基于D5000平臺下二次設備自動巡檢系統的設計及實現

劉海峰，陳宏，姜健琳，尹浙洪

（1.國網湖南省電力公司電力科學研究院，湖南長沙 410007；2.上海澤鑫電力科技股份有限公司，上海 201206）

近年來，許多電力公司推出了二次專業巡視工作。主要是對110kV及以上電壓等級變電站的二次設備開展專業巡視。巡視的內容主要包括壓板、定值、模擬量、開關量、歷史告警信息、GPS對時等裝置運行信息的核對及端子排紅外測溫、壓板電位測量等。通過專業巡視對發現問題的集中處理，消除了設備隱患，大大降低了日常消缺工作量。專業巡視工作與繼電保護狀態檢修工作有機的融合在一起，成為其基礎數據來源之一。通過專業巡視工作也提高了各單位對設備運行狀況的掌握程度，對消除設備隱患，提升繼電保護正確動作率起到了關鍵作用。但隨著大二次專業的融合及電網規模的不斷發展，二次班組從事的專業范圍越來越廣，工作量也越來越大，班組工作量與承載能力之間的矛盾也越來越突出。目前專業巡視工作周期是半年一次，無法及時發現中間過程的設備隱患。依靠人員力量的專業巡視工作已經達到了一個瓶頸，無法有更進一步的發展，迫切需要新的技術手段來提升專業巡視工作的精益化程度和實時性。

1 二次設備巡檢技術

目前，國內外對設備在線監測的研究主要集中在一次設備領域，二次設備在線監測的研究主要集中在智能變電站領域，而且在線監測功能的研究還比較滯后。對于常規變電站的二次設備在線監測技術的研究還比較少，主要是難以實現數據的采集，而目前電網運行中存在的大量變電站都是常規綜自站。國調D5000系統建設規范中明確要求系統集成二次設備在線監視與分析應用功能，并部署了繼電保護信息處理系統的子站，實現了數據的采集功能。二次設備在線監視系統可以實現通訊狀態監視、告警事件和動作事件查詢，錄波文件讀取、定值召喚、模擬量和開關量及軟壓板的召喚等基本功能。

但這些功能主要是對裝置現有運行信息的采集及簡單歸類，無法實現對運行數據正確與否的自動巡檢，也無法監視到裝置運行是否異常，高級分析功能還比較弱。并且相關信息均需要匯總到主站系統來進行處理，子站僅起到數據采集的功能，這就需要主站系統具備強大的處理能力，整體架構設計并不夠合理。二次設備在線監測技術的研究已經具備了基礎條件，自動專業巡檢技術的研究還屬于一片空白，而自動專業巡檢則是基于二次設備在線監視系統上的高級應用功能，二者可以實現很好的結合，從而進一步提升生產指標，全面掌控全電壓等級變電站二次設備的運行狀況及動作情況。

1.1 二次設備巡檢技術特點

目前基于微機的繼電保護和故障錄波設備在國內變電站已經普及使用，這些二次設備本身信息化、智能化水平很高，且提供各種方式的通信接口，具備遠程信息獲取和管理的基礎，通過繼電保護信息處理系統子站對這些智能設備的相關信息進行快速的收集和獲取，可將信息遠傳到調度端D5000平臺。作為基于D5000平臺的一個子應用系統，可直接通過總線方式從D5000平臺獲取子站上送的繼電保護各類基礎數據，然后通過對收集設備的基礎信息進行有效的過濾及二次加工分析，實現對繼電保護等二次設備運行狀況（如設備自檢告警、開關量、壓板狀態、定值、模擬量等）的在線監視和自動巡檢。本文所提出的二次設備自動巡檢技術具有以下特點：

1）首創性的將對全網繼電保護設備的運行狀態監視、故障信息收集與整理、故障分析、定值壓板等在線核對、專業巡視、信息共享與發布等功能集成于統一平臺完成，形成了針對電網繼電保護設備全方位、信息化管理的一體化解決方案。

2）實現了對全網所有變電站中繼電保護設備日常運行狀態的監視、自動巡視及告警功能，便于運維人員及時發現設備異常，并快速進行消缺處理，提高了繼電保護設備檢修、巡視工作的針對性和有效性，降低運維人員日常巡視工作量，避免電網重大事故發生。

