智能變電站繼電保護二次回路在線監測

吳福明

（國網蘇州供電公司，江蘇蘇州 215000）

0 引言

隨著我國變電站技術快速發展，通信網絡化已逐漸取代二次回路，繼電保護也在朝著智能化和網絡化發展。但仍有很多企業使用的是傳統的檢測方式，以網絡報文的方式進行設備和系統的分析和檢修，而這個過程中因受到多種原因的影響，而導致各種問題的不斷出現。因此需要加強對在線監測和故障診斷技術的研究，加強智能檢測系統的廣泛應用。

1 智能在線監測和故障診斷技術的優勢

（1）在智能變電站的發展中，不斷融入網絡通信、數字傳輸、信息共享，讓變電站智能化水平不斷提高，變電站工作效率明顯提升。作為變電站中的關鍵部件，繼電保護裝置對于變電站智能水平有著重要影響。在傳統的變電站運行中工作人員發現異常情況時，會進行手工調解相應的設備；定期對繼電保護設備進行巡檢，若在檢測中發現不正常情況及時進行相應處理，或填報缺陷，或要求停運故障設備，經過檢修調試正常后，才能繼續投入使用。相比于傳統的繼電保護裝置，在全面的測控技術下，智能繼電保護裝置改變了傳統的工作方式，變被動檢修為主動監測，讓繼電保護效率大幅度提高，也節省了人工費用，減少了員工精力投入，讓繼電設備穩定性大幅提高。

（2）智能變電站繼電保護設備具有更先進的調試方式，能夠從多個線路同時進行，設備中的配合性也得到提高。在日常運行時若電網中出現異常情況，繼電保護裝置將通過智能控制功能進行自動調節，若自動調節無法解決時，可由人工方式二次修正。既減少了人工作業量，也使系統檢修效率大幅度提升。在系統的巡檢中，讓系統巡檢變得更加高效，智能變電站自身的診斷技術具有自動化特征，在運行過程中，只要出現微小異常，系統能夠快速進行修正，同時分析原因以供工作人員參考。該模式讓變電站巡檢效率大大提高，可以減少巡檢頻度，讓變電站成本有效降低，電力企業的經濟收益有所增加。

2 繼電保護二次回路的在線監測與故障診斷系統的整體構架

在變電站中，傳統的二次回路逐漸被通信網絡所取代，應用通信網絡，利用數字信號，能夠實現設備之間的互相連接，實現在線監測。在系統構架中，包含了主站系統、后臺系統、遠動裝置及站端裝置，主站系統設置在調度控制中心，其余設置在變電站內。因此，新建智能變電站需要應用在線監測以及診斷的裝置，在數據采集端對運行情況進行分析，發揮出實際應用性。

（1）主站系統建立在網絡記錄分析設備和保護設備基礎之上，兩者通過網絡或線路有效的連接在一起，從而能夠提取必要的數據，并將數據上傳到網絡中進行數據分析，數據分析可以在調度端實現。在很多新建的智能變電站中，在線監測和在線診斷是設置在數據采集端的基礎上。

（2）站端裝置的作用是采集和整理繼電設備的信息，同時對信息進行過濾和配置。在通信網絡中，如果出現了故障信息，故障信息能夠以最快速度被輸送到站端裝置，隨后將接收到的信息收集起來，經過處理之后傳給后臺，同時通過遠動裝置傳遞給主站系統。在這個過程中，對于信息的收集和診斷需要建立在后臺監控系統或主站系統，并將分析的結果呈現在監控畫面上，以直觀的形式完成對故障的分析。

3 在線監測信息

（1）運行狀態信息。裝置的運行信息主要包含：①軟件硬件自動檢查信息，自動檢查信息包含運行過程中裝置的溫度信息、電壓信息等，這些信息決定了繼電保護設備在線監測的功能，向系統直接反映了設備的運行情況。②采樣值，也就是電流的信息，包含支路電流信息及差動電流信息，在電路運輸中如果出現故障情況，電流信息也會出現和往常不一樣的變化，因此需要檢測采樣值信息。③開關量，在長期運行的設備信息監測中，不僅能監測到故障情況，還能在數據記錄下對運行數據進行收集儲存，為系統日后的維護提供數據基礎和依據。

（2）保護動作信息。在線監測信息的保護動作信息，包含保護動作信號及動作出口信號。保護動作信號信息是指涉及到保護啟動、保護元件這一類運行信息。動作出口信號信息是指出口信息及動作時間信息。

（3）警告信號信息。在二次回路出現異常情況時，警告信號能夠準確反映出故障點的信息，能更加快速、準確地找到故障問題和運行信息，同時信息也能應用于檢修工作中，便于智能變電系統的維護。警告信號信息主要包含，①采樣值的異常警告，如SV（Sampled Value，采樣值）鏈路終端信息、CT（Current Transformer，電流互感器）斷線信息、檢修狀態信息等，在運行過程中，監測到的信息和平常情況不符合時，就會發出警告信號。②開入量的異常警告。開入量的異常信息包含GOOSE異常信息、開入量異常信息及鏈路中斷信息等，當監測到異常情況時系統將會發出警告。③裝置異常警告。當系統出現閉鎖或失電情況時，系統將會發出警告信號。

