数字化变电站光纤运维模式应用

姚浪 张彬 李为平 李青峰 杨波

摘 要：近年来，随着我国电网规模的高速发展，以及计算机、通信、控制技术发展，电力系统的运行管理模式也发生了重大变化。光纤作为继电保护通道得到广泛的应用，但运行过程中会出现大量衰减和中断的情况，而往往检测故障存在困难麻烦等问题。本文从数字化变电站的特点出发，分析集中监控运维模式，并为改进数字化变电站的集中监控运维模式提出建议。

关键词：数字化变电站;集中监控;运维模式

引言

据《BP 世界能源统计年鉴》2018 版显示，2017 年中国发电总量为 6495.1 太瓦时，占世界发电总量的 25.42%，与 2016 年相比年增长率达到 6.2%[1]，这与我国庞大的变电站基数分不开，而变电站作为整个电网的心脏，设备运行安全和运维检修人员人身安全是电力管理的重点、难点。

光纤作为继电保护的通道介质具有不怕超高压与雷电电磁干扰、对电场绝缘、频带宽和衰耗低等优点。随着电力光纤网络的逐步完善，光纤保护也将在继电保护领域中得到更为广泛的应用。但因为光纤保护的大量使用，通道所出现的问题也不断增加。在光纤运行过程中会出现大量衰减和中断的情况，比如交换机光口的接触不良，法兰盘光纤熔接不可靠。这些问题如没能及时发现，时间运行久了会造成设备报警，提示光纤断裂。这时候，运维人员就需要到现场进行光纤维护。而现场维护检测中，智能终端通过光纤连接到法兰盘，法兰盘后的光纤再经过多级交换机和保护装置连接。从智能终端一侧测试保护装置发光的损耗，非常的麻烦。

现目前，国家电网公司运维管理仍采用运维站和无人站相结合的变电站管理模式。运维班负责所辖变电站的现场设备巡视工作，运维巡视的主要目的是对变电一次、二次设备运行状态各方面量化数据进行统计，并及时发现并上报设备故障信息，适时安排检修人员进行维修，所以变电站设备运行安全状态的评估主要依赖于设备运维巡视。随着科技的进步和技术的发展，设备运维巡视的方式也逐渐改变，运维检测技术也不断提高，尤其光纤通道运行检测过程中存在很多问题，因此在检测维护过程中实现运维仪是必需的。

1 数字化变电站运维基本特征

1.1变电站运维现状

目前变电站建设了视频监控、微机保护等多个监护系统，用于变电站电气设备运行参数实时监控，保证在电气设备发生故障的第一时间，故障得以发现并通知，并使运维人员可以在短时间内快速响应。然而，单单依靠目视检查、视频监控、微机保护等监护系统，实现对电气设备的监测，其数据来源仍十分单一，远远不能满足变电站全方位监控的建设需求。对于电气设备的安全运行来说，导致其故障的因素很多，并不能只关注电气设备单一特征的内部或外部变化，如果不及时发现和消除隐患，可能会发展成各种故障，对电力系统的安全稳定构成威胁[2，3]。因此人工到站对设备运维巡视仍是必须的，而人工到站检查时只通过目视检查是不够的，智能化辅助工具是必须，比如数字化变电站光纤通路运维仪可作为此类工具，运用到光纤检查上。

数字化变电站巡视是运维管理的基础，可以有效保障电气设备安全，通过巡视发现设备的运行状态的变化，从而定位电气设备的缺陷和隐患，提出具体的维护内容，以便及时消除缺陷，防止事故发生，将故障降到最低限度，确保设备的安全和电力系统的稳定[4]。变电站设备巡检在变电站运行中起着非常重要的作用，能及时发现事故隐患，防止事故发生。

变电站，尤其是数字化变电站中，大量运行的设备都通过光纤进行通信连接。运行过程中会出现大量衰减和中断的情况。比如交换机光口的接触不良，法兰盘光纤熔接不可靠。

这些问题，建设过程中也许没有发现。但是时间运行久了，损害增加，造成设备报警，提示光纤断裂。这时候，运维人员就需要到现场进行光纤维护。

例如智能终端到保护测装置，智能终端通过光纤连接到法兰盘，法兰盘后的光纤再经过多级交换机和保护装置连接。

从智能终端一侧测试保护装置发光的损耗，非常的麻烦。

首先，需要用发光笔打光检测通路是否正常。

然后再用光功率计测试光纤损耗。法兰盘到设备端时，一端有有效光源而一端无光源，无法进行双向通信的测试。

备用光纤没有任何有效光源，无法进行衰减测试。

发光笔及光功率计配合只能测试一条光纤的通断和光衰。

如果要测试多条光纤的损害时，需要对应多倍的测试时间，工作效率极低。

1.2光纤运维目前监测技术

智能光纤监测技术（eODN）是光纤通信先进的网络运维技术。通信支撑是坚强智能电网的重要组成部分，而基于EPON（Ethernet passive optical network，以太网无源光网络的光纤通信以其无源可靠、经济高效、高速和远距离覆盖的特性，在智能电网配电自动化、用电信息采集和电力光纤到户的建设过程中得到了成熟和广泛的应用，不断提高配电、用电的效率和电力网络的可靠性。

