智能變電站繼電保護在線運維系統關鍵技術的研究及實現

楊曉曦

摘 要：隨著智能變電站的不斷應用，進而對變電站當中的繼電保護設備運維要求也逐漸提升。傳統定期檢修運維模式不能對當前供電較強的可靠性要求進行滿足。在線的運維系統能夠更好的完成狀態檢修以及檢測，其實提升變電站運維水平的重點。在這種背景之下，本文分析了在智能變電站技術環境下怎樣建立機電保護在線運維系統，同時對和繼電保護密切有關的保護設備狀態進行監測以及二次回路狀態檢測等關鍵的深入的研究。

關鍵詞：智能變電站;狀態檢修;二次回路;繼電保護

對于確保電力系統安全性和可靠性方面，變電站繼電保護設備起到了重要效果。在智能變電站技術環境當中，機電保護設備廣泛應用了網絡化、智能化以及數字化等有關技術，讓傳統人工定期檢修運維方式更繁瑣。狀態檢修已經變成變電站檢修未來發展的方向^[1]。通過智能設備和運維系統自己狀態采集和評估水平，給繼電保護的運維人員帶來一定的參考，更好的實現設備運行的工作狀況來檢修，準確對故障進行定位，減小停電的檢修時間，最終大大提升供電的可靠性。

1 繼電保護及相關設備的狀態監測

傳統變電站的繼電保護設備運行時主要上送3類信息：裝置告警信息、保護動作信息及保護狀態信息^[2]。其中裝置告警信息可以初步反映繼電保護設備本身的一些運行工況，包括設備工作環境自檢、設備硬件運行工況、設備軟件運行工況、通信狀況（包括設備內部通信狀況和設備間的通信狀況）、外部回路自檢等。但是傳統的裝置告警信息只能反映設備“正?！被颉爱惓！钡臓顟B量信息，無法辨識設備狀態的變化過程并起到預警作用。所以要求繼電保護設備能夠支持連續監測關鍵的模擬量信息，并能通過通信方式向監測系統輸出這些模擬量^[3]。監測系統通過長期記錄這些模擬量，可發現設備狀態的變化規律，并結合設備損壞時的狀態特征，實現基于這些狀態信息的狀態監測與檢修。目前，在國家電網頒布的《IEC61850工程繼電保護應用模型》企業標準中已明確定義了3個用于監測繼電保護設備狀態的模擬量，包括溫度監測、通道光強監測和電源電壓監測，并按照IEC61850規范對這些設備狀態信息進行了建模。下面以通道光強監測為例，介紹實現在線狀態監測的方法。

運維系統通過與繼電保護設備進行IEC61850通信，可以在線采集到裝置通道光強的數值LigIntes，在線監測到裝置通道光強越限的告警信號Alm和預警信號Wrn、在線設置裝置通道光強的告警定值LigAlmSpt和預警定值LigWrnSpt。通過以上通道光強監測的IEC61850模型，運維系統可以建立起通道光強的狀態監測模型。

2 繼電保護二次回路的狀態監測

智能變電站的繼電保護二次回路采用光纖組網代替了傳統變電站的電纜連接，采用數字信號傳輸代替了傳統變電站的模擬信號傳輸。繼電保護二次回路采用光纖組網進行數字信號傳輸的優勢在于，可以通過數字信號的交互來對通信鏈路的狀態及通信內容的正確性進行監測和校驗。這使得對繼電保護二次回路的狀態監測成為可能，改變了以往傳統變電站必須對電纜通信進行定檢的運維方式。繼電保護二次回路的狀態監測包括物理鏈路狀態監測和邏輯鏈路狀態監測。

2.1 物理鏈路狀態建模

物理鏈路狀態監測實現對智能變電站通信網絡（最重要的是過程層網絡，也包括站控層及間隔層網絡）各個通信環節狀態的監測和評估。要實現物理鏈路狀態監測，首先要能清晰地描述物理鏈路狀態的模型。物理鏈路上涉及很多設備對象，如保護裝置、合并單元、智能終端、交換機等，設備對象之間的通信又經過很多中間環節，如板卡、端口、線纜等。針對這些通信對象，第2版IEC61850規范中給出了統一的建模方法。

