智能變電站保護設備在線監視及智能診斷技術研究

戎世華

（國電南瑞科技股份有限公司，江蘇 南京 211106）

0 引 言

作為智能電網的重要節點，智能變電站具有電能分配、輸送以及匯集等功能，我國現今擁有變電所的數量超過5 000座，極大地促進了電網在未來的可持續性發展。在投入大量智能變電站后，利用軟件邏輯和光纜替代了傳統意義上的二次回路，使得二次回路變為了無法觸碰的虛連接，這也是與普通變電所相比的突出差異，結構較為復雜。由于智能變電站的自身應用特點，使得即使是一座規模普通的變電站（500 kV）也包含著大約50個的保護裝置與2 000余個壓板信號。此外，不同的廠家所生產的壓板在設置方面有著諸多差異，導致在智能變電站出現故障時維修人員難以在第一時間定位到故障點，從而影響到故障處理效率，導致產生大量經濟損失。

1 智能變電站保護設備在線監視與智能診斷方案設計

1.1 二次設備在線監視方案設計

1.1.1 系統架構

智能變電站由于其特殊的結構使得其應用的二次系統具有遠程遙控設備動作、開關變位以及搜集告警信息數據等一系列功能。本文重點闡述的監視信息包含設備的日常運行狀態和參數配置等信息，其主要包括以下3點。一是以廠站端保信子站通信為基礎核驗智能變電站的應用環節，該種方式的應用能將所獲取到的實時信息為依據準確判斷設備的具體運行狀態[1]。二是使用D5000數據平臺，幫助相關工作人員獲取到電網實時運行數據以及一次模型等。三是應用錄波裝置，獲取包含了錄播簡報和受到保護的錄波文件等信息。

當下所應用的規約具有多樣化的特點，因此需要充分考慮平臺在后續使用中的可拓展性，并遵循開放原則更好地推進后續的平臺設計進度。若有新式規約裝置的添加需要，則應為其構建單獨模塊以充分發揮其應用效果，將監測系統的基本架構分為子站端與主站端兩個部分，其中主站端的作用為在線監視，而子站端能夠采集二次設備的數據，并深入分析運行狀態[2]。通常情況下，主站系統安置在地調控制中心，利用電力數據網將其包含的所有子站連接在一起，而其中的二次設備直接與主站進行通信，能夠在子站主動采集裝置的幫助下使主站隨時監控裝置的運行狀況。子站系統中同樣存在著數據的優先級，其定義的數據篩選技術，能夠在第一時間得知保護動作信息并將其歸入到預先設定的數據庫中。

1.1.2 軟件架構

智能變電站的智能診斷與在線監視裝置包括數據收集與管理兩部分，數據采集利用過程層網絡部署采集過程層信號，繼而完成設備數據的回溯任務，但應注意遵循保護小室的原則以更好地完成配置任務[3]。對應的數據管理單元通過站控層聯合數據采集單元獲取數據，并在獲取數據采集單元信息后進行深入分析，充分利用MMS網絡，完成MMS報文。

對于調度端來說，其所囊括的所有保護裝置及其中具有在線作用的實時監視模塊均為獨立存在，且在調度端的主站軟件系統中表現出集成應用效果。該系統以J2EE和B/S技術架構為基礎，實現了各類錄波保護數據的云儲存，為滿足二次設備在線監視主站端業務的需求提供了基礎條件。

基礎層、基礎業務層、高級業務應用層以及展示層是二次設備在線監視主站端軟件系統的主要層級。基礎層的作用是為廠站提供需要接入的規約類型，并分析數據采集服務，基礎業務層提供服務類型的主要內容包括全部保護系統所包含的數據查詢，且具有信息查詢的實時性，高級業務應用層涵蓋了統計管理、平臺中所包含所有數據的深入處理分析以及對系統各個管理模塊進行全面維護等功能，展示層展示的二次設備能夠對監視系統進行分層次展示[4]。

1.1.3 功能架構

層次化界面展示具體如圖1所示。

圖1 層次化界面展示示意圖

功能架構的構建實際上是以展示設備中所包含的在線功能的實時監視系統相關業務需求為基礎，目的是在顯示層面將其階段性的運行需求完全表現出來。為確保系統應用的有序性應將其劃分為不同的模塊類型，如全景監視模塊和歷史數據模塊等。需要注意的是，想要充分發揮出該類系統在應用過程中簡單化和實用化的應用優勢，就應在設計系統架構時充分考慮所涵蓋間隔回路層的具體功能，做好設備展示、安全策略檢修、間隔回路以及整體監視4個層級的相關工作

1.2 以二次設備為基礎的在線監視智能診斷方案設計

智能變電站需要在二次設備在線監視系統的基礎上收集所涉及到的電力系統信息。以此為基礎的所有理論分析環節均能夠作為對輸電線路進行距離保護和差流保護計算的重要基礎，從而全面分析故障以充分利用所收集到的在線監視數據，使得所得出的故障分析結果具有實效性。

該類系統的主要應用優勢在于設備信息的高度共享性，這也是對所包含保護數據進行深入分析的前提條件。從距離保護的角度來看，其所使用的為線路中所包含端路電壓電流的基本信息，而從其實際的運行原理角度來看，該系統能夠消除過渡電阻的影響，繼而幫助提升測距精度，為產生故障的故障點定位提供可靠數據，保證了供電恢復的及時性，其同樣也是電力系統穩定運行的關鍵因素。

