智能變電站二次設備狀態監測研究綜述

李新春

摘 要：設備之間的信息共享和互操作是智能變電站的主要特點，提供了豐富的二次設備運行和狀態信息，給二次設備的狀態監測和維護帶來了極大的方便。然而，對于開關信息建模等輔助設備狀態監控的研究還存在不足。在此背景下，首先討論了智能變電站二次設備狀態監控對象的概念，其次分析了關鍵技術和方法的信息建模和監控數據分析，并給出了網絡拓撲結構的建模方案。最后總結了利用狀態監測數據進行二次設備故障診斷的幾種方法，分析了這些方法的優缺點及應用情況。最后，結合我國二次設備狀態監測的研究現狀和實際應用情況，展望了未來的研究方向和應用前景。

關鍵詞：智能變電站；二次設備；狀態監測

近年來，隨著我國輸變電技術的發展，電網規模不斷擴大，輸變電電壓水平不斷提高。因此，電力設備的數量和復雜性不斷增加，設備的維護成本在電網總運行成本中所占的比例也越來越大。繼電保護設備的維護工作量急劇增加。確保在這種設備數量、高復雜性的設備條件下的電網是穩定的和可靠的操作，降低成本和控制改革的成本，減少檢驗工作，電力設備維護策略是由過去的預防性維護國家改革[1]。

定期維護和狀態維護是預防性維護。定期維修的缺點是大修周期相對固定，不能根據設備的健康狀況及時進行維修，容易造成維修不足、維修過度等問題。和狀態檢修是通過使用先進的狀態監測手段對所有設備的狀態參數，這些狀態參數反映了設備根據實際工作條件，故障的早期征兆、故障位置、故障嚴重程度和發展趨勢的判斷，以確定最優維護設備的時間維護的一種方式。

1.二次設備狀態監測的概念

在智能變電站的大力建設和IEC61850標準深入推廣應用的情況下，國內外對變電站一次設備的狀態監測已做了充分的研究。隨著一體化調度自動化系統的部署，需要實現一、二次系統的同步建模、采集與分析。雖然目前調度自動化系統對二次設備的在線監視與分析主要處理與解決的是繼保設備、故障錄波裝置的相關信息，但是二次設備的狀態檢修是未來智能變電站及站內智能設備檢修的重要部分。而作為狀態檢修基礎的二次設備狀態監測工作就勢在必行，亟待開展。對二次設備狀態監測不同于一次設備狀態監測——通常需要單獨安裝監測設備來實現對主設備的監測；由于微機保護已十分成熟，二次設備通常具備較強的在線自檢和通信功能，因此無需另外安裝監測設備，使用設備自身集成的自檢、通信功能即可完成狀態監測的任務[2]。在IEC61850標準的統一規范下，綜合考慮二次回路負載及安全性，對二次設備實行嵌入式狀態監測是合理且妥當的。

2.二次設備信息建模

在實施狀態監測的過程中，首先需要對設備的信息進行建模。建模的目的是為了獲得各種設備運行過程中的狀態參數的規范表達。因此建模的要求是應對智能變電站內所有設備進行統一建模，并使用統一的、被廣泛認可的標準來進行建模。在智能變電站中，二次設備已通過IEC61850標準實現了通信和互操作，針對二次設備的信息建模也多圍繞該標準，采用變電站配置言（Substation Configuration Language， SCL） 或統一建模語言（Unify Modeling Language， UML）進行。目前國家電網公司已著手開展智能變電站內二次設備的信息建模工作，并形成了一些二次設備狀態監測的標準。當前在智能變電站中實際開展的二次設備狀態監測基本依靠網絡分析儀對GOOSE/SV/MMS報文的連續性、合法性、時延以及通信鏈路、網絡流量進行監測和告警。而設備的自檢信息、二次回路信息等信息雖然能夠采集到，但并沒有通過報文上送，設計人員在變電站設計過程中也沒有將這些數據列入虛端子表中[3]。

2.1二次設備信息建模的研究現狀

研究人員在二次設備信息建模方面進行過一些研究。有關研究將過程量、開關量、特征量根據IEC61850標準進行建模，客戶端通過主動召喚和報告相結合的方式獲取IED數據。還有相關研究結合二次設備狀態監測的實際特點和功能需求，采用面向對象的建模技術，主要監測了站內二次設備和二次回路，以及設備的銘牌、標識和健康狀態；提出了一種把變電站整個二次系統和二次回路作為統一監測對象整體來建模的思想。

2.2一種交換機及網絡拓撲建模方案

以交換機及站內網絡拓撲建模為例，在目前智能變電站專用交換機尚未投入實際應用，而二次設備狀態監測又需要交換機及網絡拓撲的情況下，本文提出以下建模方案。針對一般的通用交換機，其建模目的可暫不要求向外報告自身狀態，如接口的光功率、網絡流量等等，而著重于對網絡拓撲和設備物理連接關系的描述。根據相關標準，可以利用IEC61850-6中規定的節點來描述設備之間的物理連接關系。

3.二次設備狀態監測數據的分析處理

目前針對智能變電站二次設備狀態監測數據的處理的研究對象主要為變電站網絡中的告警、變位報文，從狀態監測系統的設計、警報處理和故障診斷等角度開展。

3.1在線式自我狀態監測系統

在線式自我狀態監測系統的架構，該系統利用設備自檢和設備之間的互相監測來實現二次設備的嵌入式監測。該系統的架構是一種總線型架構，即間隔層各種二次設備將采集到的狀態監測數據通過運行服務總線（Operation Service Bus，OSB）發送到監控后臺，由監控后臺進行狀態評估、故障診斷、健康狀態可視化等功能。提出了將二次設備狀態監測分為分布式和集中式兩種形式，并就集中式的監測提出了比較雙套保護裝置的相同間隔的采樣值、開關量、狀態量以判斷裝置是否存在故障的方法。

3.2自我狀態監測系統

自我狀態監測系統在針對常規二次設備運行狀態數據進行狀態分類、故障診斷時主要采取比較法和趨勢分析法，對SV、GOOSE等智能變電站特有的報文監測時，主要針對其報文連續性和報文正確性，按照報文序列應有的規則進行監測和告警。

4.結論

狀態檢測是一種可靠、經濟的維護方式，狀態維護的正確有效實施需要先進的狀態監測技術和準確的狀態監測數據作為支撐。本文討論了智能變電站二次設備狀態監測的概念和目標。本文綜述了智能變電站二次設備信息建模的現狀及狀態監測數據的分析與處理方法。基于現有的標準和規范，提出了一種利用SCD文件中的節點來描述二次設備網絡拓撲的方法。分析了各種狀態監測方法在智能變電站中的數據源、優缺點及其各自的應用。

參考文獻：

[1]許婧.王晶.高峰等.電力設備狀態檢修技術研究綜述[J].電網技術.2015.24（8）：48-52.

[2]黃雅羅.黃樹紅.發電設備狀態檢修[M].北京：中國電力出版社.2016（22）：4-23.

[3]廖天明.我國狀態監測技術和狀態檢修工作綜述[J].供用電.2016.29（4）：13-16.25.