500kV变电站二次安措移动管控平台的研究与实践
随着电网技术的不断发展，由于500kV变电站二次设备智能化程度与二次设备新老程度的不同，造成现场二次回路情况复杂，导致二次检修作业安措票编制困难，易出错，对电网安全运行构成较大威胁。
针对上述问题，国网江苏省电力有限公司检修分公司的研究人员崔运光、张帆、刘孝刚、赵俊，在2020年第2期《电气技术》杂志上撰文，完善了检修作业二次安措票全过程管控流程，设计并开发了500kV变电站二次安措移动管控平台，覆盖500kV智能变电站和常规变电站，由后台软件自动生成检修作业的二次安措票，由移动终端完成二次安措票的开具、审核、签发、执行、恢复、归档和查询等环节，实现了二次安措票全生命周期的在线管控。
现场实际应用证明，该管控平台能够保证二次安措的准确性，提高检修工作效率，降低人员因技能水平不足而造成的安全风险，为实现运检智能化进行了有益的探索并积累了实践经验。
作为电网的重要组成部分，变电站的安全可靠运行对于电网稳定、可靠供电具有决定性的意义。随着电网规模的不断扩大和新技术的发展应用，变电站中的二次设备面临着大量定期校验、技改扩建以及临时消缺的工作。二次安全措施（简称二次安措）即通过隔离检修设备与运行设备，确保检修作业不影响带电设备的正常运行，是二次设备检修作业的“生命线”。因此，需要对。它检修作业的二次安措进行有效管控，以确保二次安措的正确编制、严格审核和及时归档。
针对上述要点，国家电网公司制定并发布了相应的技术原则与指导意见，同时相关单位及行业内的科研机构开展了相应研究和实践。
有学者以母线保护为例，分析了智能变电站扩建工程中变电站配置文件（substation configuration description, SCD）的管控方案，以提高SCD升级的安全性。
有学者借鉴逻辑回路的建模思路，提出了智能变电站二次系统物理回路的建模方法，实现了物理回路和逻辑回路的关联，填补了二次光缆和网络结构的模型配置空白。
有学者研究了智能变电站二次安措自动生成技术，并进行了初步现场应用。
但目前的研究的集中在采用采样值（sampled value, SV）直接采样、面向通用对象的变电站事件（generic object oriented substation event, GOOSE）直接跳闸的智能变电站的二次安措自动生成方面，且以220kV智能变电站为主要应用对象，缺乏采用常规电缆采样、GOOSE直接跳闸模式的500kV智能变电站和500kV常规变电站的相关研究与实践，且鲜有科研技术人员关注二次安措全生命周期的管控。
本文梳理并完善检修作业二次安措票全过程管控流程，设计并开发了500kV变电站二次安措移动管控平台，由后台软件自动生成二次安措票，由移动终端完成二次安措票的开具、审核、签发、执行、恢复、归档和查询等环节，实现二次安措票的在线管控。
其中结合500kV智能变电站实际工程应用中SCD的特点，根据SCD语义强度对其规范性进行检查，建立二次设备信息补充模型及设备软压板与虚回路的映射关系，确保二次安措数据源的完整性，根据二次安措执行原则来确定二次安措生成策略，从而实现二次安措票的自动生成。
通过建立500kV常规变电站汇编二次安措票与历史检修二次安措票相结合的专家数据库，实现常规站二次检修安措票的自动生成。
1 二次检修安措管控的现状及问题
1.1 智能变电站的二次安措情况
目前500kV智能变电站存在SV直接采样、GOOSE直接跳闸和常规电缆采样、GOOSE直接跳闸两种模式。考虑到合并单元设备的可靠性和运维检修操作的风险性，江苏境内新投运的500kV智能变电站均要求采用常规电缆采样、GOOSE直接跳闸的设计方式，同时对存在SV采样的500kV变电站进行改造，取消合并单元，统一采用电缆常规采样模式。
由此，使500kV智能变电站的工程应用情况变得较为复杂，甚至有同一变电站内同时存在两种采样模式的情况。
无论是何种采样模式，智能变电站的二次回路均依靠SCD和设备间的光纤连接来实现，其可视化程度低。目前现场检修作业二次安措票的编制由检修人员根据SCD、软压板布置等手动填写完成，受限于技能水平和工作经验，容易造成二次安措缺项和漏项，难以保证其准确性。
1.2 常规变电站的二次安措情况
