繼電保護遠程運維管控技術研究

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摘要：隨著電力系統的快速發展，智能變電站已逐漸實現無人值守，這給電力系統的運檢工作帶來了新的挑戰。設計了一種繼電保護遠程運維管控平臺，該平臺可以對變電站內的繼電保護設備運行情況進行實時監測并記錄，同時根據繼電保護裝置的運行狀況，對繼電保護設備進行遠程電源管理。應用實踐表明，遠程運維管控平臺的應用提高了運檢人員的工作效率，減少了設備現場巡檢次數，降低了運維成本。

關鍵詞：繼電保護裝置；遠程運維管控；電源管理

隨著電力系統智能化的發展，智能變電站得到了廣泛推廣，變電站已逐漸實現無人值守。與傳統變電站相比，智能變電站的繼保設備運維工作對運檢人員的技術水平提出了更高的要求，而變電站的運維檢修模式發展滯后，亟須開展對遠程運維管控平臺的研究，以幫助運檢人員快速發現問題、分析事故、解決缺陷。針對這些問題，國內外相關專家學者展開了深入研究。文獻[1]從變電站遠程運維的角度出發，設計了基于智能變電站的遠程運維平臺，該平臺可以實現遠程巡視功能；文獻[2]基于數據化運維的理念，設計了基于大數據的智能運行管控平臺，該平臺根據大數據技術實現了電網故障的快速診斷功能；文獻[3]通過軟件實現了一種電力系統繼電保護設備死機的監測方法，該方法可以自動監測這一頻發故障，有效地增加了運檢人員故障解決的效率。本文從遠程運維的思路出發，設計了繼電保護遠程運維管控平臺，該平臺可以減少現場巡檢次數，提高工作效率，降低運維成本。

1繼電保護運行管控存在的問題

電力系統中元件發生短路或異常情況時，繼電保護設備可以根據故障時刻的電氣量進行邏輯分析并對一次設備發出控制命令，從而快速切除電網中的故障部分。繼電保護設備的作用是保障電網的安全穩定運行，對其進行運檢十分重要。實際工作中，繼電保護設備的運檢工作還存在以下問題。a）變電站遠程運維問題。目前變電站已逐漸實現站內無人值守，這給運檢人員帶來了“距離遠、監控難、響應慢”的問題，降低了運檢人員的工作效率，一定程度上增加了運維成本。b）變電站遠程管控問題。目前，站內繼電保護設備的軟硬件不斷完善成熟，絕大多數情況下都能保證穩定可靠運行，但繼電保護設備需長時間不間斷運行，偶爾也會出現應用軟件或系統崩潰問題。目前該故障的解決辦法是運檢人員直接到站內對故障設備進行重啟電源操作，缺乏遠程管控手段來快速恢復設備的正常運行。

2遠程運維管控技術架構

由于電網內部的子站一般對接多個部門，而各部門通常又要管理多個子站，因此在設計架構時必須考慮這一實際需求。為此，本文設計了如圖1所示的遠程運維管控平臺。圖1中的主站1至主站M分別對應的是M個部門，例如地調、省調等，而子站1至子站N則分別對應N個廠站。主站和子站之間的通信方式多樣，根據不同的通信鏈路情況進行調整，比如可以用數據網、通信專網和電話撥號等多種方式，具有較大的靈活性。

2.1主站系統架構

主站是指該系統位于調度端的部分，主要為調度、繼保等部門提供服務。服務器分為數據服務器和通信服務器，數據服務器選擇雙機熱備份的作業方式，特點是不間斷工作；通信服務器的作用是進行主站和子站之間的通信，同樣也選取了雙機熱備份的作業方式。主站部分還包括Web服務器和故障處理分析工作站等，前者的功能是提供信息，后者的功能是供繼保、調度等管理部門監控和故障分析。圖2為主站架構示意圖。本文涉及的主站是繼電保護工作站，該工作站通過交換機接收各個子站的數據。