4 在線監測和故障診斷技術應用

4.1 技術原理

（1）對SV/GOOSE鏈路診斷的原理。在系統運行當中，接收端的設備是按設定好的頻率運行，運行過程中能夠自動接收信號，如果設定頻率下沒有接收到信號，系統將會自動發出警告。GOOSE（Generic Object Oriented Substation Event，通用面向對象的變電站事件）網絡是傳輸過程層和間隔層之間的數據和狀態量。系統中的保護裝置和終端間，使用的是GOOSE點點對應的方式通信。SV是應用在傳輸過程層和間隔層兩者之間的采樣值，系統中保護裝置和合并單元兩者間也是點點對應的形式介入SV數據。由于系統的觀測源是一致的，將接收裝置的觀測源和接受裝置的監測進行對比，然后根據警報裝置對故障進行定位分析。

（2）對交流回路診斷的原理。在智能系統運行過程中，對二次回路流量的監測，使網絡記錄分析裝置和保護裝置相結合，對信息進行對比后才能進行故障診斷。智能變電站在采樣過程中，通過合并單元才能實現A/D的轉換，其中關鍵點是對采樣數據的同步問題。通過對采樣數據對比，分析數據是否屬于正常范圍，對二次回路的狀態進行判斷。當誤差超過正常范圍情況時，繼電保護裝置并沒有發出任何異常的信號，那么就有可能是繼電保護的交流回路出現了異常情況。

（3）對保護動作的診斷原理。對交流回路的運行情況監測，是通過對單重化保護裝置和模擬量的對比，將監測位置信號作為指標來判斷回路的運行情況。單重化裝置保護配置運行情況包括保護動作邏輯和保護模擬量，并結合保護動作的精準性進行分析。在雙重化裝置保護配置中，通過對保護裝置檢測來分析裝置動作的準確度。在診斷過程中，首先進行的是對動作元件及時間方面的檢查，在做好時間差計算的基礎上進行對比，才能保證保護動作具備精準性。

4.2 在線監測和故障診斷技術應用

（1）二次回路輸入開關量狀態的監測和診斷。在智能變電站中，繼電保護裝置使用開關量輸入的二次回路作為保護裝置對相關信號進行收集，如閉鎖信號、保護信號等，然后才能對運行性能進行判斷。使用在線監測診斷技術，使保護裝置具備了自動檢測和自動診斷功能，實現了開關量輸入的二次回路狀態檢測。

保護接點的動作開入量對二次回路狀態進行檢測時，要保證繼電裝置準確性需引入開關量分析，如變壓器的保護動作要連接電壓閉鎖。例如，在斷路器失靈情況下進行的保護動作，可對保護邏輯進行檢測。正常情況時失靈保護需要啟動開關量為0，在系統出現故障時開入量是1，此時進行繼電保護動作時，需要對故障進行切除。在這個過程中，若保護裝置檢測到開入量為1，同時時間＞10 s，可得出開入量及開關回路存在異常情況。在單套保護裝置中需引入保護動作的開入量，根據判斷邏輯對系統在線情況進行檢測。

在雙套保護裝置中，根據相關信息可以了解到，是開關量的輸入在接入二次回路的時候，需要使用雙重化的配置。一般情況下，同樣的間隔包含兩套保護，對應的開入量也應該一致。因此，應用保護信息系統在裝置內對狀態信息進行收集和分析，如果兩者狀態信息不能互相對應，則可判斷出二次回路出現異常情況。使用該檢測方法，能準確判斷出不同類型的異常情況，包括二次回路的斷線故障、絕緣故障及接點粘連等情況，這樣也就實現了在線監測和在線診斷。

（2）二次回路中斷路器狀態監測和診斷。在智能變電站中，斷路器二次操作回路是由智能終端和操作箱構成。對裝置的保護需使用網絡監測的手段，對二次回路則需進行實時檢測。根據相關規范和要求，對狀態進行檢修時，在系統中跳合閘接點是處于密封的狀態，不能直接得到其運行情況，使用傳統檢查手段，無法快速而精準的檢測。因此，需要使用其他方式進行檢測。例如，使用雙接點的串聯，對裝置進行在線監測。

使用在線監測和在線診斷技術，能對保護裝置運行情況進行檢測，使故障問題能被及時發現。使用雙AD形式采樣，對電路進行有效監控，能及時發現兩者誤差是否在閾值范圍內，可快速發現異常和提出警示，檢修人員能更加快速掌握系統異常的原因。在對故障進行診斷時，重要的步驟是對故障的精準定位，使用該方法，能準確確定故障保護裝置和變換位置，可有效減少故障時間，讓供電性能更加安全可靠。

5 結論

基于智能在線監測和故障診斷技術的優勢，分析在線監測與故障診斷系統的整體構架，以及在線監測信息等，包括運行狀態信息、保護動作信息及警告信號信息。通過研究在線監測和故障診斷技術在繼電保護二次回路中的應用，既可用于二次回路輸入開關量狀態的監測和診斷，也可用于二次回路中斷路器狀態的監測和診斷。