變電站二次設備在線監視及遠程維護系統研究

狄軍峰　王力　李俊剛　劉虎

摘要：繼電保護裝置作為電力系統安全運行的重要屏障，是電力系統不可缺少的部分。但是，所有這些二次設備目前在電網中基本上是獨立運行的，缺少功能集成和數據利用上的綜合考慮，大多數變電站監控系統不能完全接收和傳輸保護送出的所有事件、定值和錄波信息，信息的缺失給電網安全帶來隱患。本文分析了使用通信技術對二次設備進行在線監視以及遠程維護，減輕工作人員工作負擔以及隨時掌握二次設備健康狀況，保證電網安全、經濟、穩定運行。

關鍵詞：變電站二次設備 在線監視 遠程維護。

中圖分類號：TM764 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）09-0107-02

變電站二次設備在線監視及遠程維護是集二次設備運行情況、故障信息收集整理、二次設備管理及統計、繼電保護故障信息遠傳與自動歸檔、繼電保護裝置遠程自動巡檢、保護裝置遠程控制于一體的信息化系統，對于提高繼電保護專業的信息化管理水平以及適應未來智能電網發展具有積極意義。

但是，電網故障診斷研究仍停留在理論探索階段，實用化方面一直沒有太大進展，究其原因主要有兩點：

（1）己有的故障診斷方法在處理多重故障、保護或斷路器不正確動作的復雜故障以及畸變故障信息時仍存在一定問題；

（2）由于以往技術和配置的原因導致故障信息資源比較有限，已有產品大多僅依托于變電站內綜合自動化系統或調度SCADA系統的信息。

因此，本系統提供的豐富的故障信息可以為研究新的故障診斷方法提供基礎，大大豐富了電網故障診斷的內涵。

1 二次設備在線監視

電氣設備根據功能不同可分為一次設備和二次設備。電氣二次設備主要包括繼電保護、測控、安全自動裝置、故障錄波器、遠動等實現電氣量采集、分析、處理、控制的設備。二次設備及相關回路構成了電網運行的二次系統，或稱之為電網控制系統，其正常可靠運行是保障電網穩定和電力設備安全的關鍵。狀態監測目前主要在一次設備上實施、推廣，電力二次設備的狀態監測基本還沒有開展。

狀態監測及狀態分析的目的不在于準確診斷設備究竟存在何種缺陷，這在目前或許是不現實的。這里分析的目的是基于設備的狀態信息，對設備狀態做出一個初步的評價，作為安排檢修的一個依據。至于不良狀態的設備的缺陷原因、性質，需在檢修前后針對個案進行深入分析。

1.1 系統結構

系統采用分布式架構，系統結構如圖1所示。系統可分為上下兩部分，其中上半部分為無人值守變電站二次設備在線監視及遠程維護主站系統（簡稱：主站）部分，下半部分為無人值守變電站二次設備在線監視及遠程控制終端（簡稱：子站）部分。

子站部署于110kV無人值守變電站內，接入繼電保護、故障錄波器等二次設備，采集數據并通過電力數據網與主站系統進行通信。每個變電站應至少配置一套子站系統。因為遠方控制功能的需要，子站系統部署于電力系統安全I區。

主站系統部署與地調控制中心，通過電力數據網接入轄區內所有子站，可通過子站主動采集站內裝置的信息或接收子站轉發的裝置自動上送信息。

圖1中主站系統又可分為左右兩部分，左邊部分位于電力系統安全I區，右邊部分位于電力系統安全III區。位于安全I區的部分是主站系統的功能主體，其中的通信服務器負責與子站通信，并將數據分發給各應用程序；數據服務器中安裝數據庫，負責保存數據；應用服務器中運行主站系統各高級應用，提高系統可用性；工作站中運行主站系統監視分析的人機界面程序和一些工程維護的輔助程序。位于安全III區的部分是WEB服務器，WEB服務器提供了主站系統的WEB服務，用戶可在工作PC機上通過III區網絡直接瀏覽系統數據，WEB服務器中的數據由位于安全I區的通信服務器通過安全隔離裝置單向發送。

1.2 二次設備信息收集

系統以二次設備的信息為基礎，為保證系統能取得二次設備信息，必須將二次設備接入到系統，并且系統與二次設備進行通信遠程獲取二次設備信息。但是目前市面上二次設備的類型、廠家、版本、對外通信接口多種多樣，沒有統一的標準。要實現對所有二次設備的接入難度很大，本系統經過研究后應具備接入大多數主流廠家的典型設備的能力。考慮到規約的多樣性以及系統未來的可擴展性，系統應該設計成開放式，只需增加模塊即可完成新規約裝置的接入，不影響其他程序運行。

