智能變電站繼電保護狀態監測與故障診斷系統研究

汪希偉，李 超，郭啟偉，侯慧軍，孫 巖

（國網山東省電力公司檢修公司，濟南 250118）

智能變電站繼電保護狀態監測與故障診斷系統研究

汪希偉，李 超，郭啟偉，侯慧軍，孫 巖

（國網山東省電力公司檢修公司，濟南 250118）

智能變電站已經獲得大規模普及與應用，其繼電保護二次回路為不可見虛回路，不同于常規變電站中的可見二次電纜，導致對繼電保護的故障排查難度加大。為確保繼電保護可靠運行，方便回路問題排查，實現對繼電保護運行工況的實時監視，提出了智能變電站繼電保護狀態監測與故障診斷系統設計方案。該系統網絡結構主要包含服務器、工控機、站控層和過程層，通過SCD文件實現智能變電站二次設備的管理，經站控層網和過程層網獲取合并單元、智能終端及保護裝置等信息，實現對二次設備的運行監視、智能診斷和故障分析。實踐證明，該系統有效縮短了檢修人員的消缺時間，在提高運檢水平上取得了顯著成效。

智能變電站；繼電保護；狀態監測；故障診斷

0 引言

隨著數字化智能變電站的大規模普及與應用，其繼電保護設備相較于常規變電站出現故障的概率較大，且故障種類繁多。由于將常規變電站中的可見二次電纜變成了智能變電站中的不可見二次虛回路，導致對繼電保護設備的問題排查難度加大，對當前人員的運檢水平也提出了新的要求。為了增強智能變電站繼電保護設備運行的可靠性，提升運檢水平，需要對繼電保護運行工況進行實時監視并進行在線分析診斷。

近年來，智能變電站的廣泛建設以及計算機技術和通信技術的發展，為繼電保護系統的狀態監測和故障診斷提供了良好的基礎條件?；贗EC-61850標準的數字化智能變電站“三層兩網”結構體系，將常規變電站中傳統的不可在線監測的二次電纜變成了可在線監測的光纖網絡，同時基于該標準的IED設備（繼電保護裝置、合并單元、智能終端、安全自動裝置、交換機等）模型構建，使得對保護裝置、合并單元、智能終端、安全自動裝置及交換機關鍵信息的監視能力越來越強，為智能變電站繼電保護狀態監測和故障診斷提供了良好基礎［1-5］。 為此，提出了智能變電站繼電保護狀態監測與故障診斷系統設計方案，并在500 kV柴府變電站中實現了工程應用［6-8］。

1 繼電保護狀態監測與故障診斷系統

1.1 功能

智能變電站繼電保護狀態監測與故障診斷系統能實現全站SCD文件管控、繼電保護狀態監測及定值管理、虛端子、虛回路可視化監視、智能安措、智能分析所采集到的數據，并進行診斷告警。

信息采集范圍涵蓋合并單元、保護裝置、智能終端、安全自動裝置、過程層交換機、站控層交換機及構成保護系統的二次聯接回路。系統能基于SCD文件以友好直觀的方式將智能變電站保護系統的運行狀況反映給變電站運維人員和檢修人員，為智能變電站二次系統的日常運維、檢修、異常處理及電網事故智能分析提供決策依據。

1.2 網絡結構

繼電保護狀態監測與故障診斷系統由部署在變電站端的繼電保護狀態監測及故障診斷系統和部署在調度端主站系統的繼電保護狀態監測模塊共同完成。

變電站端的繼電保護狀態監測與故障診斷系統由數據采集單元和數據管理單元組成。數據采集單元通過過程層網絡獲取過程層設備數據；數據管理單元從數據采集單元和間隔層網絡獲取數據并進行分析處理，實現狀態監測和故障診斷功能，并將診斷信息上送至調度端。該系統網絡結構如圖1所示。

圖1 繼電保護狀態監測與故障診斷系統網絡結構

調度端的繼電保護狀態監測模塊集成于調度端主站軟件系統，為一個獨立的功能模塊。

1.3 功能實現

1.3.1 繼電保護SCD模型文件管理

系統通過全站SCD模型文件獲取過程層虛回路與軟壓板邏輯關系描述、調度命名和一二次關聯關系、二次回路虛端子連接、通信參數、二次回路狀態監測信息、過程層網絡拓撲配置。當繼電保護SCD模型文件變更后，數據管理單元通過裝置過程層虛端子配置CRC與繼電保護SCD模型文件相應CRC進行在線比對實現SCD變更提示，并界定SCD變更產生的影響范圍，并將影響范圍定位到IED裝置。

1.3.2 繼電保護及二次回路狀態監測

系統接收合并單元、智能終端、保護裝置、交換機上送的信息并進行分類管理、存儲；并通過直接采集過程層網絡報文實時監視與分析網絡通信狀態。

1.3.3 繼電保護故障智能診斷

系統接收合并單元、智能終端、保護裝置、交換機上送的信息并進行分類管理、存儲；并通過直接采集過程層網絡報文實時監視與分析網絡通信狀態。

根據裝置的硬件級告警信息、監測信息及其他巡檢信息對裝置硬件的運行狀態進行評估，并根據監測信息的統計變化趨勢進行故障預警。用于監測預警的裝置硬件級信息包括：裝置溫度、裝置電源電壓、裝置過程層端口發送／接收光強和光纖縱聯通道光強、裝置差流。