對變壓器母線與線路進行差流分析能夠對元件發生區與故障差流的變化過程有一個全面的了解，并為技術人員全面掌握差流形成的基本原理提供基礎數據，及時發現存在于回路中的故障隱患，突顯其應用的重要價值。在線監視功能的實現對保護控制裝置系統的優化過程有著極為重要的作用，其同樣能夠為站域提供具有現實屬性的基礎保護條件。

2 智能變電站保護設備監視與智能診斷系統開發

2.1 在線監視模塊

2.1.1 全景網絡監視

智能變電站中的二次回路將運行過程中的特征表現由物理狀態轉變為數字形式，但同樣也由于此種變化使得后續的操作缺乏安全性，繼而導致無論是監視手段還是保護手段均無法保證應用效果，從而失去了充分發揮手段運行優勢的支撐。此時應選擇利用SCD和其他類型的中間文件實現網絡拓撲和物理連接，并使用圖形化的方式進行展示。在圖形結合方面，該監視模式能夠保證設備運行狀態顯示的及時性，如數據流通和光纜連接等均可進行實時的狀態監視。

2.1.2 二次回路監視模塊

利用該種類型的模塊能夠以圖形的方式展示光纖回路的連接狀態，并能夠利用保護裝置完成監測各類設備光纖接口執行信息的任務。在獲取到與鏈路相關的報警信息后，可以快速確定故障位置并保證定位的準確性。

二次虛回路的功能體現在以下幾點。首先是能夠將變電站中所顯現出的虛回路運行狀態以圖形的方式表現出來，其中所顯現出的箭頭代表著針對虛端子的發布與訂閱的情況以及具體方向。其次狀態判斷需要綜合關聯軟壓板工況、網絡報文狀態以及通信鏈路情況。最后數據的實時分析與收集需要以所展示出的設備情況為基礎，以虛回路的運行狀態全面監測保護設備的狀態，包含了圖、庫以及模等具有一體化特征的技術，并以裝置端口與交換機等物理連接信息為依據，在多類要素與數據的幫助下構建網絡拓撲模型。

將層級關系作為展示完整回路狀態的重要基礎，保證智能變電站情況展示的完全性。在該種情況展示的基礎上能夠完成對虛回路的實時監視任務，并表現出不同的狀態。以過程層數據信息為基礎，不僅能夠實時顯示所涉及到的開關量，而且還能顯示出模擬量的具體數值。

2.1.3 保護裝置的在線監視

以保護專網GOOSE報文采集與分析為基礎，能夠監視與提取保護動作信號，并在與保護故障錄波的情況相結合后實現對保護動作的綜合性分析，并進行自我診斷。利用保護裝置能夠實時保存并處理診斷信息，主要為模擬量、軟壓板以及保護裝置定值的信息召喚。以用戶要求為依據能夠處理檢修涉及到的實時反饋回來的狀態信息，另外也能夠在接收到不確定事件所反映出的定值信號后在對應監視模塊區域顯示出相關信息。

主站中所應用的保護裝置在線模塊的圖形界面較為直觀，能夠全面地顯示出保護設備與診斷設備的狀態和具體的裝置通信情況。在監測保護設備的狀態時，一旦出現裝置通信的異常狀況，則反映出的內容為告警形式，并在圖形界面顯示出對應診斷裝置所檢測出的故障位置與具體的診斷內容，此外還能夠定期生成保護設備的診斷與狀態檢測的數據報告。

2.2 智能診斷模塊開發

2.2.1 故障數據合成實現算法

聯動環網是常用的二次設備采集單元的連接方式，一旦出現擾動或是故障將會觸發采集單元。在此種情況下，所包含的全部管理單元均會自動收集單元故障數據，這也是后續形成具體故障文件的重要基礎，為故障波形數據展示功能的實現提供了基礎條件，同樣也是深入分析設備跨電壓等級的前提，將會在這一過程推進的基礎上形成具有與全站同步特點的全景錄波，保證了故障信息記錄的及時性與分析處理的全面性。

2.2.2 故障特征量提取實現算法

將過程中具有同步性的所有采樣故障數據作為對相應故障進行深入分析的重要基礎，能夠在基爾霍夫定律的幫助下聯系節點與區域的具體位置實現對數值的測算，從而保證短路故障設備定位的及時性。以電力系統理論為依據，從多個角度分析故障特征數據能夠構建出完善的體系結構，為實現電力系統保護大數據高級應用的功能奠定基礎。具體的實施步驟為解析錄波文件、確定故障時刻、提取局部故障特征量（多維度）以及構建故障特征量體系。

3 結 論

二次設備故障定位與預警功能實現的基礎是智能變電站保護設備的在線監視技術。當前所獲取到的保護設備的運行狀態數據來源仍然較少，在智能變電站數量逐漸增多的情況下，深入研究該類型變電站在線監視工作的應用價值與意義將會不斷突顯。從實際情況來看，智能診斷系統的開發與應用，更是表現出了保護設備運行安全與提升運行效率的巨大優勢，具有廣闊的市場應用前景。