2.2子站系統架構

子站是指該系統中位于廠站端的部分，它用于連接變電站內的各個繼電保護設備，能夠將裝置數據快速、準確地交給主站進行分析處理，因此其接入能力和穩定運行能力至關重要。接入能力是指子站可以同時從不同版本、不同型號甚至不同廠家的設備上采集數據，這就使得子站需要具備多種通信方式與各個設備進行連接。在站內設置管理機可以有效地解決這一難題，管理機用于對多種通信規約進行轉換，同時對得到的數據進行采集和過濾，最后打包傳輸有效數據。管理機的過濾功能，使得與故障無關的數據被濾除，減少了通道中傳輸的數據，一定程度上提高了數據傳輸能力。管理機還具備存儲功能，能夠在設備故障時仍能調取站內啟動裝置的數據信息，有利于進行故障分析。

3電源管理模塊

二次設備在運行過程中偶爾會出現系統崩潰的問題，為了快速恢復設備的正常運行，本文設計了一套遠程電源管理模塊，該模塊可以通過遠程重啟電源來完成設備系統和應用軟件的重啟。

3.1電源控制模塊架構

電源控制模塊架構如圖3所示。圖3中，工作站與故障信息分站服務器相連接，然后通過103通信規約對變電站的故障信息子站進行通信，從而對站內設備的電源進行控制。

3.2硬件設計

電源管理模塊的硬件設計如圖4所示，由1個直流繼電器、1個交流轉直流電源、1個串口繼電器和1個串轉網服務器組成。需將電源管理裝置硬件部分部署在子站，將直流繼電器的常閉觸點串接在被控設備電源上，通過控制直流繼電器常閉觸點的分合來控制設備電源的通斷，以達到復位被控設備系統的目的。控制繼電器的常閉觸點串聯在220V電源中，控制分合時會產生拉弧現象，因此必須保證繼電器的長期穩定性，防止相互干擾。具體實施方法，分子站以日志形式記錄控制繼電器的投運時間和動作次數，對投運時間大于1年或動作次數超過1000次的分站給出告警提示，更換控制繼電器以保證系統的穩定運行。具體投運年限、動作次數可根據控制繼電器的性能參數和實驗驗證而定。

3.3軟件設計

電源管理模塊的軟件主程序流程如圖5所示，主要有完成定時召喚設備系統信息、監測設備系統是否崩潰和重啟設備電源3部分。

4應用驗證

在2020年7月到11月的5起裝置崩潰故障中，國網晉城供電公司使用了繼電保護遠程運維管控平臺來處理故障，與改進前的故障處理情況進行對比，得到的應用效果如表1所示。相比于傳統運檢方式，運檢人員進行解決裝置死機問題的時間由原來的1～4h縮減到3min左右，運檢效率大幅度提高。本文設計的繼電保護遠程運維管控平臺，為繼電保護遠程運檢工作提供了支撐平臺，根據本文設計開發的系統已經成功運用在國網晉城供電公司。

5結束語

基于遠程運維的理念，本文開發了繼電保護遠程運維管控平臺，并引入了遠程電源管理模塊。應用實踐表明，遠程運維管控平臺的應用為運檢人員提供了便捷有效的運維手段，提高了運檢效率，可幫助運檢人員及時發現設備缺陷，快速響應，保障用戶的安全用電、放心用電，盡可能消除因突發停電給用戶帶來的損失，將產生顯著的社會效益。

參考文獻：

[1]張巧霞，王廣民，李江林，等.變電站遠程運維平臺設計與實現[J].電力系統保護與控制，2019，47（10）：165-173.

[2]盛海華，王德林，馬偉，等.基于大數據的繼電保護智能運行管控體系探索[J].電力系統保護與控制，2019，47（22）：168-175.

[3]鄔大為，薛峰，龔海華.一種能及時發現電力系統繼電保護裝置死機的監測方法[J].電氣應用，2014，33（23）：65-67.

作者：焦嵐軼 范軍太 衛偉 單位：國網晉城供電公司