新型電力系統下變電站綜合自動化系統運行維護數字化轉型路徑

　　摘要：變電站是保障電能正常運轉不可缺少的重要組成部分。以自動化變電站的運行與維護方法為研究對象，分析了變電站運行期間處理各類故障的方法與展開維護的方法。并從數據備份與保護、檢查智能終端、規范使用UPS、保護間隔層內部設備、更新通信系統、強化通道質量、遠程運維要點這7個方面闡述了運維自動化變電站的要點，為相關人員開展運維工作提供參考性建議。

　　關鍵詞：變電站 運行維護 故障處理 自動化系統

　　1變電站綜合自動化系統運行故障與處理方法

　　1.1故障排除方法

　　1.1.1檢查電源法

　　在自動化變電站經過適應期后，通常不會在運行階段出現因設備破損造成的故障。若發生故障，則多數情況下是因為電源電壓不穩。此時，應檢查電源與電壓，分析是否因線路板出現短路與斷路而導致設備故障。除線路板外，若熔斷器因溫度過高而出現熔斷現象，也會造成故障。該方法更適用于性能優越的設備。

　　1.1.2排除偏差法

　　自動化變電站的結構組成十分復雜，包括計算機系統、傳輸通道、直流子系統、遠端終端、中央信號單元等。排查偏差法即遵循“非此即彼”原則，通過對各個結構之間的聯系點進行分析，以實現縮小故障單元范圍的目的。該方法能夠在故障排查中快速排除正常單元，尋找到故障單元所在位置，加快排查效率，起到事半功倍的效果。值得注意的是，該方法對相關維修人員的經驗熟練度有一定的依賴。

　　1.2故障處理方法

　　1.2.1通信網絡故障

　　（1）導致通信中斷的原因有通信接口松動、通信模塊性能損壞等。可以采取以下方法解決該故障：檢查連接管理機保護裝置的接口與接線：若出現松動，則通過加固完成維修；若未出現松動，則嘗試更換通信模塊、調整接線，完成維修，更換模塊后，應注意擰緊接口，以免二次返工，浪費時間。

　　（2）導致保護管理機故障的原因有機器損壞、系統因通信規約不同而導致供大于求，以及因數據運轉率過大而造成運轉困難，進而導致死機。對于此種故障，可以采取以下方法：查看管理機的信號燈，若信號燈不亮，則意味著管理機在處于正常工作狀態時未進行工作，此時，檢查管理機與交換機之間的連接線路，尋找二者之間出現故障的點位，完成維修；若信號燈正常亮起，則嘗試更換設備、處理接線，完成維修后，做好重啟工作。

　　（3）導致光電轉換機故障的原因有監控裝置中斷、網絡傳輸異常等。在維修前先判斷轉換機連接的位置，針對安全室的轉換機排查傳輸設備接線，通過加固接線、更換設備等方法完成維修。針對站控層的轉換機按照從上往下的順序，優先排查站控層，尋找故障點。

　　1.2.2數據采集故障

　　當網絡處于正常連接狀態時，個別信號出現故障，其原因有壓板投退信號故障與通信出口模塊損壞。面對第一種情況，應首先檢查壓板的投退信號。若無信號，則故障源頭為保護管理機，是保護裝置出現了通信故障。維修方式為先重啟，重啟無效后，再進行排查。若有信號，則多數情況是因為壓板軟節點與通信系統不兼容。維修方式為重新設定軟節點，完成修正。面對第二種情況，只需對通信模塊進行更換或修復。

　　針對硬節點故障，需要先檢測故障的硬節點數量。若為多個硬節點故障，則應根據實際情況檢查管理插件與接線模板之間的兼容性。維修方法為更換模板與插件，通過穩固接線，使二者匹配。若僅有一個硬節點故障，則重點檢查接觸點的線路運轉情況，更換接線。

　　1.3報警故障

　　誤報警通常是因通信規約不兼容而導致系統對不需要警惕的信號產生了誤判。造成該現象的原因是不同廠家生產的保護設備所使用的通信算法存在一定差異，并且信號的上報存在延遲，軟報文在轉入自動化系統后因保護信號量過多、過大而干擾了運行監視過程。維修方法為清空保護裝置內部存儲的既往事件。

