隨著國家電網(wǎng)公司“三集五大”體系的不斷推進(jìn)，各個地區(qū)逐漸推行了變電站無人值班化管理。智能變電站具有全站信息數(shù)字化、通信平臺網(wǎng)絡(luò)化、信息共享化的顯著優(yōu)點，為電力調(diào)度控制中心實行集中監(jiān)控提供了有利的條件，因而得到了廣泛應(yīng)用。
智能變電站有別于常規(guī)變電站和數(shù)字化變電站，220kV智能變電站的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)通常采用“三層兩網(wǎng)“式，分別是站控層、間隔層、過程層和站控層網(wǎng)絡(luò)與間隔層網(wǎng)絡(luò)[1]。這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)方式使現(xiàn)場信息得到了共享，減少了二次接線，使信息流更加清晰、明朗，也使一些新技術(shù)的采用變成了現(xiàn)實，如狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)、一鍵順控技術(shù)等等。
近年來，智能變電站的數(shù)量快速增加，但是運(yùn)行與維護(hù)經(jīng)驗還不豐富。新的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和現(xiàn)場保護(hù)裝置使智能變電站的運(yùn)行與維護(hù)方式發(fā)生了較大的變化，給運(yùn)維人員現(xiàn)場工作帶來了一定的困難。本文結(jié)合信陽地區(qū)所轄220kV變電站出現(xiàn)的問題和解決方法，對現(xiàn)場典型問題進(jìn)行了分析與研究，對現(xiàn)場的運(yùn)行和維護(hù)經(jīng)驗進(jìn)行了總結(jié)。
IEC61850標(biāo)準(zhǔn)提出了變電站自動化系統(tǒng)功能分層的概念，功能分為三個層次，如圖1所示，從上到下依次分為站控層、間隔層和過程層，箭頭表示層間設(shè)備通信和層與層之間的數(shù)據(jù)和命令通信。
如站控層和間隔層之間相互交換保護(hù)和控制數(shù)據(jù)，站控層將接收來的信息進(jìn)行分析、存儲等，以進(jìn)行自動電容器投切等高級應(yīng)用，并提供給調(diào)度和后臺機(jī)監(jiān)控；同時，間隔層接收從站控層傳輸來的遙控操作命令，并進(jìn)行間隔層五防邏輯判斷后執(zhí)行。間隔層之間保護(hù)和測控裝置相互交換信息，如聯(lián)閉鎖功能的實現(xiàn)，母差保護(hù)和線路保護(hù)裝置之間的數(shù)據(jù)交換等。
站控層的功能是利用全站信息對全站一次、二次設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制，采用冗余設(shè)計的雙網(wǎng)配置，即MMS（mademessagestandard）網(wǎng)絡(luò)；間隔層接收過程層信息，對設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)視，起保護(hù)作用；過程層是一次設(shè)備的數(shù)字化接口，主要包括一次設(shè)備、合并單元和智能終端，與間隔層之間通過光纖進(jìn)行數(shù)據(jù)連接，傳遞一次設(shè)備狀態(tài)量。
2兩個典型問題分析
本節(jié)對信陽地區(qū)所轄智能變電站運(yùn)行維護(hù)期間出現(xiàn)的問題進(jìn)行了總結(jié)，與傳統(tǒng)變電站比較以找出智能站的不同之處和問題出現(xiàn)原因，為今后智能站的運(yùn)行維護(hù)提供參考。
2.1站控層通道通訊異常信號及現(xiàn)象
運(yùn)維人員例行巡視時，發(fā)現(xiàn)后臺機(jī)大量報出“220kV線路1保護(hù)A.B網(wǎng)斷開”、“220kV線路1保護(hù)B.B網(wǎng)斷開”、“110kV線路1保護(hù).B網(wǎng)斷開”等信號。
運(yùn)維人員對該220kV線路兩套保護(hù)及測控裝置和110kV線路1保護(hù)與測控裝置進(jìn)行了檢查，未發(fā)現(xiàn)保護(hù)裝置有異常，且保護(hù)裝置運(yùn)行燈亮，報警燈滅，現(xiàn)場一次設(shè)備運(yùn)行正常。與調(diào)控中心聯(lián)系，調(diào)控D5000系統(tǒng)及遠(yuǎn)動裝置均正常運(yùn)行，沒有任何異常信號。
2.2站控層通道通訊異常信號原因及影響分析
1）故障分析
