智能变电站二次安措在线监视和校核系统的设计与实现

针对目前智能变电站二次安措票填写容易出错及安措执行效率不高、在线监视和校核无法覆盖所有二次安措状态的情况，国网江苏省电力有限公司无锡供电公司、南京五采智电电力科技有限公司、湖北大学的研究人员刘志仁、曹伟杰、曹卫国、宋强、李科，在2020年第7期《电气技术》杂志上撰文，提出了一种基于制造报文规范网的二次安措在线监视和校核方法，设计了一套二次安措系统。

系统集成了安措票手动图形开票及一键自动生成功能，自动导出Word格式的安措票及XML格式的电子安措票。开发了一种具有回传功能的离线终端，解析电子安措票，加以配合二次安措服务器从制造报文规范网实时采集信息，由监护人员对每步操作进行确认，进而实现所有二次安措状态的采集、监视和校核。通过自动生成与在线监视校核两方面，提高智能变电站现场改扩建、检修和缺陷处理的工作效率，同时降低人为因素造成工作失误的风险。

智能变电站采用先进、可靠、环保的智能设备，在IEC 61850通信规范基础上实现了全站信息数字化、通信平台网络化，改变了以往传统变电站采集、保护、出口由单一装置实现的现状，而由继电保护、合并单元、智能终端等自动装置连接组成的系统来实现。

随着我国经济技术发展，对电力需求越来越大，“十三五”期末预计新建智能变电站将达到8000座，我国已成为智能变电站投运数量最多的国家。二次检修安全措施作为应对智能变电站投运后消缺、检修、升级及改扩建等现场工作的技术保障，对确保智能变电站人身和设备安全及电网的稳定可靠运行具有重要意义。

目前在智能变电站二次安措方面已有较多的研究。在安措票自动生成方面，基于变电站配置描述（substation configuration discription, SCD）对象模型、典型继电保护语义、形式化描述机制、专家系统等技术，实现了安措票的自动生成，大幅提高安措票编制的效率和正确性。

在安措票闭环管理方面，基于移动作业终端，建立一套完整的二次安措信息化管理系统，通过该系统可以实现安措信息的全过程收集及无纸化办公，实现了安措票的全生命周期管理。在二次安措具体实施方面，提出了二次安措的一般性原则，并分析了典型检修状态以及非典型检修状态下的具体实施细节。

在安措工作管理方面，提出了一套基于移动互联网的二次安措确认系统，使试验人员严格按照流程执行安措工作，保证了安措工作的安全、正确执行。在二次安措离线校核方面，主要研究安措票的校核，检验该操作是否会造成保护的误闭锁或误动作。在二次安措在线监视校核方面，主要实现软压板的监视和遥控防误闭锁。

以上几个方面研究多是相互独立开展，并没有融合贯通构成完整的二次安措系统，且在线监视和校核仅仅是对可从站控层网络上实时采集的部分信息简单监视，例如软压板、检修压板等，无法实现包括空开、出口硬压板、电压/电流互感器端子连片等在内的所有相关信息全覆盖、全流程监视和校核。

针对上述问题，本文开发出一套基于智能变电站站控层网络的二次安措在线监视和校核系统，由安措配置自动出票管理软件、二次安措服务器和离线终端构成。安措配置自动出票管理软件实现手动图形开票或者安措票自动生成，以及安措票的全生命周期管理功能。二次安措服务器和离线终端配合实现安措执行过程中所有安措状态信息的在线监视与校核、故障定位和告警等功能。辅助检修人员开展二次安措工作，提高工作的正确性和安全性。

1  二次安措相关状态采集方法

1.1  直接监视的状态

直接监视的状态包括各个智能电力设备（intel- ligent electronic device, IED）的软压板和检修硬压板。合并单元和智能终端的检修硬压板通过测控装置采集上送。二次安措服务器接入站控层网络，解析制造报文规范（manufacturing message specification, MMS）文件，可实时获取此类信号状态及其变化信息。

