智能變電站二次系統安全措施仿真模擬及運維管控平臺的制作方法

本發明涉及變電站網絡信息化管理系統技術領域，尤其涉及智能變電站二次系統安全措施仿真模擬及運維管控平臺。

背景技術：

智能化變電站利用網絡化及信息化技術實現對變電站各項核心業務的支持。網絡化和信息化的引入，使得智能站的運行和檢修與傳統站相比有非常大的不同。簡單沿襲傳統變電站的運行、檢修方法不足以滿足智能化變電站的要求，甚至會對變電站的運行帶來安全隱患。隨著已投入運行的大量智能變電站逐步進入了維護檢修階段，原有的變電站運檢管控手段存在的問題和困難也逐步顯現。

首先，智能變電站二次裝置的運行依賴于該裝置的實例配置文件，該文件以IEC61850的格式描述本裝置的開出接點、開入接點及網絡配置等信息。二次裝置配置文件的正確性是該裝置互操作的前提。當前階段，裝置實例配置文件均有廠家使用自己的裝置實例組態工具從全站配置文件中導出，然后再下裝到裝置中去。下發后裝置配置文件的正確性沒有一個統一的在線校核方法，唯一性也無法保證，這給智能變電站后續的運維檢修工作帶來了安全隱患。

其次，智能變電站改變了常規變電站信息交互的方式，以光纜和軟件邏輯代替繼電保護傳統二次回路，以系統配置文件（SCD 文件）描述二次設備連接關系，每一根光纖中交換的數據與常規變電站中一根電纜線芯對應一個信號的形式大不相同。當前光纖及其所承載的二次回路信息無法直觀地在運維檢修人員面前顯現，給運行檢修工作帶來較大的影響，檢修中光纖插拔錯誤等風險較為突出。況且，隨著變電站無人值守等模式的深入推進，運維檢修人員越來越需要更加及時、直觀地掌握現場設備光纖通信的運行狀況。需要提供一種可視化的方式輔助運維檢修人員直接將故障定位到具體裝置的板卡、模塊等物理設備。

再次，在智能變電站中，由于信號、控制等回路的網路化，軟壓板的功能則大大加強，重要性也隨之提升。繼電保護和安全自動裝置的安全隔離措施一般采用投入檢修壓板、退出裝置軟壓板、出口硬壓板以及斷開裝置間的連接光纖等方式。查看方式不直觀，為運維檢修人員裝置校驗、消缺等現場檢修作業時的安全措施的實施造成了很大的困擾。存在回路不可見，安全措施復雜，測試時間長等問題。為了提高安全措施的可靠性，確保電網安全、可靠、穩定運行，安全措施執行的可視化、標準化、防誤預警等方面的研究迫在眉睫。

專利號為201510065823.7的專利公開了一種變電站通信自動化設備線監測系統，是一種基于信號燈監測分析技術的變電站通信自動化設備線監測系統，涉及電力生產的技術領域，尤其涉及對電力生產中通信自動化設備實時監測技術，提高電力設備運維信息化水平和巡視作業效率、效益。包括光纖、色譜分析儀和控制中心，光纖安裝在被監控設備的指示燈前端，光纖的另一端與色譜分析儀相連，色譜分析儀通過網絡與控制中心相連；所述色譜分析儀由電子光柵芯片、數字信號處理器和網絡芯片組成，電子光柵芯片上設有多路光纖耦合接口，數字信號處理器分別與電子光柵芯片以及網絡芯片相連，網絡芯片設有網絡接口。該系統運用科學的管理手段提高巡檢工作效率，提高設備的安全管理水平。

專利號為201020626648.7的專利公開了一種基于分布式無源光網絡技術的智能變電站通信網絡架構,在智能變電站設備層與智能變電站系統層之間通過PON無源光網絡進行連接,PON無源光網絡包括光線路終端,光線路終端與光分配網絡相連接,光分配網絡與至少一個光網絡單元相連接,光網絡單元位于變電站出線間隔及主變位置,它以網線連接智能變電站設備層,用于設備運行狀態和故障診斷信息、控制命令及跳閘命令的雙向傳遞。該實用新型利用無源光網絡一對多分光及透明傳輸的能力在智能變電站系統層和設備層之間組建高速、透明的以太網絡,帶來的優點是顯而易見的。首先,智能變電站內的所有智能設備都接入同一個網絡,任意智能設備之間都能夠直接通過該網絡交互信息,使過程層數據得到最大程度的共享,變電站、電網的信息化水平顯著提高。

