智能變電站繼電保護(hù)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)研究

汪希偉，李 超，郭啟偉，侯慧軍，孫 巖

（國網(wǎng)山東省電力公司檢修公司，濟(jì)南 250118）

智能變電站繼電保護(hù)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)研究

汪希偉，李 超，郭啟偉，侯慧軍，孫 巖

（國網(wǎng)山東省電力公司檢修公司，濟(jì)南 250118）

智能變電站已經(jīng)獲得大規(guī)模普及與應(yīng)用，其繼電保護(hù)二次回路為不可見虛回路，不同于常規(guī)變電站中的可見二次電纜，導(dǎo)致對繼電保護(hù)的故障排查難度加大。為確保繼電保護(hù)可靠運(yùn)行，方便回路問題排查，實(shí)現(xiàn)對繼電保護(hù)運(yùn)行工況的實(shí)時監(jiān)視，提出了智能變電站繼電保護(hù)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)設(shè)計方案。該系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)主要包含服務(wù)器、工控機(jī)、站控層和過程層，通過SCD文件實(shí)現(xiàn)智能變電站二次設(shè)備的管理，經(jīng)站控層網(wǎng)和過程層網(wǎng)獲取合并單元、智能終端及保護(hù)裝置等信息，實(shí)現(xiàn)對二次設(shè)備的運(yùn)行監(jiān)視、智能診斷和故障分析。實(shí)踐證明，該系統(tǒng)有效縮短了檢修人員的消缺時間，在提高運(yùn)檢水平上取得了顯著成效。

智能變電站；繼電保護(hù)；狀態(tài)監(jiān)測；故障診斷

0 引言

隨著數(shù)字化智能變電站的大規(guī)模普及與應(yīng)用，其繼電保護(hù)設(shè)備相較于常規(guī)變電站出現(xiàn)故障的概率較大，且故障種類繁多。由于將常規(guī)變電站中的可見二次電纜變成了智能變電站中的不可見二次虛回路，導(dǎo)致對繼電保護(hù)設(shè)備的問題排查難度加大，對當(dāng)前人員的運(yùn)檢水平也提出了新的要求。為了增強(qiáng)智能變電站繼電保護(hù)設(shè)備運(yùn)行的可靠性，提升運(yùn)檢水平，需要對繼電保護(hù)運(yùn)行工況進(jìn)行實(shí)時監(jiān)視并進(jìn)行在線分析診斷。

近年來，智能變電站的廣泛建設(shè)以及計算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，為繼電保護(hù)系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷提供了良好的基礎(chǔ)條件?；贗EC-61850標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字化智能變電站“三層兩網(wǎng)”結(jié)構(gòu)體系，將常規(guī)變電站中傳統(tǒng)的不可在線監(jiān)測的二次電纜變成了可在線監(jiān)測的光纖網(wǎng)絡(luò)，同時基于該標(biāo)準(zhǔn)的IED設(shè)備（繼電保護(hù)裝置、合并單元、智能終端、安全自動裝置、交換機(jī)等）模型構(gòu)建，使得對保護(hù)裝置、合并單元、智能終端、安全自動裝置及交換機(jī)關(guān)鍵信息的監(jiān)視能力越來越強(qiáng)，為智能變電站繼電保護(hù)狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷提供了良好基礎(chǔ)［1-5］。 為此，提出了智能變電站繼電保護(hù)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)設(shè)計方案，并在500 kV柴府變電站中實(shí)現(xiàn)了工程應(yīng)用［6-8］。

1 繼電保護(hù)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)

1.1 功能

智能變電站繼電保護(hù)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)全站SCD文件管控、繼電保護(hù)狀態(tài)監(jiān)測及定值管理、虛端子、虛回路可視化監(jiān)視、智能安措、智能分析所采集到的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行診斷告警。

信息采集范圍涵蓋合并單元、保護(hù)裝置、智能終端、安全自動裝置、過程層交換機(jī)、站控層交換機(jī)及構(gòu)成保護(hù)系統(tǒng)的二次聯(lián)接回路。系統(tǒng)能基于SCD文件以友好直觀的方式將智能變電站保護(hù)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況反映給變電站運(yùn)維人員和檢修人員，為智能變電站二次系統(tǒng)的日常運(yùn)維、檢修、異常處理及電網(wǎng)事故智能分析提供決策依據(jù)。

1.2 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

繼電保護(hù)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)由部署在變電站端的繼電保護(hù)狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)和部署在調(diào)度端主站系統(tǒng)的繼電保護(hù)狀態(tài)監(jiān)測模塊共同完成。

變電站端的繼電保護(hù)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集單元和數(shù)據(jù)管理單元組成。數(shù)據(jù)采集單元通過過程層網(wǎng)絡(luò)獲取過程層設(shè)備數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)管理單元從數(shù)據(jù)采集單元和間隔層網(wǎng)絡(luò)獲取數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析處理，實(shí)現(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷功能，并將診斷信息上送至調(diào)度端。該系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 繼電保護(hù)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

調(diào)度端的繼電保護(hù)狀態(tài)監(jiān)測模塊集成于調(diào)度端主站軟件系統(tǒng)，為一個獨(dú)立的功能模塊。

1.3 功能實(shí)現(xiàn)