二次設備接入到系統后，系統可對二次設備信息進行遠程調取和收集，包括動作信息、告警信息、錄波簡報信息、開關量變位信息、設備信息遠程調取（包括定值、開關量、模擬量、軟壓板、錄波文件等）等。

1.3 故障信息遠傳與自動歸檔

電網中被保護的電力系統元件發生故障時，該元件的繼電保護裝置應迅速進入故障處理程序，發出一系列動作命令并記錄故障情況，本系統中的子站可收集保護裝置的動作命令和記錄故障情況的故障錄波文件，并遠程傳輸到主站，供調度以及繼電保護專業人員分析故障情況。

考慮到主站中接入了多個子站，保護裝置和錄波器裝置數量眾多，上送數據頻繁，特別是在電網發生故障時，要在海量數據中挑選出故障相關的信息非常困難，所以本系統實現了自動歸檔功能。當電網故障是，可根據保護裝置的動作信息啟動自動歸檔，形成故障報告。故障報告歸檔內容包括故障時間、故障元件、故障類型、保護動作情況、保護錄波文件、錄波器錄波文件等。并使用圖形化的方式展示。

1.4 故障診斷分析

故障分析是電網故障信息管理系統最重要的應用方向，它主要包括故障錄波文件分析，如向量分析、序分量分析、諧波分析、功率分析和頻率分析等波形分析功能。

故障診斷是利用可監測到的故障信息來識別故障元件及判別誤動和拒動裝置的過程，其中重點是故障元件的識別問題。隨著數學和人工智能科學理論的發展，不斷有新的故障診斷方法出現。但是，電網故障診斷研究仍停留在理論探索階段，實用化方面一直沒有太大進展，究其原因主要有兩點：

一是己有的故障診斷方法在處理多重故障、保護或斷路器不正確動作的復雜故障以及畸變故障信息時仍存在一定問題；

二是由于以往技術和配置的原因導致故障信息資源比較有限，已有產品大多僅依托于變電站內綜合自動化系統或調度SCADA系統的信息。

因此，本系統提供的豐富的故障信息可以為研究新的故障診斷方法提供基礎，大大豐富了電網故障診斷的內涵。

2 二次設備遠程維護

2.1 保護裝置遠程自動巡檢

隨著主站接入子站數量的增加，檢查各子站內裝置的運行情況以及制作運維報告已成為非常繁重的勞動，占用了主站運維人員大量時間并且還無法保證質量。在一個接入了100個子站的主站中，如果需要一個運維人員手動檢查所有子站內設備的運行情況，需要大概3個月的時間，這顯然無法滿足實時掌握設備情況的運維基本要求。鑒于此情況，深入研究繼電保護信息系統后，設計了主站自動巡檢及自動生成運維報告功能。

自動巡檢的基本思想是在不增加子站和裝置負擔的情況下，使用少量的召喚操作測試裝置對各項功能的響應情況，以此來判斷設備的運行狀態。目前能進行的召喚測試包括召喚定值區、定值、開關量、軟壓板、模擬量、歷史事件、錄波文件。定期進行自動巡檢操作即能為主站生產運維報告提供原始數據。自動巡檢能提供的數據包括：

（1）召喚命令是否正常響應。

（2）裝置通訊狀態是否與子站上送的一致。

（3）裝置是否在很多一段時間內無動作和錄波產生。

基于自動巡檢數據，運維報告可以展示出每個裝置的通訊狀態是否正確、功能是否正常、是否因常時間沒有動作錄波而存在隱患等。

2.2 遠程維護

110kV變電站一般路途較遠，維護人員每次進行常規維護工作都要前往每一個變電站，既費時費力效率也不高。故系統提供遠程維護功能，使維護人員不用前往每一個變電站就能進行維護工作，只須在變電站端通過調度數據網接入到本系統中，然后系統通過專用遠程調試維護工具進行維護工作。

系統提供外部設備接入的通信標準，實現外部設備與本系統的接入和通信。為保證系統完全，系統與遠程設備之間通過加密專用通道進行通信，使用動態密碼口令的方式對外部接入設備進行安全性驗證，并記錄每一步維護操作的日志到數據庫，做到操作可查詢。

3 結語

在線監視及遠程維護的目的不在于準確診斷設備究竟存在何種缺陷。這里分析的目的是基于設備的狀態信息，對設備狀態做出一個初步的評價，作為安排檢修的一個依據。至于不良狀態的設備的缺陷原因、性質，則需在檢修前后針對個案進行深入分析。

本文闡述了變電站二次設備在線監視與遠程維護系統，給出了系統結構圖，通過此系統可以解決目前對二次設備監控的不足，提高電網二次設備安全，并且能減少工程人員工作負擔。該系統在甘肅110kV變電站中取得了滿意的效果。

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