陳禹志,徐浩,董亞麗,孫曉佳,李鵬,陳志彪,邊虎塞
(1.國網(wǎng)西藏電力有限公司,西藏 拉薩850000;2.國網(wǎng)湖南省電力有限公司電力科學研究院,湖南 長沙410007;3.國網(wǎng)西藏電力有限公司電力科學研究院,西藏 拉薩850000;4.國網(wǎng)西藏電力有限公司超高壓分公司,西藏 拉薩850000;5.國網(wǎng)林芝供電公司,西藏 林芝860000;6.國網(wǎng)那曲供電公司,西藏那曲852000)
隨著新型電力系統(tǒng)建設(shè)逐步推進,安全可靠供電要求更高,需要電網(wǎng)隱患篩查治理更精準、故障恢復更及時。繼電保護是保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的第一道防線,其專業(yè)管理水平、運維水平和檢修水平直接關(guān)系一次設(shè)備和整個電網(wǎng)的運行水平。結(jié)合近年來的電網(wǎng)故障分析,壓板、定值、回路、裝置等方面問題禁而未絕,繼電保護隱患排查治理還任重道遠,是新型電力系統(tǒng)建設(shè)需要重點解決的技術(shù)難題[1-6]。國網(wǎng)西藏電力有限公司是新型電力系統(tǒng)建設(shè)試點單位,相關(guān)工作更應(yīng)在初期走在前列[7-12]。
二次系統(tǒng)專業(yè)巡檢是提高繼電保護系統(tǒng)安全可靠水平的重要手段。通過二次檢修班組專業(yè)技術(shù)人員一年兩次的人工現(xiàn)場專業(yè)巡檢,全面掌握裝置模擬量采樣、差流、開關(guān)量采樣、壓板標識及投退情況、裝置信號燈、歷史事件告警報文、GPS對時、回路、紅外測溫等情況,彌補運行巡檢工作重點不突出、專業(yè)水平欠缺、電網(wǎng)季節(jié)性特征針對性不強的不足,提升西藏自治區(qū)電網(wǎng)繼電保護正確動作率。
但隨著大二次專業(yè)的融合及電網(wǎng)規(guī)模的不斷發(fā)展,二次班組人員從事的專業(yè)范圍越來越廣,工作量也越來越大,班組工作量與承載能力之間的矛盾也越來越突出。特別是西藏自治區(qū)面積大、變電站偏遠,人工巡檢耗費大量人力、物力及時間,制約了電網(wǎng)的高質(zhì)量發(fā)展[13-16]。例如,2021年3月那曲江達變跳閘事故中,調(diào)查人員清晨出發(fā),深夜才到達事故現(xiàn)場,影響供電恢復和村民度冬保暖,路途中人身安全也受到影響。有鑒于此,本文嘗試依托D5000系統(tǒng)等現(xiàn)有數(shù)字化成果,探索二次系統(tǒng)新的管理和技術(shù)手段,實現(xiàn)專業(yè)巡檢由人工巡檢向自動巡檢升級,提升專業(yè)巡檢實時性、效率效益和精益化水平。
D5000平臺故障信息處理系統(tǒng)是一套布置在調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)安全II區(qū)的繼電保護信息收集系統(tǒng),使用對象為繼電保護專業(yè)技術(shù)人員和調(diào)度員,其功能主要是遠程獲取變電站繼電保護裝置的運行數(shù)據(jù),用于變電站故障后保護動作信息的遠程收集[17-19]。該系統(tǒng)主要由位于變電站內(nèi)的保信子站、故障錄波子站和位于調(diào)控中心的主站系統(tǒng)構(gòu)成,子站裝置與站內(nèi)繼電保護裝置、故障錄波裝置通信,獲取裝置內(nèi)的運行數(shù)據(jù)和故障報文、錄波數(shù)據(jù)等信息,然后通過調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)上送至主站系統(tǒng)。
該系統(tǒng)能夠采集繼電保護裝置中的所有運行信息,包括定值、模擬量采樣數(shù)據(jù)、功能壓板和軟壓板狀態(tài)、開關(guān)量狀態(tài)、故障報文、告警事件報文、保護故障錄波報文,并可以從站內(nèi)故障錄波裝置中獲取獨立的故障錄波數(shù)據(jù)。其功能定位主要用于變電設(shè)備故障后遠程收集與故障元件有關(guān)的繼電保護裝置動作報文和錄波數(shù)據(jù),并歸集形成故障簡報推送給D5000系統(tǒng)下的智能告警功能模塊,及時提供故障信息,便于事故處理。同時,為繼電保護專業(yè)技術(shù)人員提供詳細的故障信息和數(shù)據(jù),便于事故分析。
