二次系統狀態檢修技術在智能變電站中的應用

仲偉寬，徐 敏，孫天宇，謝鐵明

(無錫供電公司，江蘇 無錫 214000)

220kV西涇智能變電站是一座完整意義上的智能化變電站，采用大量新技術、新設備，全站采用IEC 61850標準[1]實現二次裝置信息交互數字化、標準化，利用光纖實現二次裝置互聯互通，極大簡化了二次接線。然而，盡管減少了二次電纜，較大程度避免了傳統二次回路問題，但由于全光纖互感器、網絡交換機、SMV采樣機制、GOOSE快速報文機制等新設備、新技術的大規模應用，一些新的回路問題也由此產生，而常規的檢修方法已無法使用。因此，必須研究新的方法和手段監視并分析保護的狀態和動作行為。

1 西涇變二次系統組網結構

西涇變在邏輯功能上由站控層、間隔層和過程層三層設備組成，并應用分層、分布、開放式的以太網絡實現連接，整個二次系統體系為“三層兩網”結構[2]，即由站控層網絡實現站控層設備和間隔層設備的連接，由過程層網絡實現間隔層設備和過程層設備的連接，如圖1所示。

2 西涇變二次系統狀態檢修案例

2.1 案例一

2011年1月24日上午10時40分，西涇變出現 “2號主變A套保護閉鎖”、“110kV母線保護閉鎖”信號?，F場發現，2號主變中壓側光電流互感器（OCT）合并單元中AD2的B相電流顯示為0。

由于2號主變間隔過程層組網方式為直采網跳[3]方式（如圖2所示），即采樣回路為：OCT→OCT前置單元→間隔合并單元→保護裝置。從圖中可見，采樣異常與上述4個環節都可能有關，為了縮小故障排查范圍，必須借助其他設備和手段。

圖1 西涇變“三層兩網”示意圖

在西涇變工程中，設置了網絡報文記錄分析儀（以下簡稱網絡分析儀），通過分析各層的報文，實時監視通信網絡和所有智能裝置的運行狀況并及時對異常進行報警，提供離線分析功能以判斷故障點。檢修人員對2號主變中壓側OCT合并單元的異常時間段內的報文進行了分析，發現2號主變中壓側OCT合并單元中AD2的B相電流采樣通道頻繁報“通道5狀態字有變化”，并且從報文解析中發現“通道5”（即AD2的B相電流通道）數值為0。這說明合并單元接受到的數據即為0，排除主變保護裝置故障可能。進一步分析，若合并單元有故障，不可能僅有一相電流數據異常 （三相數據均由一根采樣光纖傳輸），即排除合并單元故障，亦排除兩者之間光纖回路異常，初步判斷可能為OCT一次問題，亦或為OCT前置單元故障。

后經OCT廠家人員現場檢查，確定為OCT前置單元故障，系前置單元中的轉換模塊故障導致，更換該模塊后恢復正常，消除了隱患。

2.2 案例二

圖2 西涇變主變過程層網絡結構

西涇變自投運后，主變PCS978保護測控裝置、線路PCS931保護測控裝置在一、二次設備均無操作的情況下，頻繁報“某某刀閘閉鎖”、“某某刀閘解鎖”信號，即存在對控制對象的聯鎖邏輯的計算結果有變位的情況，出現的周期大約為0.5 h。

針對此現象，研究了PCS900保測一體裝置的五防聯閉鎖邏輯發現：參與聯鎖邏輯的信號來源分為3類：本間隔的過程層智能終端（過程層GOOSE傳遞）、其他間隔的保護測控設備（站控層GOOSE傳遞）、與此聯鎖邏輯相關的GOOSE鏈路的健康狀態。由于一次設備并無操作，主變間隔保測裝置、智能終端均正確反映一次設備位置、狀態（無任何間隔層設備報變位信息），造成異常的原因很可能為GOOSE鏈路的健康狀態，當相關傳遞GOOSE信號的鏈路出現問題時，聯鎖邏輯將會閉鎖其對應的邏輯門。由圖2可以看出，主變間隔的開關、閘刀位置均由主變間隔各側智能終端（智能操作箱）采集，并以GOOSE形式通過主變間隔交換機傳送至主變保測裝置，由于保測裝置、智能終端、傳輸光纖均無異常，初步判斷站控層交換機為真正原因。據此，制定了檢修方案。

步驟a：全面分析監控系統和保護裝置的歷史變位和告警記錄。

步驟b：根據出現變位的時刻，調取網絡分析儀的報文。

步驟c：跟蹤聯鎖程序，在變位時刻確定出參與聯鎖計算的信號，判定原因。

采取步驟a分析時，分析了監控系統的歷史變位報文，信號報閉鎖和解鎖時刻，沒有任何間隔層設備報變位信息。繼之分析裝置的歷史報告，發現存在站控層GOOSE斷鏈的信息，GOOSE斷鏈說明保測裝置接收的GOOSE周期報文有丟失的情況。

采取步驟b分析時，調取變位時刻的網絡分析儀報文，發現GOOSE報文丟失的情況。

GOOSE報文丟失存在2種可能：一是交換機丟失，另一是此GOOSE鏈路的保護測控裝置沒有發送。經過多次分析，保護測控裝置GOOSE發送正常，應是交換機丟棄GOOSE報文而導致。繼續分析，發現站控層網絡有每秒10萬包左右的UDP報文[4]（2臺監控系統數據庫同步用，如圖3所示，判斷可能由于瞬時的報文沖擊使交換機因負荷率高，影響GOOSE鏈路通信。關閉該報文端口，觀察1 h左右，GOOSE報文丟失現象消失。后使用交換機的配置功能，將此同步數據包限制在站控層的中心交換機1-7、1-8口運行，且不影響其他業務端口運行，缺陷消除。

圖3 站控層中心交換機GOOSE報文負荷流量

3 結束語

通過上述案例可以看出，由于智能變電站“三層兩網”的結構，使之對GOOSE、SMV鏈路健康狀態十分依賴，對于這種非傳統的二次回路異常，僅采用傳統的檢修方法是無法快速準確處理的，必須采取新設備及新方法，例如智能化的監控系統（如網絡分析儀、智能裝置本身的自檢功能等)、報文解析軟件等。另外，從提高檢修效率和設備可靠性方面考慮，開展二次設備狀態檢修較能滿足智能化變電站的運行維護要求。

[1]IEC 61850，Communication networks and system in substation[S].2004.

[2]吳在軍，胡敏強.變電站通信網絡和系統協議IEC 61850標準分析[J].電力自動化設備，2002，22(11)：70-72.

[3]鞠 陽.數字化變電站的網絡通信模式[J].電力系統保護與控制，2010，38(1)：92-95.

[4]謝希仁.計算機網絡[M].北京：電子工業出版社，2003.