智能變電站二次設備故障診斷方法分析

鄒翔

（南瑞集團（國網電力科學研究院）有限公司，江蘇 南京 210000）

結合現狀來看，智能變電站已經相對成熟，被大規模投入使用，屬于電力系統基礎性保障，重要性不言而喻。雖然智能變電站的出現，讓電力系統趨于穩定，但依然有問題存在，例如：二次設備故障診斷，需要尋求新的方法，提高系統診斷效率，探明故障原因，在此基礎上進行維護，借此來增強電力系統適應能力，發揮智能變電站理想化優勢。

1 智能變電站體系結構

在現實應用中，內部網絡屬于核心構成，是智能變電站發揮信息共享功能的基礎，特殊地位不可替代。在變電站過程層，可以借助GOOSE和SV技術完成高質量的通信任務，在實際應用中，結構的合理性至關重要，可以對繼電保護的實效性和可靠性造成直接影響。研究發現，IEC 61850標準中，智能變電站網絡并不是單一由站控層組成，除了站控層之外，還有間隔層和過程層，三者相互配合組成了網絡體系，這種體系稱為“三層兩網”，各層的位置如圖1所示。

結合圖1，可以對各分層的作用進行簡單分析，首先，過程層處于最基層，其系統搭建是由一次設備作為框架，在此基礎上搭配輔助智能設備，通過兩者相互配合，共同完成配電、變電等基本工作，保證電網合理運行。其次，間隔層處于核心地帶，同樣為輔助層，其構成較為復雜，由測控設備承擔主要任務，并配合使用保護設備以及相關的故障錄波設備，從而形成完整體系。最后，站控層處于頂層，主要由自動化系統承擔核心任務，搭配通信系統，在兩種系統的作用下，實現變電站設備的精準測量與控制，并且能夠高效率完成采集監控數據等基礎性工作，同時完成信息保護，實現操作閉鎖，發揮相位同步采集等優勢。

圖1 智能變電站體系結構

2 故障診斷

2.1 故障診斷的模型

面對智能變電站，想要完成故障診斷，診斷模型的搭建必不可少，可以清晰、直觀呈現故障情況，方便故障維修精準定位。在模型搭建中，需要用到的公式如下：

公式（1）和（2）中，i1和i2為高低壓側電流；u1和u2為高低壓側電壓，得出的是Ngu和Ngi為電壓、電流廣義變化。當一次電壓為220kV，并且滿足二次電壓為100V條件時，N= 220/0.1，N為互感器額定變比。如式（3）和（4）所示。

智能變電站的特點隨著研究的深入，逐漸呈現出來，主要是在智能化裝置輔助下，對故障信息完成判斷，并進行搜尋工作，在此基礎上及時處理，確保電力系統穩定，其中故障診斷系統作用無可替代，搭配在線監測技術，可以將電網運行安全系數提高。二次設備故障后，通常情況下，會有大量報警信息匯集在故障處，在這一過程中，故障診斷系統將會第一時間接收指令，立刻做出反應，通過在線監測系統傳輸的數據，對故障進行診斷，然后自動分析處理。通過研究發現，在線監測系統結構復雜，可以分為四個層級，主要原理是：第一層負責基礎診斷，將所收集到的故障匯總，初步判斷；第二層級完成診斷評價，可以實現自檢信息診斷等功能；第三個層級將會進行高質量的綜合診斷，進一步明確故障信息；第四個層級，得出最終診斷結果，給故障維修提供參考。現實工作中，通過診斷模型的搭建，以及在線監測的應用，可以實現理想化的故障診斷，提高診斷效率的同時，還可以避免類似故障。

2.2 故障診斷方法選擇

如圖2所示，在進行故障診斷時，可以借助變壓器來完成，已經支路和阻抗分別用字母i和Z表示。用式（5）的公式可以計算出阻抗值。

圖2 變壓器測量圖

在此基礎上結合變壓器阻抗真實情況，便可以全方位分析電路故障情況，進行高質量的故障診斷方法選擇。

通過研究發現，針對不同的故障，以及呈現出的特征，可以搭配不同的診斷方式，實際應用中，比較有效的診斷方法大體分為四種，在現實操作中，需要結合真實情況，進行靈活選擇，進一步保障故障診斷的效率與品質。

