是否合閘良好，“分相跳合閘”壓板正確投入。4）檢查間隔匯控柜內(nèi)測控裝置的切換開關(guān)是否在“遠方”“智能控制”位置，“遙控分合”壓板正確投入，“投檢修態(tài)”在退出。5）檢查斷路器、隔離開關(guān)的控制方式在“遠方”位置。6）檢查斷路器有無低油壓、低氣壓閉鎖。7）檢查開出繼電器是否動作正常。

5.2 GOOSE通信中斷

現(xiàn)象：1）智能站后臺以及上位機報“GOOSE斷鏈”、“采樣數(shù)據(jù)異常”、“開關(guān)位置無效”等信號[3]。2）智能站后臺及上位機臺無法查看該裝置的遙信、遙控信息。3）現(xiàn)場設(shè)備報警指示燈和GOOSE斷鏈指示燈點亮。

處理：1）若當前有操作，應(yīng)立即停止對通信中斷設(shè)備的遠方操作。2）若智能終端GOOSE斷鏈，則應(yīng)立即向省調(diào)匯報情況，申請退出該智能終端出口壓板，停用相關(guān)保護裝置重合閘功能，同時根據(jù)需要退出受影響的相關(guān)保護裝置。3）若保護裝置和智能終端大規(guī)模報“GOOSE斷鏈”、“采樣數(shù)據(jù)異?！?、“開關(guān)位置無效”等信號，則可能是過程層交換機掉電。應(yīng)立即向省調(diào)匯報并申請停用相關(guān)設(shè)備，做好隔離，并通知維護人員處理。

5.3 智能終端異?；蛘吖收?/h3>

現(xiàn)象：1）智能站后臺以及上位機報智能裝置故障和閉鎖信息，或者無法查看其運行信息。2）現(xiàn)場檢查智能終端報警燈點亮或者運行燈熄滅。

處理：1）立即檢查智能終端異常原因，匯報省調(diào)及相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)。2）如果發(fā)現(xiàn)是雙套智能終端異常故障、死機，導(dǎo)致一次設(shè)備無保護的，則應(yīng)申請停用相應(yīng)一次設(shè)備。3）若為雙套配置其中單套故障，則應(yīng)立即申請停運相關(guān)的裝置等，做好隔離措施，通知維護人員處理。4）若單套智能終端死機，匯報省調(diào)經(jīng)同意后可重啟智能終端裝置一次。重啟后，智能終端恢復(fù)正常，則退出"檢修狀態(tài)"壓板，投入用跳、合閘出口壓板以及測控裝置的遙控分/合閘壓板，并將原因及處理結(jié)論匯報省調(diào)；若智能終端不能恢復(fù)，將設(shè)備情況及狀態(tài)匯報省調(diào)，按調(diào)度命令調(diào)整保護運行方式，并通知維護人員。

6 結(jié)語

智能化開關(guān)站技術(shù)在我國還在持續(xù)發(fā)展，隨著科技的發(fā)展，智能化站開發(fā)會更加成熟，全面實現(xiàn)智能站會減少大量的運行維護成本，狀態(tài)化維護檢修，提高供電可靠性，經(jīng)濟效益大大增加。猴子巖水電站作為四川省首座智能開關(guān)站，投產(chǎn)至今已安全運行5年有余，在智能開關(guān)站配置上有很大膽的嘗試性、新穎性。該文對猴子巖智能開關(guān)站設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)配置進行了簡要介紹，簡單地闡述了與普通開關(guān)站的不同之處，結(jié)合猴子巖智能開關(guān)站安全穩(wěn)定運行多年的經(jīng)驗，制定出相關(guān)的巡檢標準及運行注意事項。并針對智能開關(guān)站日常中可能發(fā)生的事故及故障給出了處理辦法，對于今后水電站在智能開關(guān)站運行、維護等方面有較成熟的參考價值。