專利號為201010145726.6的專利公開了一種變電站接地線監測裝置，包括具有多個獨立抽屜的接地線柜，其特征在于：抽屜內有層板，層板下方有彈性件，每一抽屜層板下方有感應彈性件的形變量并發出開關信號的傳感器；設置在接地線柜內采集器，和傳感器電連接，采集并存儲每一傳感器發送的開關信號；與采集器電連接并實現和采集器的信息傳輸的匯集器；與匯集器電連接并實現和該匯集器的信息傳輸的顯示屏；以及通訊管理機，安裝有數據庫和后臺管理軟件，通過電力局域網和匯集器網絡連接。與現有技術相比，該發明的優點在于：整套設備結構簡單、成本低，推廣價值較高；能夠真正實現信息化管理，提高安全生產效率，有效地杜絕帶接地線合閘送電事故的發生。

雖然通過上述專利可以看出，我國由于有統一的指導和協調，智能化變電站的發展程度是高于國際水平的。近年來，為了提高智能變電站的運維檢修水平，國內一些研究機構和廠家也開發了一系列針對智能變電站配置文件的工具，此類工具可以對配置文件的內容進行高可視化展示，對配置文件的合法性進行校驗。此外，隨著國家相關標準的制定及明確，現在站內運行的保護二次裝置也可以對本裝置的業務回路進行高可視化展示。但以上研究均局限于對裝置配置文件的靜態校驗，仍缺少在線校核工具，不能做到對正運行裝置配置文件的校核。更重要的，對智能運檢領域的研究還處于比較薄弱的階段，沒有一套專門針對智能運檢的管控方案。為此，我們研究智能變電站二次系統安全措施仿真模擬及運維管控平臺，可以很好解決目前變電站二次系統安全管理和信息維護中面臨的困難。

技術實現要素：

本發明的目的在于解決上述技術問題，提供智能變電站二次系統安全措施仿真模擬及運維管控平臺，能實現準確快捷的對智能變電站二次系統的調用信息存儲數據進行仿真及運維管理，并可以實時更新，結構簡單、成本低、易于實現。

為實現上述目的，本發明所采用的技術方案是：智能變電站二次系統安全措施仿真模擬及運維管控平臺，包括運維檢修數據平臺、在線監控設備與通訊管理機，各部分之間均通過無線局域網互聯；所述運維檢修數據平臺包括順次連接的數據后臺、運檢前置機和工作站；所述在線監控設備包括順次連接的數據校核模塊、數據采集模塊與界面展示模塊，所述通訊管理機包括分別與所述運檢前置機連接的文件下載模塊和數據推送模塊；所述運維檢修數據平臺通過建立典型安全措施模板庫，指導運維檢修人員制定安全措施，調用模板庫生成相應安措票，并自行根據安全措施模板庫和保護裝置邏輯原理，分析判斷該安全措施的執行順序及執行項目對相關保護產生什么影響，判斷安全措施是否執行正確。

進一步地，所述無線局域網上設置加密模塊，所述加密模塊包括數據編碼器與數據解碼器。

進一步地，所述運維檢修數據平臺設置于變電站安全II區主站端，支持對多智能站點進行統一管理，用戶可以登錄所述工作站針對與其相關的特定站點進行運檢數據的管理與分析。

進一步地，所述在線監控設備與所述通訊管理機設置于變電站安全II區廠站端，所述通訊管理機負責與主站前置機的數據交互，所述在線監測設備完成對站內數據的采集。

進一步地，所述數據校核模塊包括控制器以及分別與所述控制器連接的數據處理器與數據適配器，所述數據適配器通過數據集中器與控制器連接，所述控制器包括單片機芯片或DSP芯片。