根據監測信息實現裝置硬件異常的故障定位。用于故障定位的監測信息包括：裝置光纖接口監測信息、裝置鏈路異常告警信息、裝置報文。

變電站端實現交流回路、跳閘回路、合閘回路、失靈啟動回路、閉鎖回路、軟壓板狀態及功能描述的圖形化顯示。調度端實現保護裝置內部動作邏輯、動作時序、故障量及保護定值的圖形化顯示。

2 系統應用

在2016年投運的500 kV柴府變電站中，投運了智能變電站繼電保護狀態監測與故障診斷系統，該系統架構如圖2所示。

圖2 繼電保護狀態監測與故障診斷系統

繼電保護狀態監測與故障診斷系統的實施流程為：

1）通過配置工具導入全站SCD文件，將在線監測信息提取錄入數據庫，建立繼電保護狀態監測模型；

2）通過畫圖工具，繪制變電站主接線圖、保護裝置屏柜運行圖、保護裝置詳細運行信息圖、裝置網絡鏈路圖、虛端子圖和網絡拓撲圖；

3）通過過程層交換機，接收保護裝置、智能終端、合并單元和交換機的監測信息；

4）通過站控層交換機，接收裝置的遙信量、遙測量以及MMS報告；

5）通過配置典型操作票和二次工作安全措施票，實現對裝置的檢修操作正確性和隔離措施實施結果的確認。

采用該系統后，通過指標比較可看出其具有顯著成效，如表1所示。

表1 系統采用前后指標比較 min

3 結語

針對智能變電站繼電保護二次回路為不可見虛回路，其故障排查難度較大，提出了智能變電站繼電保護狀態監測與故障診斷系統設計方案，通過SCD文件實現智能變電站二次設備的管理，經站控層網和過程層網獲取合并單元、智能終端及保護裝置等信息，實現對二次設備的運行監視、智能診斷和故障分析。該系統已在500 kV柴府變電站中進行了應用，能夠幫助運維檢修人員快速定位站內繼電保護設備故障點，有效縮短了消缺時間，方便了運行人員對二次設備的監視，在提高運檢水平上取得了顯著成效。

［1］湯漢松，孫志杰，徐大可.數字化變電站的現狀與未來［J］.江蘇電機工程，2007，26（S1）：5-7.

［2］文繼鋒，盛海華，周強，等.智能變電站繼電保護在線監測系統設計與應用［J］.江蘇電機工程，2015，34（1）：21-24.

［3］李慧萍，魯曉帆，張凱.基于Winpap的數據包捕獲技術的研究［J］.網絡安全技術與應用，2010（8）：31-32.

［4］竇曉波，周旭峰，胡敏強，等.IEC 61850快速報文傳輸服務在VxWorks中的實現［J］.電力系統自動化，2008，32（12）：41-47.

［5］張世強.基于61850規約的保護裝置GOOSE報文測試工具的開發［D］.保定：華北電力大學，2009.

［6］陳德樹．微機繼電保護［M］．北京：中國電力出版社，2000．

［7］LIN T，DOMIJAN A.On Power Quality Indices and Real Time Measurement［J］.IEEE Transactions on Power Delivery，2005，20（4）：2 552-2 562.

［8］LIN T，DOMIJAN A.Recursive Algorithm for Real-time Measurement of Electrical Variables in Power Systems［J］.IEEE Transactions on Power Delivery，2006，21（1）：15-22.

Research on Condition Monitoring and Fault Diagnosis System of Relay Protection for Intelligent Substation

WANG Xiwei，LI Chao，GUO Qiwei，HOU Huijun，SUN Yan
（State Grid Shandong Electric Power Maintenance Company，Jinan 250018，China）

With the popularization and application of intelligent substation， the secondary circuit of the relay protection becomes not visible which is different from the visible circuit in conventional substation，and it makes the troubleshooting of relay protection equipment more difficult.In order to ensure the reliable operation of the relay protection equipment and to facilitate the circuit problem investigation， the condition monitoring and fault diagnosis system of intelligent substation is presented.The system mainly includes server，industrial computer，station control level and process level.Through the SCD file， intelligent substation secondary equipment management is realized.Through the merger unit， intelligent terminals，protection devices and other information obtained from station control level and process level，the operation monitoring，intelligent diagnosis and fault analysis of the secondary equipment are realized.Practices have proved that the system can effectively shorten the missing time of maintenance personnel，and have achieved remarkable results.

intelligent substation；relay protection；status monitoring；fault diagnosis

TM734

B

1007－9904（2017）02－0055－03

2016-10-26

汪希偉（1981），男，工程師，主要從事電力系統繼電保護工作。