二次系統(tǒng)狀態(tài)檢修技術(shù)在智能變電站中的應(yīng)用

仲偉寬，徐 敏，孫天宇，謝鐵明

(無(wú)錫供電公司，江蘇 無(wú)錫 214000)

220kV西涇智能變電站是一座完整意義上的智能化變電站，采用大量新技術(shù)、新設(shè)備，全站采用IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)[1]實(shí)現(xiàn)二次裝置信息交互數(shù)字化、標(biāo)準(zhǔn)化，利用光纖實(shí)現(xiàn)二次裝置互聯(lián)互通，極大簡(jiǎn)化了二次接線。然而，盡管減少了二次電纜，較大程度避免了傳統(tǒng)二次回路問(wèn)題，但由于全光纖互感器、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、SMV采樣機(jī)制、GOOSE快速報(bào)文機(jī)制等新設(shè)備、新技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用，一些新的回路問(wèn)題也由此產(chǎn)生，而常規(guī)的檢修方法已無(wú)法使用。因此，必須研究新的方法和手段監(jiān)視并分析保護(hù)的狀態(tài)和動(dòng)作行為。

1 西涇變二次系統(tǒng)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)

西涇變?cè)谶壿嫻δ苌嫌烧究貙?、間隔層和過(guò)程層三層設(shè)備組成，并應(yīng)用分層、分布、開(kāi)放式的以太網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)連接，整個(gè)二次系統(tǒng)體系為“三層兩網(wǎng)”結(jié)構(gòu)[2]，即由站控層網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)站控層設(shè)備和間隔層設(shè)備的連接，由過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)間隔層設(shè)備和過(guò)程層設(shè)備的連接，如圖1所示。

2 西涇變二次系統(tǒng)狀態(tài)檢修案例

2.1 案例一

2011年1月24日上午10時(shí)40分，西涇變出現(xiàn) “2號(hào)主變A套保護(hù)閉鎖”、“110kV母線保護(hù)閉鎖”信號(hào)?，F(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)，2號(hào)主變中壓側(cè)光電流互感器（OCT）合并單元中AD2的B相電流顯示為0。

由于2號(hào)主變間隔過(guò)程層組網(wǎng)方式為直采網(wǎng)跳[3]方式（如圖2所示），即采樣回路為：OCT→OCT前置單元→間隔合并單元→保護(hù)裝置。從圖中可見(jiàn)，采樣異常與上述4個(gè)環(huán)節(jié)都可能有關(guān)，為了縮小故障排查范圍，必須借助其他設(shè)備和手段。

圖1 西涇變“三層兩網(wǎng)”示意圖

在西涇變工程中，設(shè)置了網(wǎng)絡(luò)報(bào)文記錄分析儀（以下簡(jiǎn)稱網(wǎng)絡(luò)分析儀），通過(guò)分析各層的報(bào)文，實(shí)時(shí)監(jiān)視通信網(wǎng)絡(luò)和所有智能裝置的運(yùn)行狀況并及時(shí)對(duì)異常進(jìn)行報(bào)警，提供離線分析功能以判斷故障點(diǎn)。檢修人員對(duì)2號(hào)主變中壓側(cè)OCT合并單元的異常時(shí)間段內(nèi)的報(bào)文進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)2號(hào)主變中壓側(cè)OCT合并單元中AD2的B相電流采樣通道頻繁報(bào)“通道5狀態(tài)字有變化”，并且從報(bào)文解析中發(fā)現(xiàn)“通道5”（即AD2的B相電流通道）數(shù)值為0。這說(shuō)明合并單元接受到的數(shù)據(jù)即為0，排除主變保護(hù)裝置故障可能。進(jìn)一步分析，若合并單元有故障，不可能僅有一相電流數(shù)據(jù)異常 （三相數(shù)據(jù)均由一根采樣光纖傳輸），即排除合并單元故障，亦排除兩者之間光纖回路異常，初步判斷可能為OCT一次問(wèn)題，亦或?yàn)镺CT前置單元故障。

后經(jīng)OCT廠家人員現(xiàn)場(chǎng)檢查，確定為OCT前置單元故障，系前置單元中的轉(zhuǎn)換模塊故障導(dǎo)致，更換該模塊后恢復(fù)正常，消除了隱患。

2.2 案例二

圖2 西涇變主變過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

西涇變自投運(yùn)后，主變PCS978保護(hù)測(cè)控裝置、線路PCS931保護(hù)測(cè)控裝置在一、二次設(shè)備均無(wú)操作的情況下，頻繁報(bào)“某某刀閘閉鎖”、“某某刀閘解鎖”信號(hào)，即存在對(duì)控制對(duì)象的聯(lián)鎖邏輯的計(jì)算結(jié)果有變位的情況，出現(xiàn)的周期大約為0.5 h。