故障信息處理系統(tǒng)主要側(cè)重于故障后信息的歸集,卻并未有效利用正常運行中的信息。實際上故障信息處理系統(tǒng)可以提供二次系統(tǒng)專業(yè)巡視工作中對于裝置運行數(shù)據(jù)的檢查內(nèi)容,如定值、模擬量、開關(guān)量、軟壓板、異常告警信號燈檢查所需的絕大部分現(xiàn)場數(shù)據(jù),只是這些數(shù)據(jù)目前處于閑置狀態(tài)。通過對該系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行二次處理,可以實現(xiàn)專業(yè)巡檢的自動化。本文提出通過主站系統(tǒng)遠程采集保護裝置的定值、模擬量采樣信息、壓板信息、開關(guān)量信息及異常報文等信息,設(shè)置對比基準或一定的規(guī)則,實現(xiàn)裝置運行數(shù)據(jù)的校核,其架構(gòu)如圖1所示。以下以保護定制核對和模擬量校核為例說明自動巡檢算法。
圖1 繼電保護自動專業(yè)巡檢系統(tǒng)架構(gòu)
繼電保護定值是確保保護功能可靠有效的根本前提?,F(xiàn)場專業(yè)巡檢往往需要運行人員、檢修人員參照運行定值單對裝置中定值逐項核對,費時耗力,且可能因人為疏漏出現(xiàn)核對錯誤。在推行二次專業(yè)巡檢后,定值錯誤導致保護不正確動作案例仍時有發(fā)生。采用自動巡檢算法后,軟件自動核對所有定值,提高了精益化程度和準確度。保護定值自動核對算法主要包括基準定值錄入(設(shè)置)、定值自動核對及生成核對結(jié)果三部分。
1)基準定值單的設(shè)置。實現(xiàn)的方式有三種:一是收集各地市(區(qū))公司在用的各類型繼電保護設(shè)備的定值單,按設(shè)備類型進行核對,并最終形成全網(wǎng)統(tǒng)一格式的定值單;二是與定值整定計算程序接口,開發(fā)專用的格式;三是通過召喚繼電保護裝置內(nèi)的當前定值,通過人工核對后固化為定值核對的基準,本文中采用第三種方式。
2)定值核對。支持手工選擇指定保護或自動對選定的批量保護召喚實際運行定值,與選定的基準值進行比對,不一致時差異、高亮顯示,并給出告警。
3)生成核對結(jié)果。核對完畢后,可生成全部設(shè)備核對記錄表,并對異常的定值單和裝置給出告警信息。運行人員根據(jù)告警信息,及時進行定值定向核對修正,工作承載力將得到顯著提高。
現(xiàn)場專業(yè)巡檢模擬量的主要方式是對裝置模擬量進行逐一檢查,同樣存在人為疏漏問題,特別是異常情況判斷嚴重依賴于巡檢人員自身技術(shù)水平,存在巡檢不到位問題。自動專業(yè)巡檢主要針對電流電壓采樣值,進行多數(shù)據(jù)源之間幅值和相位的比對及三相不平衡度的計算,智能判別模擬量的正確性。對于220 kV級以上電壓等級繼電保護裝置為雙重化配置,兩套裝置的采樣回路獨立,可以對兩套裝置的采樣數(shù)據(jù)逐項進行相互比對校驗。110 kV電壓等級繼電保護裝置為單套配置時,對采樣間隔保護與母線保護對應(yīng)間隔的模擬量采樣數(shù)據(jù)進行比對,并需要有變比折算的參數(shù)設(shè)置功能??紤]到采樣環(huán)節(jié)中各種誤差,兩套保護裝置的采樣值不可能完全一致,設(shè)置誤差在5%之內(nèi)即認為一致;雙重化配置的兩套保護一般為兩個廠家的裝置,其上送的模擬量數(shù)據(jù)不完全一致,僅針對兩套保護裝置上送的三相電壓、電流、差動電流及零序電壓電流等進行比對。
對各裝置采樣的三相電壓或電流進行不平衡度計算,以檢查幅值及相位是否平衡,主要步驟如下。
1)召喚模擬量。支持手工選定保護或設(shè)定批量設(shè)備自動進行模擬量召喚。
2)三相電流電壓平衡檢查。對保護設(shè)備回應(yīng)的模擬量結(jié)果進行分析計算,檢查幅值和相角是否平衡。
3)與主(備)保護一致性檢查。核查同個一次設(shè)備下主、備保護或同一個間隔下多個保護、測控之間的三相電流、電壓值的一致性,對比誤差大于5%時按不一致處理。
4)告警。對于發(fā)現(xiàn)不一致、越限或越變化率的情況進行告警提示。
5)校核結(jié)果。校核完畢后,支持生成全部設(shè)備檢查記錄表。
3.1.1 原始動作報告