500kV常规变电站经历了30多年的发展，标准化和规范化程度日趋完善，但这也使得500kV常规变电站的二次设备与二次回路设计多样化，很多站内经历数次技改、扩建，国产设备与进口设备混合，“六统一”与“非六统一”设计混合。
特别是很多常规变电站运行年限久，改造次数多，导致出现竣工图纸接线和现场实际接线不一致的严重情况，二次检修人员需进行大量现场核对工作来保证二次安措的准确性，这无疑增加了二次检修的工作量，同时使现场核对工作的安全风险增大，不利于设备的安全运行。
1.3 二次安措管控情况
二次安措通过隔离检修设备和运行设备来保证检修作业的安全进行，是二次检修作业的生命线。二次安措票编制完成后，需要班组长审核签发才能现场执行，对修改后的二次安措票需要重新履行审核签发手续，在执行和恢复过程中需对照二次安措票逐项完成。
目前二次安措票的审批流程在线下完成，在“大检修”体系下，500kV变电站现场与班组距离较远，且工作周期较长，导致二次安措票现场修改后反馈不及时需重新审批，使签发效率低下，同时对历史检修作业的二次安措票缺乏有效的管理和再利用，无法形成二次安措票的全流程管控。
2 平台功能的实现
2.1 总体设计方案
1）网络架构设计
该管控平台的整体网络架构如图1所示。平台采用B/S网络架构，包括后台服务器端、PC端和移动终端，其中将后台服务器和PC布置在检修班组，可将移动终端携带至检修现场。PC搭载二次安措自动生成软件，并通过浏览器访问后台服务器，主要完成对后台服务器的数据收集和管理，还可通过浏览器完成移动端APP角色添加、权限管理、审核流程设计和典型安措票数据源的导入。
移动终端通过APP访问后台服务器，主要完成二次安措票的开具、编辑、审核流转和归档查询等功能。数据库主要完成二次安措的日志流程存储、人员管理信息、归档的二次安措票Word版本存储、汇编票Word版本存储和典型票数据源存储等。
图1 整体网络架构
2）后台软件技术方案
将二次安措自动生成软件布置在PC端，实现二次检修作业安措票自动生成及其可视化展示，协助二次检修人员对自动生成的二次安措票所涉及的二次回路进行二次审核。二次安措自动生成的技术流程如图2所示。
图2 二次安措自动生成的技术流程图
3）移动端APP架构设计
结合现场实际工作和管控需求，形成如图3所示的二次安措票在线管控流程，增加安措票修改后的二次审核签发环节，加强现场人员和班组技术骨干的互动，实时反馈问题并提供专家指导。还增加了现场运维与检修人员双确认机制，共同确保二次安措的准确性和可靠性。二次安措自动生成管控平台以移动端APP的形式布置在移动终端上。
图3 二次安措票的在线管控流程图
2.2 智能站二次安措自动生成的关键技术
1）SCD规范性检查
SCD是智能变电站实现二次安措自动生成的数据基础。由于实际工程应用中，对智能站SCD的修改、配置、下装等工作仍依赖设备提供商和系统集成商，因此智能站SCD的规范性难以得到保证，现场工作中也不罕见。为此，需要对SCD进行规范性检查（其体系见表1），根据SCD的语义强度进行逐层检查。
表1 规范性检查体系
2）二次设备信息补充模型
现阶段工程应用中的SCD所包含的信息不能满足二次安措票的需要，缺少硬接点信号、出口硬压板和光纤端子等信息；对于常规电缆采样的保护设备，还缺少交流回路信息。因此，需建立二次设备信息补充扩展模型，完善二次安措票所需的智能变电站物理信息的部分内容，从而使二次安措自动生成数据库满足生成准确性的要求。二次设备信息补充模型的存储格式和说明见表2。
表2 二次设备信息补充模型的存储格式和说明
3）软压板与虚回路映射关系
基于SCD建立保护软压板与虚回路的映射关系是准确生成二次安措中需投退软压板的关键。根据Q/GDW 1396—2012 IEC 61850《工程继电保护应用模型》规范，GOOSE发送软压板与发送虚端子，可以通过ref引用名和实例号对应的方式进行映射；而GOOSE接收软压板和SV软压板描述则比较模糊，需通过人工进行映射。
在500kV智能站保护中，只有主变保护和母线保护设有GOOSE接收软压板，而对于采取电缆常规采样的智能站保护，则不存在SV接收软压板。可根据接收虚端子的引用名来区分SV链路和GOOSE链路，SV链路前缀为SVIN，GOOSE链路前缀为GOIN。
（1）GOOSE链路与软压板的映射关系