　　2變電站綜合自動化系統維護方法

　　2.1日常維護

　　日常維護工作包括對間隔層、站控層、網絡層的巡查，對故障與缺陷的處理與記錄以及根據設備所處的環境所采取的相關保護措施。間隔層是自動化系統的核心，關系著設備的正常運轉。間隔層的日常巡查內容包括以下幾個方面：

1. 　　檢查各個測控裝置是否正常運轉、指示燈有無出現變色、是否與實際運行狀態相吻合；

　　（2）檢查時鐘系統與實際時間是否一致，GPS對時是否存在誤差；

　　（3）檢查保護裝置的整定值、投退情況、繼電保護是否出現異常；

　　（4）檢查測控裝置的溫度，排查有無插件過熱，超出規定范圍值；

　　（5）檢查設備的轉換開關、接線、地網、壓板是否處于正確的位置，確保設備的抗干擾效果。

　　站控層與設備的控制、監視功能有直接關系，檢查時，應重點分析有無異常信號、模擬量是否準確，電壓電流是否正常，避免監控主機出現通信中斷、死機黑屏等問題，影響事件記錄。網絡層是信息交互共享的紐帶，是確保各個數據正常傳遞運輸的橋梁，檢查時，應重點分析網絡交換機的工作情況、設備的散熱效果、網線接口有無松動，以免影響遙控命令的時效性。

　　缺陷處理與記錄主要是對巡查期間出現的問題進行匯總與記錄，除此之外，還包括事故的應急處理。進行備份管理有助于分析設備的使用壽命，更好地將風險扼殺于萌芽。開展反事故演習，能夠加強事故發生時員工的反應速度，從而有效保護員工的人身安全。

　　其他相關保護措施包括：處于風沙天氣時適當加強防塵措施；梅雨季來臨，空氣中濕度較高，地面潮濕時，要做好干燥保護；對于北方寒冷冬季仍處于室外的設備，要做好防寒保暖；雷雨天氣，要仔細檢查防雷擊設備的安裝情況，確保電壓穩定。

　　2.2遠程維護

　　自動化程度越高的變電站，值班人員越少。隨著科技的發展和提高，無人值守的智慧化管理必將成為未來的主流工作方式。遠程維護作為自動值守的過渡，主要是讓專業的變電站維修人員使用能夠對系統進行遠程控制的軟件，完成在線診斷，這有助于降低專業人員的維護工作量。后臺監控系統顯示的各種數據參數是相關人員開展遠程維護的前提條件。如果后臺軟件發現遙測系數出現異常，則系統會將維修信息發送給工作人員。維修人員使用遠程監控軟件，借助被控站與主控端之間的信息傳輸功能，突破時間與地域的限制，完成如參數更改、實時升級、同步更新、本地備份等作業，實現跨空間的信息交互與維修。

　　3變電站綜合自動化系統運行維護要點

　　3.1做好數據備份與保護

　　在變電站自動化運行過程中，其產生的各種參數信息、監控數據、設置更改記錄全部存儲在相關存儲設備上。通常采取定期覆蓋的方式存儲在本地、異地的計算機中。數據一旦丟失或崩潰，輕則造成個人的財務損失，重則出現客戶流失、運營中斷、商業糾紛等問題，影響企業的正常經營。對于正在運行的自動化系統，應做好數據庫更改權限的管理工作，避免因人為誤操作出現刪減、誤改，影響數據的完整性。對于維修后的設備，及時做好數據的備份與記錄，相關人員應對各個數據進行分類，標好日期，以方便其他人員進行查閱。

　　3.2加強對智能終端的檢查

　　智能終端作為變電站能自動化運轉的關鍵，在維修時應重點檢查該組件，以免出現保護拒動現象影響整個電力系統的正常運轉。并且，在檢查智能終端時，著重檢查應用軟件、操作系統、畫面編輯、大數據庫等位置，仔細對比期間是否出現文件移動、刪除、增減等問題。終端中各個文件均具有特定的位置，隨意更改會造成系統運行不穩定、死機、黑屏、啟動失敗等故障。