目前，110kV及以上電壓等級站控層網(wǎng)絡(luò)采用雙星形以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，一般間隔層裝置的雙網(wǎng)共用CPU，MAC和PHY（physicallayer）獨(dú)立避免雙網(wǎng)互相干擾。雙網(wǎng)冗余的一種實現(xiàn)方式是，雙網(wǎng)處理同一份數(shù)據(jù)，由應(yīng)用程序根據(jù)各自MMS報文的字段進(jìn)行冗余處理。另一種實現(xiàn)方式是一個網(wǎng)通信，另一個網(wǎng)絡(luò)熱備用，即維持MMS的connect狀態(tài)。任何一個網(wǎng)絡(luò)斷鏈，不會造成緩沖報告和日志的丟失，提高可靠性。
變電站內(nèi)同站控層連接的設(shè)備有調(diào)控監(jiān)控主機(jī)、五防工作站、網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)、調(diào)度主站、信息保護(hù)子站、故障錄波器等，站控層通過接受保護(hù)與測控裝置上傳的保護(hù)信息，傳送給監(jiān)控主機(jī)顯示，并經(jīng)過故障錄波器記錄分析，同時接收變壓器非電量保護(hù)信號，調(diào)控人員通過測控裝置進(jìn)行遠(yuǎn)程操作。
當(dāng)站控層通道通訊出現(xiàn)異常時，將會影響與站控層網(wǎng)絡(luò)連接的運(yùn)行設(shè)備，造成實時數(shù)據(jù)無法處理，監(jiān)控主機(jī)失去遙信信號，無法進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控操作，失去對現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行和保護(hù)動作情況的監(jiān)視。在這種情況下，調(diào)度與控制中心無法獲得現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行情況。當(dāng)出現(xiàn)故障時，調(diào)控中心無法獲知故障發(fā)生，會導(dǎo)致故障范圍擴(kuò)大，擴(kuò)大停電范圍，造成大量的負(fù)荷損失和不利的社會影響。因此，對于通道通訊，網(wǎng)絡(luò)中斷的信號必須加強(qiáng)監(jiān)視，并立即處理。
根據(jù)第1部分的分析和對智能變電站“三層兩網(wǎng)”方式的分析，后臺機(jī)報所有裝置的通道通訊，B網(wǎng)斷開，問題出在站控層MMSB網(wǎng)，該網(wǎng)絡(luò)通訊中斷，影響了連接在該網(wǎng)絡(luò)上的所有通信設(shè)備和保護(hù)測控裝置。
目前，智能變電站站控層采用雙網(wǎng)設(shè)計，分為MMSA、MMSB網(wǎng)，一個網(wǎng)絡(luò)的中斷不影響站控層的運(yùn)行，因此調(diào)控中心的調(diào)度自動化系統(tǒng)不受影響。但是此類信號降低了站控層網(wǎng)絡(luò)通信的可靠性，存在全站失去監(jiān)控的可能，需要立刻處理。
站控層網(wǎng)絡(luò)異常的常見原因有：
?。?）裝置物理網(wǎng)卡MAC地址沖突，在調(diào)試和運(yùn)行中均可引起ARP（addressresolutionprotocol）風(fēng)暴，影響網(wǎng)絡(luò)上所有裝置
?。?）IP地址沖突，在調(diào)試和運(yùn)行過程中，后臺的ARP更新后會向另外一臺相同IP的裝置發(fā)起連接，影響相同IP地址的幾臺裝置
?。?）交換機(jī)被環(huán)接，一封或幾封經(jīng)過交換機(jī)的報文會在網(wǎng)絡(luò)中循環(huán)，引起網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴，影響接收報文的幾臺裝置
?。?）網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴發(fā)生期間，裝置CPU資源被網(wǎng)絡(luò)任務(wù)占用，處于假死狀態(tài)，此時裝置的雙網(wǎng)均失效
?。?）裝置網(wǎng)口和網(wǎng)線異常
2）故障處理
站控層通道通訊異常信號的處理：由于經(jīng)過了調(diào)試和驗收，現(xiàn)場通訊異常通常與線路損壞或者交換機(jī)故障所致，應(yīng)該首先對光纜線路及站控層和過程層交換機(jī)運(yùn)行情況進(jìn)行檢查。經(jīng)過運(yùn)維人員現(xiàn)場排查發(fā)現(xiàn)，站控層II區(qū)交換機(jī)故障，影響了站控層信息的傳輸。故障交換機(jī)經(jīng)過廠家調(diào)試后恢復(fù)正常，后臺機(jī)報警信號消失。
2.3間隔層通道通訊異常信號及現(xiàn)象
220kV赤城站某次現(xiàn)場故障信號為：“220kV母線保護(hù)AGOOSE4A網(wǎng)鏈路中斷動作”、“220kV母線保護(hù)ASV總告警動作”、“220kV母線保護(hù)A第2組SV線路2鏈路中斷動作”等信號。間隔層GOOSE指面向?qū)ο笞冸娬臼录?，SV指電壓、電流采集量信號。