1.2  间接监视的状态

间接监视的状态主要指IED的光纤连接状况，无相应遥信进行直接监视，但可通过IED发出的链路中断信号进行间接监视。二次安措服务器实时采集MMS网络中的链路告警等信息，告警定位功能自动分析出光纤链路故障点，进而得到安措执行过程中的光纤拔插情况。

1.3  无法实时监视的状态

无法实时监视的状态包括空气开关、出口硬压板、电压/电流互感器端子连片等状态。对于此类安措状态信息，无法通过MMS网实时监视，因此在安措执行过程中，由监护人在离线终端上确认每一步的操作信息及状态，最后通过离线终端回传的方式发送给二次安措服务器，实现信号状态的采集。

2  方案设计及软件实现

对于安措票生成及管理、安措实施及管理，已有文献论述，此处不再赘述。本文重点讨论安措在线监视和安措在线校核等系统难点。

2.1  整体设计流程

整体设计方案流程如图1所示。

图1  整体设计流程

1）在检修班组电脑上安装安措配置自动出票管理软件，导入终版SCD和安措补充模型文件，解析并获取IED之间的逻辑回路关系以及全站二次安措的对象信息。

2）用户通过图形化界面选定检修设备，经过自动生成安措规则计算，同时依据当地的安措票模板格式，自动生成Word版安措票和XML版电子安措票。其中电子安措票内容包括检修域、影响域设备、详细的安措执行步骤及期望值、操作对象的引用名等信息。

3）用户也可使用软件图形开票功能，自主开票，生成Word格式的安措票和XML格式的电子安措票。

4）将电子安措票分别导入离线终端和二次安措服务器，终端和服务器解析电子安措票，获取到操作步骤、期望值等信息。

5）二次安措服务器通过MMS服务进程，实时从站控层网络获取二次安措相关状态信息，以图形可视化的方式实时更新，对安措操作进行在线监视和校核，发现异常，告警提示。

6）安措执行过程中，监护人在离线终端上对每一步的操作内容进行确认，包括操作内容和对象状态等，离线终端对操作步骤进行离线校核。

7）操作完毕，将离线终端记录的操作信息和对象安措状态回传到二次安措服务器，更新无法实时监视的安措相关状态信息，例如出口硬压板、空开、电流/电压互感器端子排连片等。

8）二次安措服务器图形化界面上实时更新回传的状态信息，最终将安措票、监视到的各种报文、校核结果等内容归档入历史库，并提供查询接口，可按安措票号、起止时间、设备过滤等查询条件进行检索。

2.2  安措在线监视软件架构及实现

1）安措在线监视软件架构

安措在线监视软件基于Linux系统研发，采用Qt语言实现软件平台，开发出配置库、实时库和历史库功能模块，用户通过该软件，可方便查看二次安措所有对象的实时状态信息、告警报文信息、历史检索信息等内容。

2）安措在线监视软件实现

图2所示为安措在线监视软件设计结构图。

二次安措服务器接入MMS网，通过MMS服务与站内IED连接，读取装置实时上送的各种安措状态信息。通过离线终端读取无法实时监视的安措状态信息，通过报文以及图形化界面实时更新显示，最终把结果存入历史库归档。

图2  安措在线监视软件设计结构图

2.3  安措在线校核软件架构及实现

1）安措在线校核软件架构

安措在线校核软件同样基于Linux系统研发，采用Qt语言实现软件平台，通过移植MMS 应用、XML解析功能和图形可视化功能，用户可方便获取判定结果。

2）安措在线校核软件实现

图3所示为安措在线校核软件设计结构图。

图3  安措在线校核软件设计结构图

用户导入电子安措票，程序根据电子安措票解析出安措执行步骤及期望结果，同时通过MMS 网读取以及离线终端回传的方式，获取当前安措执行状态，再根据期望结果进行判定，最后通过可视化表格界面展示在线校核结果。

