智能變電站繼電保護二次回路及狀態評估分析

國網浙江省電力有限公司溫州供電公司 蔡誠裕 陳宗萍 柯益脈 陳 星

1 引言

智能變電站也稱為智能站，其顯著優勢是具有站控層網絡、過程層網絡等一些層級網間的信息實時共享、占地面積較小且二次回路簡單，是現階段智能變電站發展的必由之路。傳統的變電站二次回路的實現通常是利用電纜直接完成的，這期間會有不同程度的二次回路盲區，很難對其不足之處進行評估和監視，智能站中二次回路一般是利用網絡通信將傳統電纜二次回路直接代替，數字信號直接取代以往的信號模擬方式實現傳輸，這種方式能夠將二次設備傳輸量值的信息化目標有效實現。基于SV 和GOOSE 等一些二次回路網絡中所具有的通信可以實現數據和信息的有效交互，還能大幅度提升變電站保護和運維的信息化水平[1]。

2 智能變電站繼電保護二次回路及狀態評估分析

智能變電站繼電保護設備自身所具有的“自檢”能力，一定程度上為運行狀態評估檢修技術打下了堅實的基礎。與此同時，利用數字信號可以有效傳輸二次設備信息，需要具有完備的預警機制和自動閉鎖機制，變電站中全部和保護有關的信息都是在實時評估和監測下獲取的[2]。所以，智能變電站能夠動態性、全面性評估運行狀態。若想對設備的狀態信息實現保護，就對多種因素進行綜合性分析，其中包含設備運行環境、絕緣情況、硬件中配的信息狀態等。經實踐研究顯示，若是設備的整體運行情況比較惡劣，會促進裝置元件快速老化，還會將故障出現的概率增加。溫、濕度太高同樣會弱化劣質的電氣元件的整體性能，使得設備具有的功能失效。除了設備運行狀態外，若想對繼電保護運行狀態和性能進行評估，則需要綜合性分析廠家批次生產的產品無故障時間和工作效率等內容，原因在于狀態評估的作用不只是對被監測設備的檢測，還需要發現其不足或者故障風險進行預警。智能變電站繼電保護狀態評估的主要目標是全方位監測電器二次回路的整體運行情況，不僅要對合并單元的裝置狀態信息和智能終端的信息進行監測，同時還要監測IEC61850協議的光纖通信鏈路狀態和智能站配置文本電路的邏輯狀態[3]。

3 智能變電站繼電保護二次回路及狀態評估的作用

繼電保護二次回路屬于電網系統管理的主要內容，關乎電力系統的運行狀態，傳統變電站的二次系統經常出現故障，對于專業技術的要求強，所以，使得故障處理難度加大，除了系統自帶的裝置軟件和引發的故障之外，二次設備所出現的技術故障或者安全隱患無法接入設備的運行狀態精準獲取，但其中存在的安全隱患又不能放置不管，所以，傳統變電站無法實現的標準則是線上評估和監測繼電保護二次回路的運行狀態。對此，智能變電站借助檢查GOOSE、SV 網絡具體的運行狀況，可將供電系統內危機保護二次回路無法完成的可視化造成的安全隱患直接控制與規避。二次回路出現故障較多的則是變壓器、斷路器以及隔離開關等，如由于環境潮濕，使得二次回路電纜出現發霉或者濕度較高的情況，使得設備中一些結構或者二次回路會存在接觸不良或者短路的情況；電流互感器、電壓互感器二次回路短路或者開路[4]。二次回路在實際運行過程中，極易因維護檢修工作者未第一時間發現或維護，使得安全隱患一直存在，螺孔和螺絲接觸不良、將電纜自身所具有的絕緣作用弱化等也極易引發不同程度的故障；在維護期間若是因為設計或者紕漏設計不合理，如磨損、滲水等情況極易出現短路。設計工作者沒有依照最新標準或者規范設計，使得施工者的具體操作無法達到特定標準等，都很容易造成二次系統很難運行的情況，如果情況嚴重，還會造成設計、施工錯誤等不良后果，會對系統穩定運行帶來影響。對于上述情況，能通過可視化運行二次回路或者配置審核二次回路傳輸的信息數據的方式將其解決。