eODN 智能光纤网络监测技术主要通过发送测试光脉冲到光纤内，然后对反射回的光进行检测。光纤末端、光纤断裂以及连接器等事件可以通过脉冲的反射反映到终端上，终端根据光反射回来所花费的时间来确定每个事件的距离。

采用eODN 智能光纤网络监测技术进行光链路状态监测和故障定位，采用双色曲线对比光路新旧事件。在光路状态正常情况下，启动终端测试，将健康数据曲线存储下来; 在网络运行过程中，终端测试数据实时刷新并同健康数据实时对比，从而实现光路的实时、在线、性能监测; 在光路出现故障以后，终端试的测试结果与健康参数数据将会出现明显差异，系统发生預警，通过两条曲线数据差异的对比分析即可获得故障点精确位置。

1.3光纤通道控制的优势

光纤通道首先在通信技术中得到广泛的应用，它是基于用光导纤维作为传输介质的一种通信手段。光纤通道相对于其他传统通道具有如下优势：

（1）频带宽，传输的信息量大。这样可以使线路两端保护装置尽可能多的交换信息，从而可以大大加强继电保护动作的正确性和可靠性。传输质量高，误码率低。这种特点使得光纤通道很容易满足继电保护对通道所要求的"透明度"。即发端保护装置发送的信息，经通道传输后到达收端，使收端保护装置所看到的信息与发端原始发送信息完全一致，没有增加或减少任何细节。

（2）抗干扰能力强。由于光信号的特点，可以有效的防止雷电、系统故障时产生的电磁方面的干扰，因此，光纤通道最适合应用在继电保护通道。

1.4光纤通道运维技术的研究

将发光笔和光功率计进行融合。设备发出的光源为有效光源，对端可直接接受测量光衰。发光源与接收器融为一体，即可发出有效光源，又可以测试光衰，从而实现双向通信测试。然后，将单个发光源和接受器扩展为多个发光源和接收器，可以同时进行多个光纤通道的测试。一旦发现通道中断，只需移动一端的测试器向对端继续测试，即可慢慢定位问题光纤位置。同时备用光纤的状态非常清晰，随时可以做替换使用。研究成果为测试设备对人身与环境无影响，在进行衰耗测试时，光纤通道已退出运行，对电网无影响，可实现8路同时测试;光纤类型多模单模兼容;光纤通道衰耗测试时间缩短50%，效率提高几倍。

2 数字化变电站集中监控运行

在变电站集中监控加少人值守管理新模式下，由集控中心负责各个受控变电站的运行监盘、无功设备投退、运行转热备用（热备用转运行）操作，调度的指令直接下达到集控中心，由集控中心负责组织调度指令的实施和异常事故处理，受控变电站现场实施少人值班，负责变电站的设备巡视、维护、定期轮换试验和场地设施维护工作，并在在集控中心的指挥下完成变电站现场的倒闸操作和异常事故处理。

新模式下突破传统的有人值班模式，规范集控、受控站的工作流程及业务分界面，丰富集控中心的工作内涵，让集控中心承担部分调度管理职能，通过集控中心和受控站地有序配合，有利于事故的快速处理，且大部分操作由集控远方遥控执行，变电站人员进行配合位置检查，及现场冷备用转检修操作的操作模式，大大提高了操作效率。数字化变电站的智能化设备、信息通信网络和远方监控能力为集中监控提供了最佳技术支持和保障。

3 运维模式具体实现

3.1监控和操作一体化

监控及操作一体化的模式对运行调度员的素质要求相对较高，因为调度员不但需指挥电网的设备操作、事故的处理与监视电网的運行参数，还需代替变电站值班的人员所监视变电站的本体设施运行情况、设备的保护操作与管理信息，工作量比较大，加大了运行调度员工作的负担，无法发挥地区的电网调度职能，导致出现操作失误与信息混乱等问题。