3）能夠實現定值和軟壓板的遠程修改和校驗工作，為實現遠方修改定值提供了可靠的技術基礎。

4）為實現基于量化指標體系的繼電保護狀態檢修工作提供基礎數據和監測手段，從而真正實現基于設備狀態可監測的狀態檢修。

1.2 二次設備自動巡檢技術研究內容

1.2.1 保護定值核對

1）基準定值單的設置

可能實現的方式有3種：①是收集電網下屬單位在用的各類型繼電保護設備的定值單，按設備類型進行核對，并最終形成全網統一格式的定值單；②是與定值整定計算程序接口，開發專用的格式；③是通過召喚繼電保護裝置內的當前定值，通過人工核對后固化為定值核對的基準。

2）定值核對

支持手工選擇指定保護或自動對選定的批量保護召喚實際運行定值，與選定的基準值進行比對，不一致時差異、高亮顯示，并給出告警。

3）核對結果

核對完畢后，可生成全部設備核對記錄表，并對異常的定值單和裝置給出告警信息。

1.2.2 硬壓板、軟壓板和開關量狀態核對

1）基準狀態管理

支持設置各保護基準開關量及軟硬壓板狀態，設置方式：先召喚實際狀態量，確認無誤后直接保存為基準值；支持基準值的編輯和查看。

2）開關量核對

支持手工選擇指定保護或自動對選定的批量保護召喚實際狀態量，與設定的基準值進行比對，不一致時差異、高亮顯示，并給出告警。

3）核對結果

開關量核對完畢后，支持生成全部設備核對記錄表，并對異常量和裝置給出告警信息。

1.2.3 模擬量校核

1）召喚模擬量

支持手工選定保護或設定批量設備自動進行模擬量召喚。

2）三相電流電壓平衡檢查

對保護設備的回應的模擬量結果進行分析計算，檢查幅值和相角是否平衡。

3）與主（備）保護一致性檢查

核查同個一次設備下主、備保護或同一個間隔下多個保護、測控之間的三相電流、電壓值的一致性，對比誤差大于5%時按不一致處理。

4）告警

對于發現不一致、越限或越變化率的情況進行告警提示。

5）校核結果

校核完畢后，支持生成全部設備檢查記錄表。

1.2.4 保護告警統計

1）告警分類

支持對告警信息靈活分類、定制，將表征保護故障告警（如模擬量采集錯、ROM錯、EEPROM錯、SRAM自檢異常、FLASH自檢異常、跳閘矩陣定值錯等）和運行異常告警（如CT斷線、跳位異常、長期有差流、遠跳開入異常、通道環回長期投入、差動壓板不一致、縱聯保護地址錯等）進行明確區分。同時對各類告警信息進行嚴重等級分類，對于影響保護正常運行或會引起保護不正確動作的告警應作為一級信息，瞬時自動上送，以及時提醒專業技術人員進行判別處理。對于其余告警信息，根據其性質合理劃分等級，自動上送主站。力求告警信息清晰可見，解決大量重復的垃圾信息的湮沒效應。

2）告警統計

支持對指定時間段內指定的單個或批量保護設備的告警情況進行統計，并形成統計結果表。

1.2.5 數據總線服務

1）多客戶端支持

該系統應支持多臺（不少于10臺）運維工作站并行使用，不得因為多臺運維工作站同時工作造成系統問題。

2）通信服務

通信服務應保持暢通，對于多個客戶端同時下發的各類命令能夠快速傳輸到指定的子站，并將子站回送結果正確返回各客戶端，通信服務軟件應滿足電力系統自動化軟件的要求。

3）數據同步

該系統應實時共享平臺所采集的全部基礎數據，同樣各客戶端所形成的結果也應實時同步于各運維工作站，可以被各客戶端共享。

1.2.6 權限管理

權限管理主要包括對系統授權的相關設置，如登錄用戶增加、編輯、保存、密碼修改及為不同用戶定制不同權限等，確保該系統及功能只被授權用戶使用，避免出現未授權非法用戶可能給系統帶來的負面影響。

2 二次設備自動巡檢系統總體結構

系統由前臺界面操作、后臺分析處理及數據總線服務3部分組成。系統總體結構如圖1所示。

圖1 二次設備自動巡檢系統總體結構Fig.1 Overall structure of the automatic inspection system of secondary equipment