保护装置为发送端设备，可根据虚端子描述中的特定字眼来判断该描述对应的软压板类型，同时对应相应的软压板数据集引用名。因此，对映射关系可根据虚端子描述进行分类，通过搜索保护装置软压板数据集中的引用名即可确定其对应的软压板，且保护装置虚端子和软压板的实例号相同。
当线路或断路器保护为发送端设备时，软压板与数据集中引用名的对应关系见表3。当母线保护为发送端设备时，软压板与数据集中引用名的对应关系见表4。当变压器保护为发送端设备时，软压板与数据集中引用名的对应关系见表5。
母线或主变保护作为接收设备，再增加启动失灵接收软压板，即在软压板数据集中寻找相对应的失灵开入软压板，由于虚回路和软压板信息没有对应关系，因此需要人工对应，如“高压1侧失灵开入”对应“高压1侧失灵开入软压板”。
表3 线路或断路器保护为发送端设备时软压板与数据集中引用名的对应关系
表4 母线保护为发送端设备时软压板与数据集中引用名的对应关系
表5 变压器保护为发送端设备时软压板与数据集中引用名的对应关系
母线保护出口至智能终端和边断路器保护的跳闸和启动失灵开出共用跳闸软压板，即在软压板数据集中寻找相对应的跳闸软压板。对智能终端不设置GOOSE发送/接收软压板。
（2）SV链路与软压板的映射关系
SV链路与SV接收软压板一一对应，即在软压板数据集中寻找相对应的SV接收软压板，由于虚回路和软压板信息没有明确的对应关系，因此需要人工进行映射。
4）二次安措自动生成策略
以检修设备为中心，根据二次虚回路搜索确定所有的相邻设备，同为检修，即为非隔离回路；一侧检修一侧运行，即为安全隔离回路，确定安全隔离边界，按照二次安措指导原则来确定所需执行二次安措的回路。
2.3 常规站二次安措自动生成的关键技术
常规变电站不同于智能变电站，没有类似于智能变电站SCD的全站数据源，因此常规变电站二次安措自动生成技术基于专家库实现：①首先编制本地区500kV常规变电站内各类型保护设备（线路保护、主变保护、开关保护、母差保护等）在消缺、校验、技改等不同检修模式下的二次安措票模板，并进行汇编整合；②收集本地区500kV常规变电站历史检修作业的二次安措票，按设备类型和检修作业类型进行两级分类归档，通过汇编票和历史票的组合形成完备的常规站二次安措票专家库。
从后期维护管理的便捷性、所存储的信息量、层次关系表达上来考虑采用可扩充标注语言（extensible makeup language, XML）文件存储的方式。层级关系上参照变电站二次安措票Word的格式进行设计。层级主要分为以下几层：工作内容层、屏柜安措内容层、基本信息子层、二次安措步骤子层、二次设备状态子层、停电范围子层和回路分析子层，见表6。
鉴于历史原因，运行年限较长的500kV常规变电站设计各具特点，为此在专家库中加入了安全风险提示模块（例如线路保护出口至安稳装置、开关保护与母差保护共用电流互感器绕组等），以便软件在调用专家库内的二次安措票后，检修人员能够有针对性地对其进行二次审核，继而形成准确的二次安措票。
2.4 二次安措全流程管控技术
根据二次安措在线管控流程，可将移动端APP的功能分为9个模块，即待办事项、已办事项、安措开具、安措编辑、安措实施、安措归档、归档查询、汇编查询和工作任务。根据二次安措管控要求，班组长、工作负责人、二次安措签发人、工作班成员具备不同权限，以实现二次安措的安全管控。移动端APP中不同检修作业角色的权限分配如图4所示。
表6 常规站层级关系存储格式和说明
图4 移动端APP中不同检修作业角色的权限分配
1）待办事项模块
在待办事项中，安措签发人可查看审核工作负责人提交的二次安措票，具有通过、驳回权限。审核完成后的签字确认会流转至工作负责人的待办事项中，同时进入本人已办事项。工作负责人可以查看二次安措的审核状态：若通过，则确认后可进入安措实施阶段；若被驳回，则需进入安措编辑模块进行修改，并再次履行审核手续。
2）已办事项模块
该模块向包括工作班成员在内的所有人员开放，可由此模块查看不同检修作业任务的二次安措票，不支持编辑修改。
3）安措开具模块
安措开具模块只向工作负责人开放，移动端APP根据具体的检修作业任务向后台服务器发送二次安措票生成请求，服务器端根据上述信息，由软件自动生成二次安措票，并返回至移动端APP。
4）安措编辑模块
