二次設備故障在線診斷及預警平臺設計

李劍

（國網太原供電公司 山西省太原市 030012）

在現代科技的推動下，電網建設、電力生產、電力企業管理都在朝著智能化的方向發展?；ヂ摼W平臺在線監測系統、設備狀態管理系統以及無線通信技術的應用在提升電力企業管理效率的同時，電能生產也越來越安全和穩定。二次設備是電網運行的基礎保障，設備狀態將會對整個電網的安全性造成直接影響。通過電網設備故障診斷及預警系統，可以有效收集電網設備的狀態信息，建立設備的數據檔案，通過算法分析以及數據庫對歷史故障信息進行比對分析，生成設備狀態評價結果。由此可見，二次設備故障在線診斷及預警系統是電網安全、平穩運行的重要保證，對于電力企業未來發展有著非常重要的意義。

1 二次設備故障診斷技術評價

電網二次設備主要用于對發電機、變壓器、繼電器等高壓電氣設備進行保護、控制、監測的輔助設備，雖然不主動參與電能生產，但是對電網運行的穩定性和安全性有著非常重要的作用，在電力系統日常運行過程中，如果某個設備或者單元出現故障無法繼續工作，此時繼電保護裝置可以有選擇、快速的切斷故障設備，確保非故障設備正常運行，避免整個電網出現癱瘓。隨著電網規模不斷擴大，電力設備種類和數量不斷增加，對于電網運行的穩定性要求越來越高。因此，二次設備運行狀況就成為人們關注的焦點。

電廠二次設備結構復雜，受到影響因素較多，常見的二次設備故障系統主要針對絕緣老化、儀器精度下降、指示燈不亮、線路接觸不良，設備發熱故障以及人為因素造成的設備損壞等。這些都會對二次設備運行的可靠性和安全性造成不良影響。如果出現二次設備故障，則繼電保護裝置無法正常動作，引起更為嚴重的事故。設備使用過程中受到各種因素的制約，對其使用期限產生不同程度的影響，設備老化是電力設備常見的故障之一。老化的設備不僅會影響元器件的工作精度，造成設備參數偏離和擾動。傳感器工作環境十分復雜，而且關聯性極強，容易出現一系列連鎖故障，如果出現傳感器故障需要對其進行在線診斷，及時進行處理。傳統故障檢修方法主要依靠人工操作，檢修人員需要在現場進行檢查，調試二次設備開關，一旦出現誤動作則會產生更為嚴重的事故。人工檢修通常是在電網故障發生后，通過尋找事故發生的原因采取針對性的維護措施，無法通過故障預警從源頭上降低電網故障發生的概率，大地影響了電網故障維修效率。

在對二次設備進行故障診斷時，需要準確掌握故障發生的原因，通常故障發生時會伴隨著一些隱藏故障因素，這些隱藏故障當下并沒有明顯的故障表現，但是卻具有很強的不確定性，如果沒有進行有效預防，將會在日后的運行中造成更為嚴重的事故。因此，對于故障預警的需求將變得尤為迫切。二次設備故障在線監測及預警系統可以進行充分的數據采集和詳細的比對分析，得到準確、有效的結果，通過仿真分析模擬設備運行狀態，對故障隱患進行有效預警。

2 二次設備故障在線診斷及預警平臺設計

二次設備故障在線診斷及預警系統，基于現代通信技術以及傳感器技術實現二次設備運行狀態的在線監測，通過采集設備的運行狀態數據，建立模型模擬操作日常操作過程中可能存在的安全隱患，并進行有效預警，及時發現問題修正安全措施，制定有效地預防措施。通過二次設備故障在線診斷及預警系統，實現對電力設備的智能化管理，提高電網管理效率，最大程度降低電力生產過程中的安全風險。同時，該系統符合國網公司要求的全面提高站內二次系統運維檢修的總體智能化水平的發展方向，有利于提升電網安全穩定運行水平。

二次設備故障在線診斷及預警系統采用分層級設計，具體包括站控層、間隔層、站控層三層網絡結構。站控層包括二次設備故障監測平臺，實現二次設備的監視、控制、警報以及信息交互功能，完成數據采集和監視控制等功能；間隔層包括變壓器綜合監測單元和斷路器綜合監測單元；過程層主要由變壓器、斷路器、隔離開關、電流、電壓互感器等一次設備及其所屬智能組件和獨立的智能電子裝置。系統運行框架如圖1所示。

圖1：二次設備故障在線診斷及預警系統框架

2.1 結構設計

二次設備故障在線診斷及預警系統，為保證ADPSS 核心仿真軟件模塊的實時性和獨立性，其將獨立運行在專用模塊的專用實時操作系統上。系統中需要保證實時性的接口模塊具備可配置、可擴展、專用硬件配置的方式實現，構成系統的統一“硬件層”；技術系統的核心功能構成了“功能層”；其上是應用軟件層；整體上構成一個軟硬件一體化的智能站調測平臺。

