智能站繼電保護二次回路在線監測與故障診斷

李東福

國網長春供電公司

智能站繼電保護二次回路在線監測與故障診斷

李東福

國網長春供電公司

隨著智能變電站推廣建設，二次系統引入了合并單元、智能終端、過程層交換機等智能組件，二次設備種類及數量繁多，一些傳統的檢修手段已不再適用。如何有效地管理監測二次設備智能組件及相關回路狀態，并及時作出智能診斷是電力系統安全運行維護所必須面對的問題，目前以智能變電站二次虛回路為對象，研究利用智能站豐富的狀態信息和通信數據進行二次回路在線監測的方法日益廣泛。本文將對目前較為實用的檢測與診斷方法進行綜合闡述與對比。

智能變電站；虛回路；在線監測

智能變電站有數據共享方便﹑二次回路簡單﹑節約投資和占地少等優點，是未來的發展趨勢。傳統變電站的電纜被光纖回路所取代，通信網絡取代了傳統的二次回路，數字信號取代傳統物理電氣信號，實現了二次設備的網絡化，可以通過在線的通信數據交互，對虛回路的物理通斷和邏輯正確性進行校驗，有效的提高了變電站運行維護的智能化水平。本文將初步討論實現智能變電站二次虛回路的在線監測及回路故障診斷的方法。

1 基于綜合應用服務器的在線監測及故障診斷系統

圖1 二次回路在線監測系統架構

在線監測系統利用光模塊器件的傳感技術，二次設備采用具有溫度﹑光強傳感功能的光模塊即可實現光功率和光口溫度的采集。過程層通信報文可以通過過程層網絡獲得；二次回路告警事件可以通過站控層網絡獲得。在現有智能變電站架構基礎上，利用故障錄波單元作為狀態監測系統的一部分。二次回路在線監測的系統架構如圖1所示。整個系統可分為主站系統和子站系統：主站系統部署在調度端；子站系統的軟件功能部署在站內的綜合應用服務器和故障錄波管理單元上。故障錄波管理單元負責上送信息到綜合應用服務器，并在線校驗通信鏈路的正確性；綜合應用服務器負責在線監視設備健康狀態，在二次回路發生故障時快速診斷，并上送給調度端的主站系統。主站系統主要負責記錄并報告子站上送的各種信息。

故障診斷系統基于綜合應用服務器上的專家系統，該專家系統根據不同的故障現象建立，然后根據具體現象推測出最可能的故障點。故障診斷專家系統是狀態檢修中的關鍵環節，它以設備的狀態信息監測為基礎，運用專家知識庫中存儲的大量領域知識和經驗，提取反映二次設備運行狀態的自檢信息，通過模擬人類專家的思維決策過程對信息進行推理和判斷，判斷設備是否存在故障，確定故障的原因﹑位置及性質，得出分析結論，指導維修計劃。

2 基于多參信息量的在線監測及故障診斷方法

該方法主要是結合網絡報文記錄分析裝置在智能站的功能特點，通過配置網絡報文記錄分析裝置與智能設備之間的鏈路對應關系，提取與二次虛回路相關的核心報文數據，上送至調度端進行綜合分析，同時提出了SV﹑GOOSE 網絡鏈路狀態以及繼電保護設備的在線監測與診斷策略。

在該系統中，采集主要由網絡報文記錄分析裝置完成，同時考慮到過程層和站控層間的網絡報文數據量巨大，存在大量的冗余與非重要的信息，對調度數據網造成很大的壓力，站端裝置采集到數據后需要進行數據的關聯﹑過濾以及篩選。根據系統以及研究需求，將在線監測信息分為穩態﹑暫態以及狀態文件，其中暫態文件指的是當鏈路中出現重要告警(如回路斷鏈等)時，由裝置將該時刻APPID 對應的所有鏈路信息進行整理生成的文件。穩態文件則是記錄長時間監測信息(如溫度﹑光強﹑電壓電流等)文件，狀態文件為監測鏈路實時通斷狀態的文件。該系統既存儲站端上送的信息，同時也進行實時診斷分析，同時統計分析狀態信息的長期變化規律，并結合裝置異常時的狀態特征，評估健康狀況，做出診斷決策。該方法對網分裝置進行功能提升，通過將告警進行梳理與篩選并上送至調度端進行綜合分析，可有效實現全網繼電保護設備及回路在線監測與故障診斷分析。

