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摘 要：响应数字中国建设、能源革命等国家战略，数字化电网建设快速推进，已投及待建的智能变电站数量大幅增长，而智能站光纤回路特性所带来的二次运维的痛难点问题不断涌现，亟需解决。本文为解决智能站现有运维典型问题中的电子资料无档可归、日常运维无图可查和虚回路不可视化等问题，通过二次系统基础数据数字化技术，建立了涵盖各类二次系统结构化基础数据的知识库，同时依靠数字可视化移动终端、应用软件等载体，结合模型解析、特征图形关联技术，提出了二次系统回路可视化技术。本文所提出的智能变电站二次系统可视化技术在实际运维中取得了显著成效，实现了智能站二次系统基础数据100%数字化，且较日常运维效率提升超50%。

关键词：智能变电站；二次系统；可视化；虚实对应

0 引言

为深入贯彻数字中国建设、能源革命等国家战略，国内电力系统积极全面推进智能化、数字化转型，全力支持智能变电站的升级建设，努力建立坚强和安全的智能电网，提高供电可靠性[1]。智能变电站的二次系统与传统变电站有本质区别，采用光纤链路代替电回路传输全站信息实现继电保护功能。与之对应的，智能变电站由于采用光纤链路代替多条电回路，内部传递的信息摸不着、看不到，仍处于“黑匣子”阶段，所带来的痛难点问题和运维方式的改变对于站内运维人员造成巨大挑战[2-6]。

目前，智能变电站的相关运维材料管理十分混乱，既有传统变电站的纸质图档资料，也包含相应的电子资料即电回路数字化后出现的ICD、SCD、CCD以及虚端子连接表等重要电子资料，目前的台账规范、验收规范中没有对这些电子资料制定相应的标准，信息管理缺少依据。进一步，如上述的光纤回路的特性造成智能站物理传输实回路和信号虚回路之间缺乏“虚实对应”，导致运维人员无法像常规站一样直观发现异常电缆、装置和设备。

综合上述，为了解决现有智能变电站的数据管理混乱和二次回路非可视化问题，本文提出了一种智能变电站二次系统数字可视化方法及介质、装置，将智能变电站的各类信息数据清洗整合形成二次系统知识库，依据SCD解析和二次系统基础数据实现二次回路可视化，最终借助可视化应用软件和移动终端良好可视化展示，对智能变电站的数字化、智能化、高效化具有重要意义。

1 智能变电站二次系统运维现状

智能电网建设是能源与经济发展的必然趋势。一方面，稳妥有序推进能源结构转型升级，建立新能源为主的新型电力系统对实现碳达峰、碳中和目标具有重要意义。另一方面，促进数字经济和实体经济融合发展，需要推进电网数字化平台和能源大数据平台建设。在能源革命和数字革命双重驱动下，智能变电站已进入建设改造高峰期。智能变电站将会是今后变电站建设的主要方向，新建变电站中超过半数是智能站，以发达地区如珠三角、长三角近年来新建站均为智能站，且目前系统内大部分传统变电站已达12年技改周期，目前正在进行传统站改造成智能站的尝试，正是数字化转型的好时机。

智能变电站是由智能化一次设备、智能化辅助设备和网络化二次设备分层构建，建立基于 IEC 61850标准，实现智能电气设备之间信息共享交互的现代化变电站[7]。由于光纤回路代替传统的电缆回路，二次回路变成了看不到、摸不着的虚回路，加上运维习惯的改变和学习难度大，智能站的从建设到运维全过程暴露出了大量问题。针对现有智能站的大量运维经验，总结出的智能站二次系统运维典型的问题如下：

1）电子资料无档可归，智能站的台账缺乏全生命周期管理。智能站将变电站原有的电回路数字化，由此出现了ICD、SCD、CCD以及虚端子连接表等大量以往常规站没有的重要电子资料，而由于智能站尚未普及开，目前的台账规范、验收规范中没有对这些电子资料制定相应的标准，信息管理缺少依据。

2）日常运维无图可查，传统运维模式不能沿用到新的智能站运维方式。智能站物理传输实回路和信号虚回路之间缺乏“虚实对应”，导致运维人员无法像常规站一样直观发现异常电缆、装置和设备。二次虚回路不可视化使得故障排查时间变长、影响范围难以判断，运维人员对于定检、消缺、巡视等方面运维管理捉襟见肘。

3）现场安措无物可控，以往的安全管控措施亟需升级。常规变电站二次回路连接、保护出口、功能压板看得见，摸得着，可形成明显的物理断口，运维和检修人员形成了固有的习惯；智能站的二次回路不可视化，大大增加了变电站运维、检修的不可控性，缺乏对智能二次设备、SCD文件、软压板及虚回路等有效管控的技术手段和技术支撑平台，运维及运行操作过程中，很难有效避免误操作的可能。