系統采用模塊化、分布式設計，系統通過D5000平臺接口獲取保護實時運行信息及設備運行參數信息，并充分利用二次設備在線監視數據模型，以此為基礎展開對與繼電保護專業巡視相關運行信息的周期獲取、分析、比對，并實現對繼電保護專業巡檢相關應用結果的展示、查詢統計及導出、打印等工作。

3 二次設備自動巡檢系統各子模塊設計

3.1 數據總線服務

一方面通過D5000平臺從廠站端獲取基礎數據，另一方面實現對數據及其分析結果的自動分發，確保各工作站及數據庫信息的自動同步，如圖2所示。

圖2 數據總線服務結構設計Fig.2 Data bus service structure design

3.2 數據分析處理服務

1）保護運行信息獲取

接收界面下發的召喚命令或根據配置自動周期對指定設備的指定信息發起召喚，并將命令通過平臺接口發送給子站；待子站返回結果后，一方面分發給界面，另一方面分發給信息核對模塊；支持多任務并行執行。

2）事件分類整理

根據事件分類配置，對從收到的事件信息進行分類統計，按保護實時記錄各類事件的發生次數，若一定時間段內事件發生次數越限，則生成告警信息并發送給告警發布模塊。

3）模擬量采樣異常分析

包括三相電壓、電流平衡性，主備保護相對應的采樣值誤差是否越限及單項采樣值值是否越限等判斷，發現異常時，及時生成告警并發送給告警發布模塊。

4）運行信息核對

對收到的運行信息，按照保護設備、信息類型逐一與對應的基準值進行核對，發現不一致時，生成告警信息并發送給告警發布模塊。

5）處理結果告警、分發

根據定制規則，將收到的各類告警信息進行及時分發，并保存到數據庫。具體流程如圖2所示。

3.3 故障分析處理

根據一二次設備模型及關聯關系對收到的錄波、動作信息自動進行區內、區外故障識別與分析，并形成對應的動作分析報告。

3.4 界面設計

前臺界面作為人機交互接口，主要實現如下功能：

1）模型與配置管理

對保護基本模型信息的讀取、瀏覽、修改及保存；對于進行專業巡視所需要的保護基準值的管理，如定值單、壓板狀態基準值、模擬量越限值及關聯配置等。

2）運行信息查看

針對選定的設備執行指定的召喚及核對操作，包括定值、軟壓板、模擬量、開關量的召喚及與基準值核對結果的顯示，對于不一致的高亮顯示，并自動生成異常告警提示。

圖3 故障分析流程Fig.3 Fault analysis flow chart

圖4 數據分析處理流程Fig.4 Data analysis and processing flow chart

圖5 專業巡視系統定值校核界面Fig.5 Calibration interface of the professional inspection system

3）分析統計報告

針對保護告警、事件信息分類統計結果及區內、區外故障分析報告的格式化展示，支持直接導出、打印，解決班組人員原先靠人為收集、統計而導致的費時費力問題。

從以上界面圖中相關人員可以直觀、迅速的獲取故障的相關站點、線路的信息，并自動判斷故障類型，給出故障的詳細信息，生成故障報告，并提出下一步需開展的工作及擬采取的措施。

圖6 專業巡視系統報告瀏覽界面Fig.6 Report browsing interface of the professional inspection system

圖7 生成錄波分析報告Fig.7 Generated wave analysis report

圖8 故障報告詳細信息Fig.8 Failure report details

圖9 故障分析報告Fig.9 Failure analysis report

4）歷史信息查詢

針對歷史信息的查詢，如設備歷史定值單、歷史基準值、歷史事件、歷史產生的異常告警通知及分析報告等。

圖10 專業巡視系統啟動分析界面Fig.10 Start-up and analysis interface of the professional inspection system

5）異常結果告警

針對手工或自動執行專業巡視工作期間，系統后臺分析處理發現的異常情況進行告警提示，如模擬量越限、三相不一致、定值項與定值單不一致等，這都是運維人員分析判斷設備運行情況的重要依據。

圖11 專業巡視系統自動告警界面Fig.11 Automatic alarm interface of the professional inspection system

4 結語

本文提出了基于D5000系統平臺下的二次設備在線監視及自動專業巡檢系統的設計與實現方法，將各已有的類基礎數據進行深度挖掘，建立保護報文及故障錄波數據之間的邏輯識別關系，實現了二次專業自動巡視及智能故障診斷分析，為后續深入探索繼電保護的全自動化狀態檢修技術奠定了牢固的技術基礎。

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