　　3.3規范使用UPS不間斷電源

　　不間斷電源提供整個變電站自動系統運轉時所需的電力，是保護系統正常運轉、避免因電壓過高或過低出現硬件損壞的關鍵。在日常檢修該電源時，應重點檢查電源是否處于正常作業狀態、電壓輸入是否正常。相關人員可以根據液晶顯示控制屏上的各個數值分析其是否處于正常區間，完成有、無故障的判斷。經驗豐富的維修人員還可以通過傾聽設備運行時的聲音變化來判斷其是否出現故障。匝間繞組接觸不良時，噪聲通常表現為“吱”，變壓器偏磁噪聲則類似“鈸”。使用期間，應嚴格遵守使用說明，保護蓄電池外部的干凈與整潔，并對電池組的接觸點涂抹凡士林油以預防氧化。此外，每隔3個月進行一次模擬失電試驗，確保漏電保護器的功能正常。

　　3.4保護間隔層內部設備

　　首先，相關人員應對變電站內部所有裝置的地址號做好備份。從直流充電模塊到測控裝置，智能系統不管大小全部進行備份，以便后期核對時有跡可循。其次，不可隨意更改監控主機的IP地址與測控裝置的地址號。一旦更改地址號，就有很大可能導致通信故障。再次，適當囤積相同型號的元件，以免因設備損壞無法維修影響變電站的正常運行。囤積原則為不影響積壓備件資金。最后，對所更換的新元件的地址號進行檢查，確保新舊地址號、軟壓板投退、整定值等信息一致。

　　3.5對通信系統及時更新

　　我國的通信方式呈現多樣性的特點，這是導致變電站自動化系統出現通信故障的主要原因。更加復雜與豐富的通信方式對系統的兼容性要求更高，相關人員在對通信系統進行運維時應先分析變電站內所使用的通信系統。對于早期自動化變電站，更換通信規約，以減輕CPU處理信息的負荷，降低系統崩潰概率。對于超期服役的老化設備、接頭不良的網線，及時更新換代。對于因監控機網卡出現故障影響通信系統正常的情況，使用更加合理的硬件，以增強抗干擾與屏蔽效果。

　　3.6定期測試通道保證質量

　　自動化系統傳輸數據時使用的通道質量直接影響傳輸的效率與質量。通道通信的效果與多種因素有關，如數量、廠家、外部環境、調試安裝方法。光纖通信是我國自動化變電站所采用的主流通信方式之一，其優點在于能夠在確保各個組件正常通信的基礎上加強設備連接的緊密度。缺點是僅依靠軟壓板難以完美保證設備的正常運轉，可能出現安全隱患，并且價格昂貴。在構建通道時盡可能采取雙通道配置方法，該方法有助于即便其中一個通道出現故障，也可以通過切換通道的方式繼續保持變電站的正常運轉。在物理層面，可以通過設置正向與反向隔離裝置保護電路安全；在數據層面，可以采取數據加密、設置防火墻等方式增強數據經過通道時的安全性。

　　3.7遠程運維的技術要點

　　對于無人值守的智能化變電站，相關人員可以重點檢查網絡硬件技術的運行，如覆蓋整個變電站的無線網絡等。為提高網絡連接效果，可以根據變電站的規模大小，結合實際情況，靈活調整POE交換機與無線AP的數量。此外，還可以定期分析系統記錄的設備運行日志中存在的安全隱患，完成有針對性的運維管理。

　　4安科瑞Acrel-1000變電站綜合自動化系統

　　4.1方案綜述

　　Acrel-1000變電站綜合自動化監控系統在邏輯功能上由站控層、間隔層二層設備組成，并用分層、開放式網絡系統實現連接。站控層設備包括監控主機，提供站內運行的人機聯系界面，實現管理控制間隔層設備等功能，形成全站監控，并與遠方監控、調度通信；間隔層由若干個二次子系統組成，在站控層及站控層網絡失效的情況下，仍能獨立完成間隔層設備的就地監控功能。

　　針對工程具體情況，設計方案具有高可靠性，易于擴充和友好的人機界面，性能價格比優越，監控系統由站控層和間隔層兩部分組成，采用分層分布式網絡結構，站控層網絡采用TCP/IP協議的以太網。站控層網絡采用單網雙機熱備配置。