为解决以上智能站二次系统运维典型的问题，本文结合南方电网智能变电站实况、电网运维系统基本数据及现代数字化技术，开展了智能变电站二次系统可视化技术研究（技术路线如图1），提出了二次系统基础数据数字化技术和二次系统回路可视化技术，来最终实现智能站二次系统全生命周期立体可视化。

2 二次系统基础数据数字化

针对上节所述的“电子资料无档可归，智能站的台账缺乏全生命周期管理”问题，本文整合南方电网公司的各类数据源，建立智能站二次系统综合信息数据库模型，通过数据获取、清洗、装置到二次系统知识库的建立和维护更新，实现二次系统基础数据数字化。

二次系统基础数据在运维人员作业时发挥着重要参考和指引作业，而现状是数据繁多且未合理处理，实际难以使用。对于二次系统基础数据，以数据源分类可以五类，分别为：

①设计院及厂家的图档资料：在初设阶段及竣工后，设计院针对智能站所设计的原理接线图（涵盖接线图、端子排图等）。一、二次设备厂家及设计院与业主方交付时及设备现场安装、调试时，厂家或试验机构所出具相应设备出厂试验报告、说明书、安装报告、交接试验报告等内容。

②智能站配置描述文件：即SCD文件，涵盖全站保护装置、测控装置、交换机等配置、链路连接信息，对于智能站的维护至关重要。

③二次运维系统台账：电网管理平台或班组保存的台账数据，包含设备的基本参数、技术参数、定值。

④SCADA系统二次运维记录：SCADA系统包括子站端和主站端，存储有变电站运行过程产生的各类设备告警信号、遥控操作记录、监控运行日志报表、保护动作信息等。

⑤日常站内作业记录：变电站运行人员日常巡检、巡视记录，二次设备运维人员在日常到站工作所记录的设备状态、设备缺陷、定检记录等。

针对以上二次系统基础数据源，经过如图2所示的数据处理步骤，最终实现二次系统基础数据数字化。具体数据处理步骤包含：二次系统基础数据获取、清洗、装载，二次系统知识库建立，知识库更新维护。

1）数据获取

由于智能站中二次相关设备数量多，结构复杂，数据量非常庞大。为了高效合理的获取有效数据，本文采用周期轮询或人工指令等方式获取智能变电站的二次系统不同数据源或系统的数据。获取方式的设置是取决于数据源的更新速度、重要程度。一般而言，将SCADA系统二次运维记录及其他实时数据采用周期轮询方式自动、及时获取，并根据类别合理设置周期。对于图档资料、配置文件等更新较少、周期长等非实时数据采用人工指令获取，避免无效获取，造成人力物力的浪费。

2）数据清洗：将数据获取阶段的二次系统基础数据进行针对性的筛选、校核，清洗出有效数据并按特定规则进行结构化后存储，重点针对部分残缺数据、异常错误数据、重复记录等问题数据进行校核并及时人工处理、补充。针对二次运维系统台账、SCADA系统二次运维记录等已按规则结构化的有效数据则直接存储。对日常站内作业记录、图档资料等按照保护设备、动作情况、告警内容、故障原因等关键信息进行结构后存储。

3）数据装载：将经过数据清洗后的数据按照自身特点形成各类电子化图表，将有效数据装载入二次系统知识库中。本文按特征属性如一二次设备ID、记录编号等形成的电子化图表有：施设厂家图、一次设备台账图表、二次设备台账图表、智能站配置描述文件表、告警记录表、故障缺陷记录表等。例如二次设备台账表中包含有二次设备ID、一次设备ID、保护型号、设备参数及定值单、调试报告、线缆信息等。

4）二次系统知识库建立：利用数据装载阶段所形成的各类电子化图表，按照主属性和关联属性分类将各个报表数据串联，并面于二次系统的对象如装置、回路等建立出相应的知识子库，再基于各对象间联系最终建立变电站全覆盖的二次系统知识库。本文结合所辖变电站情况，将表格的主属性都选择特征属性即设备ID或记录编号，关联属性即各电子化图表间的关联项，如某线路保护的二次台账与对应的一次台账通过一次设备ID建立关联。

5）知识库更新维护：知识库的更新维护是其准确可靠、方便使用的关键。本文一方面利用二次系统基础数据获取阶段的周期轮询和人工指令方式对知识库中的数据进行云端更新，另一方面，借助运维人员或者移动终端进行修改、更新，例如装置缺陷消除、设备综改后的二次数据更新。

本文所建立的知识库包含各种数据源的有效结构化数据，并利用特征ID标识载体、数字可视化应用软件及数字可视化移动终端即可实现二次系统数据的精准高效查询，实现二次系统数据的数字化，彻底解决电子资料无档可归，数据无法有效利用等问题。本文所建立的知识库数据检索实例如图3，提供有二次回路、屏柜、装置、线缆、信号等对象进行数据检索。

3 二次系统回路可视化技术

智能站的二次系统光纤回路相比传统变电站电缆回路有本质区别，目前智能站运维出现的痛难点问题均因其光纤链路的不可见性，所以二次系统回路可视化对于智能站的发展、运维技术均有重要意义。