3  安措在线监视技术

3.1  关联域的自动生成

关联域由检修域和影响域构成。检修域由待检修设备组成，包括保护、测控、终端等智能设备。影响域则是开展检修工作时，有可能受到影响的二次运行设备所组成的域。

以某220kV智能变电站，检修一条典型220kV线路间隔为例，检修域包含该线路的合并单元、智能终端、线路保护等装置，影响域包含母线保护装置。我们以A套设备为例进行说明。

在图4所示安措票一览表中导入一张电子安措票，点击该电子安措票，自动生成图5所示的关联域视图。

关联域能够清楚地表达检修域和影响域所含设备，以及设备间所传输的虚端子数据流。点击数据流箭头，自动生成并弹出相应的虚端子软压板混合视图，如图6和图7所示，其中软压板和检修压板状态依据MMS报文实时更新。

图4  安措票一览表视图

图5  关联域视图

图6  软压板虚端子混合视图一

图7  软压板虚端子混合视图二

3.2  安措状态的监视

系统以屏柜为单位，自动生成各个屏柜安措状态图，图中包括二次安措所有相关状态信息，例如软压板、空气开关、检修压板、出口硬压板、光口连接、电压/电流互感器端子连片、装置通信状态等内容。

各种安措状态采用图形和颜色区分，当发生状态变化时，外加闪烁提示。用户在监视画面上能够清晰地查看各种安措对象的实时状态以及变化情况，直观地把控安措工作的开展。图8和图9分别为线路保护柜和线路智能控制柜安措状态图。

图8  线路保护柜安措状态图

图9  线路智能控制柜安措状态图

3.3  告警报文的监视管理

图10所示为告警显示视图。实时动态展示站内IED上送的各种信息，方便用户浏览、查找、打印等操作。

图10  告警显示视图

图11所示为信息检索浏览视图，提供对历史数据的查询、调阅、导出、打印等功能，作为辅助分析问题的手段。检索条件包括以下几个方面：

1）时间设定。可以实现某个时间段内报文信息的查询。

2）过滤设置。输入安措票号，能够查询出该安措票执行期间所上送的报文信息；选择指定间隔或者设备，能够查询出对应间隔或设备的报文信息。

3）历史安措票。输入安措票号，可以调出该安措票的执行和校核结果报告信息。

图11  信息检索浏览视图

4  安措在线校核技术

依据导入的电子安措票，软件解析出操作步骤、期望值等信息，自动生成安措在线校核界面，如图12所示。

1）智能跳过。表示该步骤暂时跳过在线校核。对于出口硬压板、空开、端子连片等无法实时获取的信号状态，软件自动勾选该步骤，在线监视时自动跳过，不对后续步骤做闭锁判别逻辑，其状态由离线终端回传获得。

2）回路类别。表示具体安措操作内容的类别。

3）安全措施内容。表示具体的安措执行步骤信息。

图12  安措在线校核视图

4）执行情况。初始状态表示操作执行前的状态；当前状态表示操作执行后的状态；目标状态表示正确操作下应该达到的状态；正确与否表示当前操作步骤是否正确，若当前状态和目前状态一致，则判定执行正确，否则判定执行错误。

5）变位时间。表示当前状态的触发时间。

6）备注。表示对操作步骤的补充说明。

5  结论

本文分析了二次安措在线监视和校核的需求，在对二次安措相关状态采集方法进行研究后，设计了二次安措在线监视和校核系统；然后对系统中关键的方案设计及软件实现、在线监视技术和在线校核技术进行了较为深入的探讨，并结合具体事例，进行了效果演示。

本文提出的智能变电站二次安措在线监视和校核系统中，安措票自动生成技术可以大大减少运行人员编写安措票的时间，由数min缩短到数s，且不受检修运维人员技术水平差异的影响，提高了二次安措票编制的效率和正确性、完整性；在线监视和校核技术有效保证了安措执行步骤的正确性，提高了电网的安全运行水平，从而为智能变电站检修作业的有效开展提供有力的辅助手段。