進一步地，所述數據采集模塊包括信息掃描儀和物理連接狀態監控模塊。

進一步地，所述數據后臺包括IED能力描述文件管理模塊、文件管理模塊、典型安全措施模板庫，負責文件及圖形的管理。

進一步地，所述運檢前置機包括通訊模塊，負責和所述通訊管理機進行數據交互；所述工作站包含圖形展示模塊、文件圖形編輯模塊和離線工具包。

進一步地，所述界面展示模塊為人機交互式全液晶觸摸式顯示界面。

進一步地，所述界面展示模塊為按鍵盤和顯示屏相結合的組合式界面。

本發明的有益效果在于：

1、本發明對自動生成安全措施或對現有安全措施是否可行完備進行了模擬驗證，安全措施模式仿真運維管控平臺，基于“智能變電站典型二次安全措施票”和保護裝置邏輯原理，建立了典型安全措施模板庫。典型安全措施模板庫一方面可以指導運維檢修人員制定安全措施，即運維檢修人員在實施安全措施時，可以調用典型安全措施模板庫，生成相應安措票，可以做到現有安全措施信息的集成化和規范化管理，極大提高工作人員的工作安全性和規范性；另一方面，本發明還可以依托自身模板數據庫對運維檢修人員開展培訓，當工作人員開展某項裝置的特定工作，可以針對性地在模擬仿真系統中模擬執行安全措施，平臺系統可依據模擬指令，自行根據安全措施模板庫和保護裝置邏輯原理，分析判斷該安全措施的執行順序及執行項目對相關保護產生什么影響，以此判斷安全措施是否執行正確。

2、本發明在裝置配置文件完成下裝后，快速準確的在線校核其正確性.智能變電站裝置配置文件的正確性是該裝置實現互操作的依據，也是智能變電站運行的關鍵。

3、本發明生成了變電站物理連接拓撲關系，根據各種配置文件信息生成和現場物理連接一致的連接關系拓撲圖，并對物理連接進行監控以支撐故障定位到實際物理設備。

4、本發明平臺的安全措施執行結果可以進行高可視化展示，克服了目前軟壓板均通過保護裝置、監控系統軟件畫面顯示，狀態識別具有很大的難度且操作復雜的問題。本發明從配置文件中獲取全站的軟壓板信息并和相關業務回路關聯進行高可視化展示，為運維人員提供對安全措施執行結果直觀的確認手段。

附圖說明

圖1是本發明系統的整體結構示意圖。

圖2是本發明運維檢修數據平臺的結構示意圖。

圖3是本發明通訊管理機和在線監測設備的整體結構示意圖。

具體實施方式

實施例一

如圖1所示，智能變電站二次系統安全措施仿真模擬及運維管控平臺，包括運維檢修數據平臺、在線監控設備與通訊管理機，各部分之間均通過無線局域網互聯；運維檢修數據平臺包括順次連接的數據后臺、運檢前置機和工作站；在線監控設備包括順次連接的數據校核模塊、數據采集模塊與界面展示模塊，通訊管理機包括分別與運檢前置機連接的文件下載模塊和數據推送模塊。無線局域網上設置加密模塊，加密模塊包括數據編碼器與數據解碼器。其中，界面展示模塊為人機交互式全液晶觸摸式顯示界面，可以實現過程層物理連接拓撲高可視化圖形展示。

安全措施模式仿真運維管控平臺，基于“智能變電站典型二次安全措施票”和保護裝置邏輯原理，建立了典型安全措施模板庫。典型安全措施模板庫一方面可以指導運維檢修人員制定安全措施，即運維檢修人員在實施安全措施時，可以調用典型安全措施模板庫，生成相應安措票，可以做到現有安全措施信息的集成化和規范化管理，極大提高工作人員的工作安全性和規范性；另一方面，本發明還可以依托自身模板數據庫對運維檢修人員開展培訓，當工作人員開展某項裝置的特定工作，可以針對性地在模擬仿真系統中模擬執行安全措施，平臺系統可依據模擬指令，自行根據安全措施模板庫和保護裝置邏輯原理，分析判斷該安全措施的執行順序及執行項目對相關保護產生什么影響，以此判斷安全措施是否執行正確。

本發明在具體實施時，采用運維檢修數據平臺、站內在線監控設備相結合的實施方案，其中運維檢修數據平臺部署在安全II區主站端，分為數據后臺、前置機和工作站，數據后臺主要負責完成對IED能力描述文件標準庫管理及模型文件標準化程度的校驗，對運維檢修數據的存儲和對典型安全措施模板庫的管理以及文件管理等；前置機主要負責與子站通訊管理機的數據交互；工作站提供各類告警信息的展示界面及圖形編輯界面和其他高級應用等。站內通訊管理機和在線監控設備部署在安全II區廠站端，通訊管理機負責與主站的前置機的數據交互，保證主子站的數據一致性；在線監控設備完成對站內裝置配置文件正確性的在線校核，完成對過程層物理連接故障的定位，完成對交換機網絡流量的監控，完成對安全措施操作票的執行及校驗等功能。