現(xiàn)場檢查保護(hù)裝置發(fā)現(xiàn)，220kV線路保護(hù)正常，母線保護(hù)的A套保護(hù)裝置報警燈亮。
2.4間隔層網(wǎng)絡(luò)鏈路中斷信號分析[4-5]
如圖2為220kV線路單套保護(hù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖，保護(hù)裝置與合并單元和智能終端為“直采直跳”模式，保護(hù)裝置直接從合并單元接收SV采集信號，從智能終端獲取刀閘和開關(guān)的位置，并直接向智能終端發(fā)出跳合閘命令。
同時，同一網(wǎng)絡(luò)中的SV信號也傳至SV網(wǎng)絡(luò)，并通過網(wǎng)絡(luò)將信息傳送至母線保護(hù)裝置，母線保護(hù)裝置根據(jù)這些信號進(jìn)行故障判斷。變壓器測控裝置從GOOSE和SVA、B網(wǎng)同時獲取采集量和位置信息，并通過GOOSE網(wǎng)絡(luò)傳輸命令信號。
1）故障分析
這些現(xiàn)場信號表明，該220kV變電站的A套母線保護(hù)已經(jīng)失去對母線的保護(hù)作用，需要申請調(diào)度立即退出該套保護(hù)并進(jìn)行故障查找。
常見過程層網(wǎng)絡(luò)異?，F(xiàn)象及原因為：（1）網(wǎng)絡(luò)環(huán)接后引起的網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴；（2）光纖熔接頭或者插頭等位置異常，引起鏈路中斷；（3）戶外柜安裝的裝置由于工作溫度過高引起的報文收發(fā)異常；（4）光纖出現(xiàn)折斷現(xiàn)象。
根據(jù)以上可能發(fā)生故障的原因進(jìn)行逐條查找，發(fā)現(xiàn)并沒有產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴，而且戶外柜溫度適宜，不影響運(yùn)行。
2）故障處理
在對光纖通道的檢查時，發(fā)現(xiàn)220kV母線保護(hù)的A套同現(xiàn)場智能終端間的光纖連接中斷，確認(rèn)原因為光纖損壞影響了鏈路。SV中斷的原因同樣為母線保護(hù)裝置同母線合并單元之間光纖損壞造成的。
因此，現(xiàn)場出現(xiàn)GOOSE、SV斷鏈信號時，應(yīng)該立即確認(rèn)光纖通道正常，否則一旦線路發(fā)生故障將會造成事故擴(kuò)大。在現(xiàn)場施工過程中，應(yīng)該加強(qiáng)對光纖和光纖頭的保護(hù)，避免留下安全隱患。運(yùn)維人員在巡視過程中也需要對電纜溝加強(qiáng)巡視，及時發(fā)現(xiàn)以避免小動物侵害。
3運(yùn)維人員的應(yīng)對與措施
智能變電站網(wǎng)絡(luò)模式的變化以及新技術(shù)的普遍采用，對運(yùn)維人員提出了新的挑戰(zhàn)。運(yùn)維人員必須在以下方面進(jìn)行提高，才能適應(yīng)目前運(yùn)維模式的轉(zhuǎn)變。
?。?）提高分析和決策能力；隨著變電站智能化程度的進(jìn)一步提高，可以提供豐富的現(xiàn)場設(shè)備參數(shù)和運(yùn)行狀況，甚至能夠進(jìn)行準(zhǔn)確的分析判斷，這就要求運(yùn)維人員能夠快速反應(yīng)，正確分析，采取適當(dāng)?shù)膽?yīng)對策略；
?。?）加強(qiáng)培訓(xùn)，提高智能化變電站的知識水平；IEC61850的應(yīng)用使變電站成為了一個一體化信息平臺，不同廠家、不同型號的智能設(shè)備實現(xiàn)了相互通信和互操作，改變了原來的網(wǎng)絡(luò)機(jī)構(gòu)，形成了三層兩網(wǎng)模式，帶來了新的概念和術(shù)語，如GOOSE、SV等術(shù)語，故障報文也與原來不同，如GOOSE斷鏈、SV采樣異常、對時異常等，由此還產(chǎn)生了一些新的二次設(shè)備，如合并單元、過程層交換機(jī)、設(shè)備安全防護(hù)裝置等。
?。?）不斷總結(jié)，提高運(yùn)維水平；運(yùn)維人員應(yīng)該對出現(xiàn)的問題及時總結(jié)歸納，從中發(fā)現(xiàn)智能變電站日常巡視和維護(hù)中的不同，提高運(yùn)維水平，保證設(shè)備的安全運(yùn)行。
4結(jié)語
智能變電站出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信故障時，應(yīng)立即查明與之相關(guān)的保護(hù)裝置信號、智能單元信號及交換機(jī)狀態(tài)，結(jié)合其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分析故障原因。排除光纖損壞和裝置故障后，保護(hù)人員可采用網(wǎng)絡(luò)分析儀等裝置抓取報文查找故障。
本文分析了智能變電站兩種典型通信故障的產(chǎn)生原因和危害，提出了解決方案和應(yīng)對措施，給智能變電站的運(yùn)行和維護(hù)提供了思路。