为实现二次系统回路可视化，本文制定了如图4所示的技术路线。具体包含以下步骤：①解析智能变电站SCD文件，获取变电站的配置信息如IED配置、通讯参数等。②基于配置信息和SVG技术绘制站内不同IED的基础控制块、虚端口及虚端子图形。③基于配置信息绘制各个IED中虚端子的链路关系即虚回路。④基于图档资料及物理端口信息，并通过特征ID标识建立不同屏柜间的光纤链路和电回路，同时将虚回路映射到光纤链路进行虚实对应。最后将所绘制的二次系统回路图与二次系统知识库的关联数据相结合，对二次系统回路图的表征信息进行扩展补充，并提供交互查询接口。

本文所述的二次系统的特征ID标识载体，遵循变电站二次设备标识规范，利用NFC技术形成二次系统不同部件的特征ID标识，并通过NFC访客身份认证后可便携获取二次系统知识库数据和二次系统回路图。进一步，NFC ID标识是遵循南方电网标识规范形成的智能标签。NFC访客身份认证选定变电站的运行人员和检修人员，其他人员需登录密码才能通过认证。

所采用的数字可视化应用软件，可识别二次系统NFC特征ID标识，并为二次系统知识库数据和二次系统回路提供可视化展示界面，具有良好的可移植性和兼容性，可供运维人员安装于NFC移动设备如手机可获取对应部件的基础数据和二次回路。

可视化展示界面是进行人机交互的重要环节，决定运维人员的使用便利程度。本文依据二次系统的变电站、间隔、设备ID等类别展示知识库中不同类型的数据如告警信息表、缺陷记录表；依据间隔、IED展示二次系统各部件间的虚实回路拓扑图如虚端子回路、电回路、虚实回路对应关系等；提供一键向导式搜索界面，输入关键词即可在界面中展示相应的二次系统基础数据和回路拓扑展示。

本文的二次系统基础数据数字化技术和二次系统回路可视化技术均需要借助数字可视化移动终端（如图5），安装有数字可视化应用软件，识别NFC特征ID标识，具有在线、离线两种模式。其中，在线模式下，移动终端与站内设备实时通讯，可获取站内及云端的二次设备运行状态和信号，结合可视化应用软件形成二次系统实时化，同时经管理员身份认证后在线更新修改二次系统知识库和二次系统回路。离线模式，无法建立通讯时，经NFC特征ID认证后获取指定部件的二次系统知识库数据及回路图，提供存储功能储存需更新的数据及回路图，后续建立连接后再装载更新。本文所研制的数字可视化移动终端的主体为高性能的平板电脑，尺寸不宜过大或小，并配置有触控笔，方便现场人员便携使用且能清晰获取图表信息。移动终端配置有无线通讯模块与站内设备实现信息交互，配置有1TB的SSD内存和type-c接口与站端服务器相连更新数据。

4 二次系统可视化技术应用分析

如上文所述，借助数字可视化移动终端，利用二次系统基础数据数字化技术和二次系统回路可视化技术在南方电网220kV冠和输变电工程得到了实际应用，达到了以下显著成效。

1）变电站数据全面可视化、数字化，实现全生命周期管理。依靠二次系统基础数据数字化技术，实现包括竣工图纸、定值单、压板台账、空开台账、版本信息台账等基础数据100%管理的数字化、可视化，打通变电站设计、施工、运维过程的图档资料全生命周期管理，解决实体图纸易缺失、漏更新、难维护等突出管理难题，提升精益化管理水平。

2）实现智能站二次回路得虚实对应，大幅提升运维效率。基于二次系统回路可视化技术，对变电站二次系统的设备、元件、逻辑关系、虚实回路进行数字化表达，构建变电站二次系统的数字化模型的唯一性编码，使得二次系统巡视、消缺、定检等日常运维做到轻型作业、快速消缺、高效巡视。

以220kV冠和变电站为例，目前已在该模式下定检88次，消缺8次，使用该系统查询代替查找图纸及SCD文件，日常运维效率提升50%以上。运维人员使用移动终端以扫码、关键信息搜索等方式，快速进行设备信息调取。

5 结论

（1）本文采用二次系统基础数据获取、清洗、装载，二次系统知识库建立，知识库更新维护等手段，实现了二次系统基础数据数字化。

（2）借助数字可视化移动终端、应用软件，NFC特征识别等载体，通过智能站SCD文件解析、IED基础图形绘制、虚端子链路连接及虚实回路对应，实现了二次系统回路可视化。

（3）本文所提出的二次系统可视化技术在智能站日常运维有显著效果，实现了基础数据100%数字化，且有效将日常运维效率提升50%以上，具有良好发展前景。

参考文献 References

[1]张文亮，刘壮志，王明俊，杨旭升. 智能电网的研究进展及发展趋势 [J]. 电网技术，2009，33（13）：1-11.

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