自动生成的二次安措支持二次编辑，可根据实际情况修改安措内容以及安措执行顺序，记录一次设备停电范围以及安全隔离回路分析。二次安措编制完成后，经现场勘查核对并签字确认后由工作负责人发送给签发人进行审核签发。由签发人驳回的二次安措也需要工作负责人在编辑模块中进行修改。
5）安措实施模块
安措实施模块包含安措执行与恢复两阶段，执行时，由检修人员记录二次设备的状态，包括压板位置、切换把手位置、空开位置、定值区、端子状态以及告警信号，与运维人员共同签字确认。具备顺序引导功能，执行一步确认一步，若出现顺序错误或漏项，或未对所有涉及屏柜执行二次安措，则无法完成确认。恢复二次安措时，顺序相反，同时需将保护装置状态恢复至初始状态，与运维人员共同完成签字确认。
6）安措归档模块
归档前，移动端APP将本次检修作业二次安措内容转换成Word格式展示，更加直观地对本次检修的所有二次安措票进行检查；检查无误后，可将本次检修的安措票上传至服务器端进行归档处理。归档完毕后，可切换至归档票查询界面查看归档是否完成。
7）归档票查询模块
支持对已归档的各个变电站历史检修作业二次安措票的下载查看（Word格式）。
8）汇编票查询模块
支持对本地区编制的500kV常规站及智能站汇编票的下载查看（Word格式）。
9）工作任务模块
支持班组长导入编辑工作计划（Excel格式），将每月的工作任务下发至相关负责人；相关负责人在此模块可以查看各自的工作任务。
3 工程应用
该500kV变电站二次安措移动管控平台在江苏500kV钟吾变保护首检和500kV任庄变开关保护更换工程中得到了实际应用。针对实际作业项目，自动生成二次安措票，在移动端APP上完成了二次安措票的审核签发流程以及归档，分别如图5和图6所示。
图5 自动生成软件的实际效果
图6 移动端APP的实际效果
现场实际应用表明，智能变电站二次安措票自动生成准确性高，常规变电站自动生成的二次安措票极大减轻了检修人员的工作量，同时对二次安措的执行与恢复起到了引导与监护的作用，提高了作业的规范性。实际检修作业的二次安措票如图7所示。
图7 实际检修作业的二次安措票
二次检修人员利用在线管控平台完成了二次安措的审核签发流转，实现了对二次安措票的全流程管控。随着归档的二次安措票数量的不断增加，该管控平台的专家指导功效将在未来的检修作业中愈发突显。
4 思考与讨论
1）500kV智能变电站二次安措自动生成技术的准确性取决于该站SCD的规范性以及二次设备补充信息的准确性。随着江苏主干网架的快速发展以及二次设备规范化和标准化程度越来越高，500kV智能变电站面临的技改和扩建工程量会迅速增长，将导致智能站SCD频繁被改动，电缆常规采样、保护装置就地化的发展趋势也使得智能变电站技术周期进一步缩短，因此，对智能站SCD需根据工程实际进行有效管控，同时对二次设备信息补充模型也需要及时维护，以确保二次安措自动生成数据源的准确性。
由于目前二次安措在线校核受限于现场安全管控的要求，不具备实际应用的条件，因此，在现场实际工作中对于自动生成的二次安措票，仍然建议由专业人员进行二次审核，以满足现场安全的需求。
2）常规变电站缺乏类似于智能变电站SCD这样的数据源，受此限制500kV常规变电站二次安措自动生成技术依赖于专家汇编票和历史检修安措票，因此自动生成的二次安措票的即用性有待提升，借鉴智能站二次设备信息补充模型的思想，后期可对常规站二次图纸进行数字化整理，从而提高其自动生成的完整性。
3）500kV变电站设计建设规范化程度的提升，有利于针对各项检修任务制定标准化的作业流程。运检智能化在工程应用中的可行性会进一步提高，移动互联网、大数据以及云计算技术的发展为运检智能化提供了可靠的技术支撑。以移动智能终端为载体，可满足更多运维检修作业现场的实际需求，例如运维人员日常巡检测温、检修人员现场作业和远程指导等。
5 结论
本文设计并开发了500kV变电站二次安措移动管控平台，集成了500kV智能变电站和常规变电站二次安措票的自动生成、审核、签发、执行、恢复、归档、查询等功能，实现了二次安措票的在线管控，解决了500kV变电站检修作业二次安措票编制难度高、风险大的问题。
现场应用表明，该管控平台可减少检修人员的工作量，提高二次安措票编制、审核及签发效率，进一步规范检修人员的作业习惯，提高现场工作效率，降低电网运行安全风险。该500kV变电站二次安措移动管控平台的开发与应用为提高运检智能化积累了现场实践经验。