二次設備故障在線診斷及預警系統采用分層模塊化結構設計，設備狀態數據采集模塊負責對二次設備實時數據和歷史數據的采集，通過設備故障趨勢分析模塊對設備運行狀態進行判斷，包括繼電保護裝置、交換機、智能終端、配電設備運行的電流、電壓數據，通過傳感器將這些數據信息傳遞至設備故障預警規則庫，同時負責變電站維護的安檢人員可以隨時調閱這些數據信息，為變電站二次設備的日常維護制定有效的行動計劃，對于異常情況可以提前做好應對措施。

2.2 通信功能

通過信息化技術和手段，負責收集錄入運維的歷史安全措施記錄。分析整理，按照間隔和繼電保護場景形成一系列的典型的安全措施，組成二次設備安全數據庫。二次設備故障在線診斷及預警系統在IEC61850 通信協議的基礎上，支持多種形式的數據傳輸和遠程控制功能，可以對遠端數據中心進行數據調度。二次設備故障在線診斷及預警系統還利用強大的數據庫功能，建立設備運行的健康檔案，通過數據庫共享平臺可以實現電力系統設備信息的資源共享，同時，可以對各繼電保護設備運行狀況的修改，通過遠程操控的方式完成對繼電保護設備的故障預警和檢修。二次系統運行狀態通過持續的通訊鏈路維持鏈接，裝置在檢修維護前首先要將其運行狀態轉換為停運狀態，對其進行安全的通訊隔離才不至于引發其他有關聯的裝置誤動。二次系統運行狀態的切換有多種方式，本項目主要研究通過有序的操作裝置軟壓板的方式來實現裝置的有效安全隔離及運行狀態轉換，有利于下一步利用自動化工具實現裝置安全隔離及安措實施過程控制和可視化監測，更具備推廣和實用價值。

2.3 模塊化結構

二次設備故障在線診斷及預警系統具有強大的數據處理功能，可以完成對變電站繼電保護二次設備運行狀態信息的監控和管理，實現變電站的自動化管理。二次設備故障在線診斷及預警系統采用模塊化設計，不僅具有廣闊的應用場景，而且還擁有結構簡單、性能穩定以及開發成本低等優勢。此外，通過模塊化設計，可以同時滿足在線診斷及預警系統的功能屬性和環境屬性，可以縮短產品研發與制造周期，增加產品系列，提高產品質量，應對電網環境的變化。二次設備故障在線診斷及預警系統在變電站中的普及應用，不僅可以提升變電站智能化管理水平，同時可以確保電力企業持續高效、穩定的電能輸出，讓用戶享受高質量的電力服務。

二次設備故障在線診斷及預警系統可以有效地監測配電設備的隱藏故障，利用設備故障預警規則庫生成工具，定期進行巡檢。并且二次設備故障在線診斷及預警系統還具備可視化功能，使用可視化軟件對二次設備的運行狀態數據進行建模，用戶可以通過直觀的圖形查看設備之間的通信鏈路狀態?？梢暬夹g是基于二次設備運行狀態模型和本地數據庫進行相互映射形成的，通過矢量圖表示各個裝置站之間的通信連接。在二次設備故障在線診斷及預警系統中采用可視化技術可以大幅度縮短智能變電站檢修過程，極大減少檢修過程的誤操作，提高安措隔離的可靠性過程，減少停電時間，大幅度提高供電可靠性。

由此可見，二次設備故障在線診斷及預警系統的核心功能是設備運行狀態的實時監控，通過智能化傳感器以及網絡通信設備可以實現對二次設備運行狀態信息的實時采集，通過可視化管理對設備故障進行準確定位和預警，數據庫功能可以實現海量實時數據的高效存儲，通過數據分析建立設備的健康檔案，模擬設備運行的工況，綜合分析二次設備運行的異常情況。變電站二次設備在線監測系統通過采集設備運行的狀態信息，利用專家診斷系統實現對二次設備的在線診斷和監測。

3 總結

綜上所述，在電網智能化發展的背景下，電網設備的運行將呈現出相互聯動、相互影響的特點，任何一個設備出現故障，都有可能造成極為嚴重的事故。因此，對電網運行的穩定性和安全性就成為人們關注的焦點。通過二次設備故障在線診斷及預警系統實現對電網設備的故障監測和預警，在二次設備正常工作的情況下，通過數據分析建立設備的健康檔案，通過判斷特征參數判斷設備是否存在故障。在故障診斷和預警過程中，設備運行參數提供有效的數據支持，將采集到的數據與閾值進行對比，增強繼電保護二次回路的故障預警功能，同時還需要相關部門和工作人員提高對故障診斷技術的重視程度，科學合理的運用現代化管理技術，確保能夠充分發揮二次設備故障在線診斷及預警系統的作用和價值，從而確保電力系統安全、穩定的運行。