　　4.2應用場所

　　適用于公共建筑、工業建筑、居住建筑等各行業35kV以下電壓等級的用戶端配、用電系統運行監視和控制管理。

　　4.3系統結構

　　4.4、系統功能

　　4.4.1 實時監測

　　Acrel-1000變電站綜合自動化系統，以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運行狀態，實時監測各回路電壓、電流、功率、功率因數等電參數信息，動態監視各配電回路斷路器、隔離開關、地刀等合、分閘狀態及有關故障、告警等信號。

　　4.4.2 報警處理

　　監控系統具有事故報警功能。事故報警包括非正常操作引起的斷路器跳閘和保護裝置動作信號；預告報警包括一般設備變位、狀態異常信息、模擬量或溫度量越限等。

　　1） 事故報警。事故狀態方式時，事故報警立即發出音響報警（報警音量任意調節），操作員工作站的顯示畫面上用顏色改變并閃爍表示該設備變位，同時彈窗顯示紅色報警條文，報警分為實時報警和歷史報警，歷史報警條文具備選擇查詢并打印的功能。

　　事故報警通過手動，每次確認一次報警。報警一旦確認，聲音、閃光即停止。

　　次事故報警發生階段，允許下一個報警信號進入，即次報警不覆蓋上一次的報警內容。報警處理具備在主計算機上予以定義或退出的功能。

　　2） 對每一測量值（包括計算量值），由用戶序列設置四種規定的運行限值（物理下限、告警下限、告警上限、物理上限），分別定義作為預告報警和事故報警。

　　3） 開關事故跳閘到該次數或開關拉閘到該次數，推出報警信息，提示用戶檢修。

　　4）報警方式。

　　報警方式具有多種表現形式，包括彈窗、畫面閃爍、聲光報警器、語音、短信、電話等但不限于以上幾種方式，用戶根據自己的需要添加或修改報警信息。

　　4.4.3 調節與控制

　　操作員對需要控制的電氣設備進行控制操作。監控系統具有操作監護功能，允許監護人員在操作員工作站上實施監護，避免誤操作。

　　操作控制分為四級：

　　第控制，設備就地檢修控制。具有優先級的控制權。當操作人員將就地設備的遠方/就地切換開關放在就地位置時，將閉鎖所有其他控制功能，只進行現場操作。

　　級控制，間隔層后備控制。其與第三級控制的切換在間隔層完成。

　　第三級控制，站控層控制。該級控制在操作員工作站上完成，具有遠方/站控層的切換。

　　第四級控制，遠方控制，優先級。

　　原則上間隔層控制和設備就地控制作為后備操作或檢修操作手段。為防止誤操作，在任何控制方式下都需采用分步操作，即選擇、返校、執行，并在站級層設置操作員、監護員口令及線路代碼，以確保操作的安全性和正確性。對任何操作方式，保證只有在上一次操作步驟完成后，才進行下一步操作。同一時間只允許一種控制方式。

　　納入控制的設備有：35kV及以下斷路器；35kV及以下隔離開關及帶電動機構的接地開關；站用電380V斷路器；主變壓器分接頭；繼電保護裝置的遠方復歸及遠方投退連接片。

　　3）定時控制。操作員對需要控制的電氣設備進行定時控制操作，設定啟動和關閉時間，完成定時控制。

　　4） 監控系統的控制輸出。控制輸出的接點為無源接點，接點的容量對直流為110V（220V）、5A，對交流為220V、5A。

　　4.4.4 用戶權限管理

　　系統設置了用戶權限管理功能，通過用戶權限管理能夠防止未經授權的操作系統可以定義不同操作權限的權限組（如管理員、維護員、值班員組等），在每個權限組里添加用戶名和密碼，為系統運行、維護、管理提供可靠的安全保障。

　　4.5系統硬件配置

　　5結語

　　自動化綜合變電站易發生故障的區域有軟件層面的通信網絡與硬件層面的各種元件，原因為變電站自動化系統的結構復雜，電子設備又長期受電磁干擾，致使其脆弱易損，使用壽命下降。對設備進行定期檢查與維護，排查運轉期間存在的故障，有助于保證變電站的正常運轉，為電能輸送的穩定與順利保駕護航。