如圖2所示，運維檢修數據平臺部署在安全II區主站端，分為數據后臺、前置機與工作站組成，支持對多智能站點進行統一管理，用戶可以登錄工作站針對與其相關的特定站點進行運檢數據的管理與分析。

數據后臺包含IED能力描述文件管理模塊、文件管理模塊、典型安全措施模板庫等，主要負責文件及圖形的管理；前置機包含通訊模塊，主要負責和站內通訊管理機進行數據交互；工作站包含圖形展示模塊、文件圖形編輯模塊、離線工具包及一部分數據處理。

其中，離線工具包以軟件包形式在PC機上運行，在運維工作站上下載安裝后可離線獨立運行。支持XP/Win7/Win8/Win10/Unix/Linux等全部國網認可的操作系統。采用軟件包的形式，且支持獨立運行于各類辦公電腦，增進了使用便攜性。

如圖3所示，站內在線監控部署在安全II區廠站端，分為通訊管理機和在線監測設備。通訊管理機主要負責與主站前置機的數據交互。在線監測設備主要完成對站內數據的采集；完成對站內裝置配置文件正確性的在線校核，若裝置配置文件不正確，則以告警的形式展示出來；完成對過程層物理連接拓撲的高可視化展示、當出現故障時可以直接定位板卡或者模塊；完成交互機VLAN信息的展示及網絡流量的監控，若出現網絡流量超出閥值、網路端口故障等問題，則直接產生告警，在拓撲圖上高可視化展示；完成對檢修過程中安全措施票的設計、執行及校驗等。

本發明的主要功能之一在于組建智能變電站過程層物理連接拓撲關系，過程層物理連接拓撲關系由每根光纖及其連接的設備端口構成，確定過程層物理連接拓撲關系，實際上就是確定每根光纖的兩頭連接的設備的物理端口，設備包含二次智能變電站的光口配置表裝置、交換機、光纖熔纖盤等網絡設備。解析智能變電站的光口配置表、VLAN配置表等即可得到裝置之間的物理實際連接關系。解析SCD文件或裝置配置文件可獲取裝置端口的配置信息，包含MAC信息及該端口接收/發送的控制塊信息，解析交換機配置文件可獲取交換機的VALN劃分、各端口的MAC地址等信息。實際物理連接和網絡配置即可組成整個智能變電站過程層物理連接關系的完整信息。將整個智能變電站過程層的物理連接拓撲進行高可視化，在站內通訊發生故障時便可通過該圖形將故障快速定位對某個設備的某塊板卡或者某個模塊，從而將不可見的虛回路故障對應到實際物理連接故障。

本發明平臺通過分布式的模塊構件，實現了智能變電站檢修的安全隔離，基于變電站設備管理單位提供的“智能變電站典型二次安全措施票”，二次系統的安全措施包含了當前智能變電站大部分裝置的檢修隔離方式。在二次安全措施典型檢修票的基礎上，設計“標準化二次布防系統”，并結合二次回路及相關壓板的可視化展示，實現對變電站的智能化安全措施。

實施例二

智能變電站二次系統安全措施仿真模擬及運維管控平臺，包括運維檢修數據平臺、在線監控設備與通訊管理機，各部分之間均通過無線局域網互聯；所述運維檢修數據平臺包括順次連接的數據后臺、運檢前置機和工作站；所述在線監控設備包括順次連接的數據校核模塊、數據采集模塊與界面展示模塊，所述通訊管理機包括分別與所述運檢前置機連接的文件下載模塊和數據推送模塊。

與實施例一的不同之處在于，所述界面展示模塊為按鍵盤和顯示屏相結合的組合式界面，在進行查詢訪問時，通過人機交互界面的按鍵地址精確輸入，如通過按鍵輸入對應變電站信息或設備編號；所得地址匯入數據采集卡，作為無線通信模塊待輸出的地址信息數據，經加密后訪問通訊管理機。

以上所述僅為本發明的較佳實施例，并不用以限制本發明，本領域的一般技術人員將認識到，使用本發明的方案還可以實現許多可選的實施例。凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。