3 基于SCD及CID文件在線監測及故障診斷方法

該方法通過配置工具將智能變電站的SCD文件和CID文件導入分析平臺，將站內二次設備和二次回路的信息提取到數據庫，獲取設備間的通信配置和數據傳輸關系，建立狀態監測模型；過程層設備通過SV/GOOSE網絡進行組網，系統通過對故障錄波﹑網絡分析儀等的抓包檢測過程層設備狀態，同時，過程層設備會將通信狀態信息上送間隔層設備，間隔層設備則通過MMS網絡上送后臺監控主機，系統通過對站控層網絡抓包，獲取站內通信鏈路(二次回路)的狀態；系統將獲取的二次設備和二次回路的狀態信息與SCD文件進行比對，驗證SCD的數據集配置和過程層通信鏈路的一致性，進行故障診斷，并將診斷結果進行輸出，系統構架如圖2所示。

二次回路在線監測與診斷包括兩方面：一是物理鏈路的通信狀態，二是邏輯數據鏈路的狀態。其中在邏輯鏈路通信狀態中發送方和接收方可以是過程層的智能組件和間隔層的智能設備，也可是過程層交換機，通信鏈路主要指點對點光纖。如果通信鏈路發生異常，發送方無法做出通信鏈路是否好壞的判斷，因為發送方只進行數據發送；而接收方由于在規定時間內沒有接收到數據，可以做出通信鏈路異常的判斷。因此鏈路監視模塊應依托于接收方的判斷實現通信鏈路的在線監測。邏輯鏈路通信的在線監測，其目的是保證SCD的數據集配置和過程層通信鏈路的配置保持一致。在IEC61850協議中，過程層SV和GOOSE數據的交互信息，包括通信信息和配置信息。這為邏輯鏈路通信的在線監測提供了技術基礎，當前設備制造廠商，大都對SV和GOOSE的數據配置進行了在線校驗，并且當發生接收和發送配置不匹配的時將產生告警信息。因此通過對比分析SCD文件中的對應配置信息，報文中的SCD配置信息，過程層裝置的SCD集成配置﹑接收配置﹑發送配置的一致性就可得到驗證。若發生異常，則在線監測系統將發出告警信息。

圖2 在線式故障監測及診斷系統架構

4 結論

通過對比分析上述三種智能站繼電保護二次回路在線監測與故障診斷技術，不難發現目前主流監測與診斷技術都依賴于變電站現有的網絡結構，基于IEC61850網絡平臺的共享性，使通信數據得到了更廣泛的共享與應用。其優化與改善的方向都是面向升級監測與診斷系統的技術策略，充分利用現有的網絡結構﹑網絡設備及其配置文件。

筆者認為文中第一種方法在工程應用中更易于實現，充分利用智能站豐富的狀態信息實現二次回路在線監測及診斷，其方法具有工程應用價值。方法二和方法三其理論性更強，工程實用價值不如前者，需要升級現有站內的設備后才能充分發揮其優勢，但隨著智能變電站的逐步發展，技術的不斷創新，后者也會有更加廣泛的應用前景。

[1]鮑凱鵬，謝剛文，曾治安，呂航，方圓.智能變電站二次回路在線監測研究[J].智能電網，2014.

[2]高兆麗.智能變電站過程層故障診斷與狀態評估技術研究[D].山東大學，2015.

[3]李躍軍.智能變電站二次設備狀態評估模型及其應用的研究[D].華北電力大學，2015.