根據(jù)一二次設(shè)備關(guān)聯(lián)關(guān)系,自動對從I區(qū)保護(安控)設(shè)備在線監(jiān)視模塊收到的保護實時事件、故障特征量、保護錄波文件及II區(qū)采集的錄波器錄波文件信息進行篩選、過濾,將一次故障相關(guān)的保護真實跳閘信息、保護錄波及錄波器錄波文件進行挑選、整理,形成原始動作報告。
3.1.2 事故分析報告
在原始故障包基礎(chǔ)上,進一步對錄波文件進行分析,并形成簡潔的結(jié)論性分析結(jié)果,如故障類型、持續(xù)時間、故障電流、故障元件、故障測距等及關(guān)鍵跳閘事件等。
3.1.3 錄波分析報告
對收到的錄波文件進行自動分析,給出分析結(jié)果報告,啟動錄波生成啟動分析報告、故障類錄波形成故障分析報告,以方便專業(yè)人員提前發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患或快速定位故障。
3.1.4 保護動作時序回放
支持對當次故障的電流電壓變化、開關(guān)量時序變位等情況以圖形化方式自動回放,以方便專業(yè)人員進行故障分析。
3.1.5 故障測距計算
支持單端和雙端測距計算,當僅有線路一端的錄波文件時,自動按單端計算測距;否則,根據(jù)歸檔的事故報告,抽取線路兩端的錄波器錄波文件進行自動雙端測距計算,并將計算結(jié)果在最終的事故報告中進行展示。
3.2.1 實時統(tǒng)計
實時統(tǒng)計并更新廠站、設(shè)備的最新運行情況,為界面實時顯示提供基礎(chǔ),主要功能如下。
1)按地區(qū):各地區(qū)接入廠站總數(shù)、斷開廠站數(shù)及斷開率、各地區(qū)接入裝置總數(shù)、斷開數(shù)及斷開率;2)按廠站:各廠站接入裝置總數(shù)、斷開數(shù)目及斷開率;3)全網(wǎng)接入廠站總數(shù)、斷開廠站數(shù)及廠站斷開率;4)全網(wǎng)接入裝置總數(shù)、斷開裝置數(shù)及裝置斷開率、檢修設(shè)備數(shù)及檢修率;5)變電站接入數(shù)、電廠接入數(shù)及各占比例。
3.2.2 報表生成
自動生成廠站、設(shè)備運行情況及專業(yè)巡視等報表,并支持自動形成月報表。
1)廠站、設(shè)備運行情況報表
按地區(qū)。廠站中斷率:本地區(qū)所有廠站總計運行時間、通信斷開時間、中斷率;裝置中斷率:本地區(qū)所有保護總計運行時間、通信斷開時間、設(shè)備檢修時間、中斷率、檢修率;計算裝置中斷率應(yīng)排除檢修時間段。上述信息以表格和柱狀圖方式展示。
按廠站。中斷率:本廠站總計運行時間、通信斷開時間中斷率及中斷明細;裝置接入率:本廠站應(yīng)接裝置總數(shù)、實接裝置總數(shù)及接入率;裝置中斷率:本廠站所有保護總計運行時間、通信斷開時間、檢修時間中斷率、檢修率及其明細;計算裝置中斷率應(yīng)排除檢修時間段。上述信息以表格及圖形方式展示。
2)電網(wǎng)故障報表
正確收集率:總故障次數(shù)、信息收全次數(shù)及正確收集率;故障類型:各類型真實故障次數(shù)及其在總故障中所占比例;故障報告生成總數(shù)、真實跳閘報告?zhèn)€數(shù)、調(diào)試及檢修類報告?zhèn)€數(shù)。
3)專業(yè)巡視報表
全網(wǎng)裝置錄波文件總數(shù)、啟動錄波、故障錄波及啟動異常錄波次數(shù)及明細;定值不一致、開關(guān)量不一致、模擬量不一致、軟壓板不一致總次數(shù)及明細;各地區(qū)設(shè)備故障告警、運行異常告警、裝置啟動和啟動異常、定值不一致、開關(guān)量不一致、模擬量不一致、軟壓板不一致總次數(shù)及明細。
本文基于西藏電網(wǎng)繼電保護問題頻發(fā)、專業(yè)巡檢耗時費力現(xiàn)狀,研究開發(fā)了基于D5000故障信息處理系統(tǒng)的繼電保護自動專業(yè)巡檢系統(tǒng),詳細闡述了系統(tǒng)架構(gòu)、邏輯規(guī)則和高級功能。該系統(tǒng)以主站系統(tǒng)遠程采集的保護裝置定值、模擬量采樣信息、壓板信息、開關(guān)量信息及異常報文等信息為基礎(chǔ),通過設(shè)置對比基準或一定的邏輯規(guī)則以及深度挖掘,實現(xiàn)了對變電站繼電保護裝置定值、壓板狀態(tài)、開入量狀態(tài)和模擬量的遠程自動校核、異常告警及統(tǒng)計分析、事故分析和波形反演。該系統(tǒng)已在西藏自治區(qū)進行部署,提升電網(wǎng)供電能力。