針對(duì)此現(xiàn)象，研究了PCS900保測(cè)一體裝置的五防聯(lián)閉鎖邏輯發(fā)現(xiàn)：參與聯(lián)鎖邏輯的信號(hào)來(lái)源分為3類：本間隔的過(guò)程層智能終端（過(guò)程層GOOSE傳遞）、其他間隔的保護(hù)測(cè)控設(shè)備（站控層GOOSE傳遞）、與此聯(lián)鎖邏輯相關(guān)的GOOSE鏈路的健康狀態(tài)。由于一次設(shè)備并無(wú)操作，主變間隔保測(cè)裝置、智能終端均正確反映一次設(shè)備位置、狀態(tài)（無(wú)任何間隔層設(shè)備報(bào)變位信息），造成異常的原因很可能為GOOSE鏈路的健康狀態(tài)，當(dāng)相關(guān)傳遞GOOSE信號(hào)的鏈路出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，聯(lián)鎖邏輯將會(huì)閉鎖其對(duì)應(yīng)的邏輯門。由圖2可以看出，主變間隔的開(kāi)關(guān)、閘刀位置均由主變間隔各側(cè)智能終端（智能操作箱）采集，并以GOOSE形式通過(guò)主變間隔交換機(jī)傳送至主變保測(cè)裝置，由于保測(cè)裝置、智能終端、傳輸光纖均無(wú)異常，初步判斷站控層交換機(jī)為真正原因。據(jù)此，制定了檢修方案。

步驟a：全面分析監(jiān)控系統(tǒng)和保護(hù)裝置的歷史變位和告警記錄。

步驟b：根據(jù)出現(xiàn)變位的時(shí)刻，調(diào)取網(wǎng)絡(luò)分析儀的報(bào)文。

步驟c：跟蹤聯(lián)鎖程序，在變位時(shí)刻確定出參與聯(lián)鎖計(jì)算的信號(hào)，判定原因。

采取步驟a分析時(shí)，分析了監(jiān)控系統(tǒng)的歷史變位報(bào)文，信號(hào)報(bào)閉鎖和解鎖時(shí)刻，沒(méi)有任何間隔層設(shè)備報(bào)變位信息。繼之分析裝置的歷史報(bào)告，發(fā)現(xiàn)存在站控層GOOSE斷鏈的信息，GOOSE斷鏈說(shuō)明保測(cè)裝置接收的GOOSE周期報(bào)文有丟失的情況。

采取步驟b分析時(shí)，調(diào)取變位時(shí)刻的網(wǎng)絡(luò)分析儀報(bào)文，發(fā)現(xiàn)GOOSE報(bào)文丟失的情況。

GOOSE報(bào)文丟失存在2種可能：一是交換機(jī)丟失，另一是此GOOSE鏈路的保護(hù)測(cè)控裝置沒(méi)有發(fā)送。經(jīng)過(guò)多次分析，保護(hù)測(cè)控裝置GOOSE發(fā)送正常，應(yīng)是交換機(jī)丟棄GOOSE報(bào)文而導(dǎo)致。繼續(xù)分析，發(fā)現(xiàn)站控層網(wǎng)絡(luò)有每秒10萬(wàn)包左右的UDP報(bào)文[4]（2臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)同步用，如圖3所示，判斷可能由于瞬時(shí)的報(bào)文沖擊使交換機(jī)因負(fù)荷率高，影響GOOSE鏈路通信。關(guān)閉該報(bào)文端口，觀察1 h左右，GOOSE報(bào)文丟失現(xiàn)象消失。后使用交換機(jī)的配置功能，將此同步數(shù)據(jù)包限制在站控層的中心交換機(jī)1-7、1-8口運(yùn)行，且不影響其他業(yè)務(wù)端口運(yùn)行，缺陷消除。

圖3 站控層中心交換機(jī)GOOSE報(bào)文負(fù)荷流量

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)上述案例可以看出，由于智能變電站“三層兩網(wǎng)”的結(jié)構(gòu)，使之對(duì)GOOSE、SMV鏈路健康狀態(tài)十分依賴，對(duì)于這種非傳統(tǒng)的二次回路異常，僅采用傳統(tǒng)的檢修方法是無(wú)法快速準(zhǔn)確處理的，必須采取新設(shè)備及新方法，例如智能化的監(jiān)控系統(tǒng)（如網(wǎng)絡(luò)分析儀、智能裝置本身的自檢功能等)、報(bào)文解析軟件等。另外，從提高檢修效率和設(shè)備可靠性方面考慮，開(kāi)展二次設(shè)備狀態(tài)檢修較能滿足智能化變電站的運(yùn)行維護(hù)要求。

[1]IEC 61850，Communication networks and system in substation[S].2004.

[2]吳在軍，胡敏強(qiáng).變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)協(xié)議IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)分析[J].電力自動(dòng)化設(shè)備，2002，22(11)：70-72.

[3]鞠 陽(yáng).數(shù)字化變電站的網(wǎng)絡(luò)通信模式[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2010，38(1)：92-95.

[4]謝希仁.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2003.