3.2监控和操作分设化

监控及操作分设化的模式有设置统一集中的监控中心，有相应的联系职能与操作职能，且实时监控所有变电站远程的工作。在运行操作班时，进行分区域的配置，可依据所在区域负责变电站操作与工作许可以及巡视、验收、处理事故的运行管理。此模式有效促进变电运行划分内部职能，职责更清晰。但因设置统一集中的监控中心，增加变电站时不需增加监控工作人员的数量，因此，当变电站的规模达到一定程度时，监控及操作分设化的运行模式减人增效特征最明显。

3.3区域监管化

对区域进行监控管理的模式主要是将监控设置于调度室，有利于实现调度与监控一体化，并且由运行调度员监控或是监控人员监控区域内设备的调度，有效将调度与监控一体化，提升了人力资源利用的效率，确保调度与监控的统一，对区域进行监控管理的模式在一定程度可作为是操作及监控分设化延伸。但此模式不适应于当前国家电网的调度模式，更利于在低于110千伏电压等级的变电站，或是密集区域实施。

4 运维模式改进建议

4.1采用综合监控技术

变电站的视频监控、环境监测、安全防范、火灾报警、门禁等子系统，大都采取独自运行的模式，使用不同的渠道采集信息，甚至各自拥有维护管理人员，这样无法实现所有系统的集中监控管理，间接减少了系统的工作效率，提高了它的使用和管理成本。所以数字化变电站集中监控尽量采用综合监控技术，使各系统之间的关系发生改变，不再是简单的功能复加，它们之间有了联系，并可以根据需要把相应的功能进行关联，在符合触发条件时同时发挥相应的作用。

4.2提高运行抗风险的能力

1）提升监控中心自动化的水平，有利于监控中心实现全面监视的能力，提升变电站的自动化系统保障能力，加快数字化的变电站研发工作，加强监控中心数据采失的能力。2）提升监控中心的值班人员素质，尤其是对监控中心的值班人员调度能力的培训需加强。3）扩宽远控操作的范围，加快研发程序化的操作。监控中心目前控制功能仅是对开关的远控操作，因而为编短操作的时间，提升操作的科技含量，需扩宽远控的操作范围，令监控中心具布远方控制功能。

4.3采用智能分析技术

集控站在所辖变电站有数以百计的监控单元，如果仅凭监盘值班员对后台视频监控机的监控显示画面进行监视，往往难以发现某个变电站出现的问题。以往的系统大都是釆用事后重现现场画面的方式，在事故发生后只起到分析原因的作用，无法起到警示提醒的作用。如果能够在事件刚发生之时就进行有效的制止和防范，对于变电站的安全平稳运行将起到显著的效果。但由于设置在站内的监控单元数量大、视频监控画面过多，会分散监盘值班员的注意力，无法及时注意到有效视频信息。利用智能分析技术，可以把无效信息过滤，通过分析处理后只保留有用的数据，并存储与集控站。智能视频分析技术与以往的监控技术相比，拥有更为出色的有效性和持久性，它的服务器可以对釆集信号进行分析处理，能够划分监控区域，识别运动物体，且可以不间断的进行监视，极大程度的减轻监盘值班员的工作量，发现异常时，能够及时监视有效画面并发出告警信号，避免了漏报和误报，提高了监盘值班员的工作效率。

4.4提高班组人员素质

在如今运维模式下，原有的工作流程发生了变化，这对班组人员工作中的 自我安全监督管控提出更高的要求。培养数字化变电站的运维人才将比传统变电站的更难，周期更长。在现场作业中风险增大、任务加重的情况，需建立有效的人才培训体系，制定如今运维人才评价标准，促进员工逐渐转变观念，才能保障运维高效工作的持续进行。

5 结语

随着经济的发展和人民生活水平的提高，电能在现代社会中的地位越来越重要，由各种发电厂里将其他形式的能量转化为电能，再由各类变压器和输电线路传入变电站，最后通过变压器和配线网络分配到千家万户。在这过程中，显然需要精确可靠的监控系统能够监视数字化变电站电能的品质并调度电能的流向。而传统的电力二次设备及其监控系统在改造，维护，可视化方面存在各种各样的不足。目前电力自动化技术的进步显著，数字化变电站综合自动化、变电站集中监控、调度自动化技术得到广泛应用。

本文基于变电站的运维现状，对数字化变电站的集中监控运维模式进行了探究，并提出了能改进的方法，能缩短故障维护时间，降低维护人员的工作强度，方便设备运行管理。

参考文献：

[1] 李春梅. BP世界能源展望（2018年版）发布[J]. 中国能源， 2018， 40（4）： 47-47.

[2] 李霖. 智能变电站运行维护管理探讨[J]. 硅谷， 2015（004）：196-197.

[3] 郑亚娟， 梁月欣， 郑立宁. 浅谈智能变电站运行维护管理[J]. 城市建设理论研究：电子版， 2016， 6（8）：00292-00292.

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