4 智能變電站二次回路狀態評估的技術路線

4.1 基于物理鏈路故障的定位

智能站中的光纖鏈路所具有的通道監視，通常是由接收端智能電子設備所完成。如果智能變電站中的二次回路出現故障，站中會出現許多告警報文。如果是告警報文則需要采用比較特殊的設備進行接，在分析其故障來源時存在很大難度，原因在于通信傳輸期間牽扯到諸多環節，其中有板卡、裝置、交換機、光纖等。二次回路狀態監測可以全面了解整個站中鏈路的具體情況還能實現連接，結合過程層通信的拓撲結構，綜合性評估每一個環節的故障點及原因，由此，可以精準定位故障點。借助統籌配置創建設備光纖鏈路物理端口的數據鏈路、設備鏈路以及全站過程層網絡拓撲之間存在的異常。二次物理回路在線監測和評估系統處于正常運轉期間，根據告警事件解析，可以獲取對應事件中的信息組的播源地址、應用標識、虛端子拉線、路由表等拓撲信息，還會獲取異常的端口集合與路徑集合，而后根據特定的推理信息定位故障。

4.2 邏輯鏈路的狀態分析

一般的電氣二次回路構成有連接設備的電纜與繼電器等，若是想借助線上方式完成對回路接線、繼電器觸點的精準度在線監測的等難度較大，經濟實用性不高，智能站虛擬二次回路一般是利用裝置邏輯聯系圖形與虛端子表的模式存在?；芈飞婕暗男畔ㄓ妹嫦驅ο蟮淖冸娬臼录斎肱c輸出定義、網絡地址分配以及采樣值輸入與輸出定義等。根據IEC61850的要求，過程層的SV 與GOOSE 報文不但需要進行通信數據傳輸，而且要將配置數據傳輸出去，以此來將二次回路狀態特征量在采集過程中存在的盲區直接清除，讓邏輯鏈路通信在線監測目標有效實現。二次回路邏輯電路監測有效完善了智能變電站二次回路建構流程，還對智能站二次回路配置信息的邏輯的準確度進行驗證。

5 智能變電站繼電保護二次回路及狀態評估方法

5.1 基于綜合應用服務器的線上評估系統

智能變電站的在線監測評估系統是指借助傳感器技術完成運行，其核心組件由光纖模塊構成。二次設備選擇的是具有光強傳感器、溫度等多樣化功能的光纖模塊，可以有效采集光口溫度與激光功率。間隔層或站控層全部的流程層通信報文能借助整個流程層實現交換機的順利獲取，其中包含過程層交換機和能中心交換機，測控裝置、保護裝置的二次回路動作或者警報信息獲取方式可利用站控層的交換機來完成。立足智能變電站繼電保護的視角而言，對于站控層、流程層網絡的穩定性較高。立足站控層視角而言，站控層旨在充分體現所有定制文件的有效傳輸，而后結合對應文件進行錄播和修改。

在智能電網的整體框架中，出現最多的網絡分析儀或者故障進入模塊相當于狀態檢測系統的主要內容。關鍵的二次回路在線評估系統包含主站與子站系統，在生產調度方面，主站系統發揮的作用較大，二次回路評估功能模塊與子站系統系統功能監測模塊與二次回路評估功能模塊，通常會在變電站故障錄波器中置的報信業務模塊或者管理單元中有效部署。網絡狀態分析記錄模塊可以精準地評估通信鏈路，還要對其中是否存在斷鏈的情況進行檢測。故障錄波管理單元或保信綜合服務器或者故障錄波管理單元一般會在線監測與評估系統的整體運行狀態。

如果二次回路存在故障，便可以在第一時間發現并預警，提供相應的診斷結果，還會把診斷結果直接傳送至生產調度終端的變電站系統中。變電站中的監測評估系統一般是為了上報與統計信息，操作輔助系統和定值管理系統等一些輔助類的作業系統，可根據相應的故障問題情況或者標準創建專家系統，而后推斷出常見故障問題，并給出解決方法。故障檢測數據管理系統相屬于狀態維護管理的核心環節，在對機械設備狀態信息推理和信息區分進行檢測的過程中，能夠將設備故障部位、特征以及原因等有效的評估出來，還可分析出診斷結果，有利于為系統維護和管理提供借鑒。