為了便于對物理鏈路運行狀態進行監視，第2版IEC61850規范中還引入了一個新的邏輯節點：物理通信通道監視（LCCH），該邏輯節點較為完整地描述和反映了物理鏈路的狀態模型，運維系統可以通過邏輯節點屬性LCCH.ChLiv.stVal采集物理通道的通斷狀態。邏輯節點LCCH可以用來描述保護裝置、合并單元、智能終端等智能裝置的物理鏈路狀態模型，但對于像交換機這樣的通信設備，該模型還不夠完善，如交換機多端口的統計信息無法用該模型來描述。

綜上所述，運維系統利用PhysConn元素可以靜態獲得物理鏈路上各個通信對象物理端口的配置信息及物理端口之間的連接關系;利用LCCH、LPST這2個新引入的邏輯節點可以動態獲得智能裝置及交換機物理鏈路的通信狀態，基本可以滿足對物理鏈路狀態的建模需求。

2.2 物理鏈路狀態監測

運維系統通過智能裝置或交換機主動上送的告警信號，能夠快速捕捉到物理鏈路狀態的異常信息。但是對于網絡通信而言，大多數情況下發生通信告警的設備往往并不是真正發生通信故障的設備，所以常常需要在整個物理鏈路上搜索和定位故障設備。傳統的做法就是人工排查物理鏈路，逐步定位到故障設備。對于智能變電站龐大復雜的通信網絡，這種人工排查的方法費時費力，大幅延長了故障恢復時間。更為關鍵的問題是依靠這種人工排查的方法不一定能夠消除通信故障，有時網線連接完好，網卡指示燈正常，但是仍有可能收不到報文，報網絡通信異常。此時運維系統可以利用故障診斷功能來自動識別和定位通信網絡中可能存在的故障設備。如前所述，通過PhysConn元素的Cable屬性，運維系統可以快速地構建整個通信網絡的拓撲連接關系。同時，通過IEC61850通信，運維系統可以搜集到所有智能裝置及交換機主動上送的物理鏈路通信異常信號?；陟o態配置的拓撲連接關系和動態獲取的通信異常信號，輔助一定的分析算法，運維系統就可以診斷并定位到通信網絡中的故障設備，并給出相關的檢修建議。

2.3 邏輯鏈路狀態監測

邏輯鏈路狀態監測實現對智能變電站過程層網絡報文的在線解析和監測，其目的是有效保證過程層網絡通信內容的正確性和有效性。正確性是檢驗通信報文格式及內容是否正確，檢驗內容包括報文格式是否符合規范，報文中一些計數器的狀態是否正確、報文是否重復等。有效性是檢驗通信內容的工程配置與預期配置是否一致，如果不一致，實際運行時可能會帶來諸多問題，如信號丟失、采樣錯誤、出錯告警等，嚴重的可能會影響繼電保護設備的正常運行。目前，智能變電站存在大量的GOOSE和SV工程配置工作，配置出錯在所難免，一旦出錯，依靠人工檢查很難及時發現;即使發現出錯，也很難快速定位到錯誤，傳統的做法只能通過人工抓取網絡報文，與工程配置進行人工比對來定位到錯誤，排查的效率非常低;另外，GOOSE和SV的配置經常會改變，這種事后查錯的機制也無法滿足高可靠性的要求。

3 結語

繼電保護在線運維系統實現了對智能變電站繼電保護設備及二次回路狀態的狀態監測和預警，為繼電保護設備的狀態監測與檢修奠定了基礎。本文介紹了運維系統的主要功能，討論了相關建模、通信及架構等關鍵技術的實現，并給出了工程應用案例，對運維系統的進一步推廣應用具有借鑒意義。

參考文獻

[1]劉明慧，胡紹謙，王文龍，等.智能變電站交換機IEC61850信息建模[J].電氣技術，2012（1）：30-35.

[2]黃華勇，游步新，全智，等.通信在線監視分析系統在智能變電站中的應用[J].電力自動化設備，2011，31（4）：124-127.

[3]葛遺莉，葛慧，魯大勇.數字化變電站設計、運行中面臨的問題[J].電力自動化設備，2010，30（12）：113-117.