（1）自檢信息診斷。第一種是借助自檢信息診斷，完成故障分析工作，在實際工作中，采取這種診斷方法較為普遍，主要是依據診斷目標的不同，將診斷分為兩類，一類是針對設備來說的，通過設備性能檢測，完成故障初步診斷，另一類主要是針對通信過程。實際表明，前者造成故障的因素非常繁雜，類型有很多，像比較常見的檢修壓板故障或者是保護裝置失效等。通常情況下，裝置出現問題，將會讓整個系統功能下降，影響全局運行情況，但是如果選擇自檢信息診斷模式，便可以規避此類問題，從自身不足出發，對故障精準地判斷，從而查找設備功能異常的核心原因，從源頭予以解決。通過實踐證明，智能變電站中，多種功能的實現主要是依靠信息傳輸，如果信息傳輸一旦中斷，整個系統將會癱瘓，例如：測量、安全保護等，都是需要依靠信息傳輸來維持，由此可見，自檢信息診斷的可行性。通信網絡從某種角度來說，屬于數字化的形式，在系統運行中借助采樣、閉鎖、跳閘等多種途徑，完成信息的傳導工作。想要確保信息傳導的合理性，讓報文發送更加精確，需要讓設備始終處于健康、合理運行狀態，倘若在現實工作中，出現信號中斷，如此一來，就會誘發裝備故障，想要達到理想狀態，此時完全可以借助設備自檢功能，對故障信息進行排查。采用自檢設備作用顯著，一方面能夠起到理想監控效果，保證光纖端口精準監控得以實現，滿足工作效率提高要求；另一方面，針對報文通道故障，可以立即反應，接收到故障信息，同時發出報警提示，在這樣的全方位保障下，設備通信終端情況可以更加詳細掌握。

（2）對時信息診斷。對時信息診斷同樣具有重要意義，通過字面意思理解，可以知道這類診斷方式針對的是對時故障問題，在實際應用中，對時故障主要表現在對時服務不理想，時間跳變偵測異常明顯，針對這種情況，需要專業、認真分析，確定出現故障的設備。

（3）通信報文診斷。通信報文診斷在現實應用中也比較常見，實際操作中，監測系統異常，報文誤碼率（通信報文中的）不斷升高，并且伴隨流量顯示不正常等特殊現象，此時系統會進行報警。此時如果無法處理妥當，就會讓整個通信網絡崩潰，出現癱瘓現象，對整個變電站的運行真實效果影響較大，將會降低運行安全系數。

（4）綜合診斷。最后一種方法是綜合診斷，屬于全過程的診斷，這種診斷方式較為系統和全面，涉及內容較多，最核心的板塊就是在線監測，借助在線監測系統，將可靠報警信息收集、整理，例如：前文提到的對時報警信息以及自檢報警信息等，在此基礎上，保護二次設備，防止故障的擴大，對保護單元進行診斷。除此之外，還可以進行測控裝置保護以及智能終端檢測等，通過可行性較高的故障分析，提高智能變電站的應用性能。故障判斷流程圖如圖3所示。

圖3 故障判斷流程圖

總之，現階段的智能變電站應用廣泛，功能非常強大，有了智能變電站的參與，電網運行效率提升顯著，隨著需要程度的提高，智能變電站正在大跨度發展，取得顯著成績的同時，技術也不斷成熟，特別是各類IED信息模型的高效率運用以及多種診斷方式的出現，這些進步擴展了智能變電站發展空間，提供了新的契機，將智能電網推向了全新高度。在智能變電站使用中，存在許多風險因素，如果想要維持理想的性能狀態（智能發電站的），使其能夠正常、平穩運行，需要加強二次設備的全方位故障診斷，對各方面性能及時反饋和保護，采用性能完善的故障監測系統，掌控二次系統狀態，在此基礎上充分挖掘智能變電站的最大化優勢，提高其在電網中的應用水平，為電力事業發展提供核心支撐。關于故障診斷，應該考慮多方面因素，首先收集相關數據，完成診斷模型搭建。其次，優化各項參數，逐步完善診斷模型。最后，選擇科學診斷方法，確保診斷質量的同時，將診斷效率提高，讓電網始終處于安全、有效狀態。

3 結語

綜上所述，智能電網診斷復雜且全面，在實施過程中難度很高，特別是針對二次設備來說，故障診斷需要結合現狀，提出一種依托智能變電站理念的合理、高效故障診斷方法。通過研究發現，這種新型診斷方法，應用價值較高，可以借助廣義變比建模發揮診斷的功能，在診斷模型搭建的基礎上，通過仿真技術，完成故障全面診斷。結果表明，該方法效果突出，可以很好評估電流狀態以及測量回路故障狀況，讓繼電保護測量回路發揮作用，更加安全、高效，通過有效性驗證，幫助變電站性能升級。