5.2 基于多參量的在線故障診斷與評估監測方式

這種方式一般是利用智能站內報文格式對設備的部分特征功能進行綜合性分析，根據報文格式或者設備記錄下來的一些情況，合理判斷其對應關系，提取重要的二級回路信息，而后在管理主機的終端實時傳輸一些格式數據信息，對其綜合性能進行分析。另外，給出計算機保護設備、SV 和GOOSE 網絡的鏈路狀態在線評估監測的診治方案。在系統運行過程中，通常是利用網絡分析儀分析與記錄的方式對報文進行識別。而后，全方位分析站控層、過程層的報文信息量，能夠了解到，冗余且復雜的非關鍵信息特別多，大幅度增加系統生產調度數據則會使得網絡運行緩慢。

通過網絡分析儀獲取到各項數據信息，而后將其統計和分類，依照系統運行過程中報文信息的顯示狀態及內容，把在線監測評估信息劃分成運行狀態文件、暫態過程、隱態過程，而后將與其匹配的鏈接信息篩選出來，進行文檔轉換。穩態報文主要是記錄長期檢測的信息文件，對通信鏈路狀態進行檢測的文件是狀態文件。系統軟件不但會將站內的信息有效存儲，還能夠完成綜合性的分析與診斷。與此同時，整合設備產生異常過程中的一些特點都可以作為診斷評估及管理決策的依據，此方式能夠將智能運維設備的運行效果有效提升。除此以外，監測智能變電站繼電保護二次回路運行狀態的方式還有雙重化配置保護裝置、單重化配置保護裝置等。

5.3 根據SCD 和CID 文件的在線故障診斷方式和監測評估方式

此方式根據特定的工具，將智能變電站的SCD文件和CID 文件，以有效的方式在分析服務平臺中導入，之后快速獲取站內二次回路、設備有關系的一些數據信息，還可以對傳輸和通信設備的關聯性進行了解，建立狀態檢測評估實體模型，評估設備根據GOOSE、SV 組網方案，系統軟件可利用相關的故障記錄抓包軟件，對二次回路、設備的運行情況進行全方位檢查，可知，其結果類似于網絡分析儀，全程層機設備可以為管理設備傳輸通訊信息，管理設備則會將信息傳輸到遠端主站設備與后臺管理的監控機內，系統抓包軟件也可以結合站控層的網絡，直接將站內通信鏈路獲取，兩個系統軟件可以同時獲取到二次設備、回路的具體狀態信息，以此來驗證SCD 數據配置的一致性，而后將評估結論輸出。二次回路的在線評估診斷層次有邏輯數據信息鏈路狀態和物理鏈路通信狀態。在邏輯鏈路通信狀態穩定的條件下，發送方與訂閱方都屬于整個流程層區間層的智能設備與組件，也是流程層的交換機。結合報文MAC 地址的引導與實時傳輸。在此期間若是存在異常，發布方很難對通信電路的良好狀態進行判斷，原因在于發布方僅僅負責數據信息的推送。

考慮到接收方若是在特定的時間段并未收到相應的數據信息，接收方能夠直接作出決定。除此以外，監控控制模塊能夠借助接收機在線評估和監控實際通信鏈路，邏輯電路在線評估的最終目的是促使SCD 的數據配置可以與通信電路配置更好地適配?；贗EC61850的協議內，GOOSE、SV 的數據信息設備開展在線評估和驗證，如果訂閱與發送設備出現不匹配的情況，則會出現報警信息。所以，結合SCD 文檔中配置的相關信息數據開展分析，進而能夠管控與審核報文格式在整個站中集成配置、SCD 推送配置的統一性。若是存在異常，在線評估監測系統軟件則會立即將報告結果發送出去，還能對評估故障精準定位。

6 結語

現階段，比較常用的診斷與評估技術需要基于變電站的網絡結構才能完成?；贗EC61850標準的網絡傳輸，能應用與共享通信數據和信息，立足技術視角，將二次設備的管控效果顯著提升，借助網絡結構、計算機設備和系統功能開發，可推動繼電保護的快速進步和發展。基于網絡技術與智能電網的迅速進步與發展，二次回路可視化和智能運維、輔助作業等功能的健全與完善，可對智能變電站繼電保護二次回路實際的運行狀態開展綜合性評估，應用前景極為開闊。