1.3.1 繼電保護(hù)SCD模型文件管理

系統(tǒng)通過全站SCD模型文件獲取過程層虛回路與軟壓板邏輯關(guān)系描述、調(diào)度命名和一二次關(guān)聯(lián)關(guān)系、二次回路虛端子連接、通信參數(shù)、二次回路狀態(tài)監(jiān)測信息、過程層網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渑渲?。?dāng)繼電保護(hù)SCD模型文件變更后，數(shù)據(jù)管理單元通過裝置過程層虛端子配置CRC與繼電保護(hù)SCD模型文件相應(yīng)CRC進(jìn)行在線比對實(shí)現(xiàn)SCD變更提示，并界定SCD變更產(chǎn)生的影響范圍，并將影響范圍定位到IED裝置。

1.3.2 繼電保護(hù)及二次回路狀態(tài)監(jiān)測

系統(tǒng)接收合并單元、智能終端、保護(hù)裝置、交換機(jī)上送的信息并進(jìn)行分類管理、存儲；并通過直接采集過程層網(wǎng)絡(luò)報文實(shí)時監(jiān)視與分析網(wǎng)絡(luò)通信狀態(tài)。

1.3.3 繼電保護(hù)故障智能診斷

系統(tǒng)接收合并單元、智能終端、保護(hù)裝置、交換機(jī)上送的信息并進(jìn)行分類管理、存儲；并通過直接采集過程層網(wǎng)絡(luò)報文實(shí)時監(jiān)視與分析網(wǎng)絡(luò)通信狀態(tài)。

根據(jù)裝置的硬件級告警信息、監(jiān)測信息及其他巡檢信息對裝置硬件的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行評估，并根據(jù)監(jiān)測信息的統(tǒng)計變化趨勢進(jìn)行故障預(yù)警。用于監(jiān)測預(yù)警的裝置硬件級信息包括：裝置溫度、裝置電源電壓、裝置過程層端口發(fā)送／接收光強(qiáng)和光纖縱聯(lián)通道光強(qiáng)、裝置差流。

根據(jù)監(jiān)測信息實(shí)現(xiàn)裝置硬件異常的故障定位。用于故障定位的監(jiān)測信息包括：裝置光纖接口監(jiān)測信息、裝置鏈路異常告警信息、裝置報文。

變電站端實(shí)現(xiàn)交流回路、跳閘回路、合閘回路、失靈啟動回路、閉鎖回路、軟壓板狀態(tài)及功能描述的圖形化顯示。調(diào)度端實(shí)現(xiàn)保護(hù)裝置內(nèi)部動作邏輯、動作時序、故障量及保護(hù)定值的圖形化顯示。

2 系統(tǒng)應(yīng)用

在2016年投運(yùn)的500 kV柴府變電站中，投運(yùn)了智能變電站繼電保護(hù)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)，該系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。

圖2 繼電保護(hù)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)

繼電保護(hù)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)的實(shí)施流程為：

1）通過配置工具導(dǎo)入全站SCD文件，將在線監(jiān)測信息提取錄入數(shù)據(jù)庫，建立繼電保護(hù)狀態(tài)監(jiān)測模型；

2）通過畫圖工具，繪制變電站主接線圖、保護(hù)裝置屏柜運(yùn)行圖、保護(hù)裝置詳細(xì)運(yùn)行信息圖、裝置網(wǎng)絡(luò)鏈路圖、虛端子圖和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D；

3）通過過程層交換機(jī)，接收保護(hù)裝置、智能終端、合并單元和交換機(jī)的監(jiān)測信息；

4）通過站控層交換機(jī)，接收裝置的遙信量、遙測量以及MMS報告；

5）通過配置典型操作票和二次工作安全措施票，實(shí)現(xiàn)對裝置的檢修操作正確性和隔離措施實(shí)施結(jié)果的確認(rèn)。

采用該系統(tǒng)后，通過指標(biāo)比較可看出其具有顯著成效，如表1所示。

表1 系統(tǒng)采用前后指標(biāo)比較 min

3 結(jié)語

針對智能變電站繼電保護(hù)二次回路為不可見虛回路，其故障排查難度較大，提出了智能變電站繼電保護(hù)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)設(shè)計方案，通過SCD文件實(shí)現(xiàn)智能變電站二次設(shè)備的管理，經(jīng)站控層網(wǎng)和過程層網(wǎng)獲取合并單元、智能終端及保護(hù)裝置等信息，實(shí)現(xiàn)對二次設(shè)備的運(yùn)行監(jiān)視、智能診斷和故障分析。該系統(tǒng)已在500 kV柴府變電站中進(jìn)行了應(yīng)用，能夠幫助運(yùn)維檢修人員快速定位站內(nèi)繼電保護(hù)設(shè)備故障點(diǎn)，有效縮短了消缺時間，方便了運(yùn)行人員對二次設(shè)備的監(jiān)視，在提高運(yùn)檢水平上取得了顯著成效。

［1］湯漢松，孫志杰，徐大可.數(shù)字化變電站的現(xiàn)狀與未來［J］.江蘇電機(jī)工程，2007，26（S1）：5-7.

［2］文繼鋒，盛海華，周強(qiáng)，等.智能變電站繼電保護(hù)在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用［J］.江蘇電機(jī)工程，2015，34（1）：21-24.

［3］李慧萍，魯曉帆，張凱.基于Winpap的數(shù)據(jù)包捕獲技術(shù)的研究［J］.網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)與應(yīng)用，2010（8）：31-32.

［4］竇曉波，周旭峰，胡敏強(qiáng)，等.IEC 61850快速報文傳輸服務(wù)在VxWorks中的實(shí)現(xiàn)［J］.電力系統(tǒng)自動化，2008，32（12）：41-47.

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［6］陳德樹．微機(jī)繼電保護(hù)［M］．北京：中國電力出版社，2000．

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Research on Condition Monitoring and Fault Diagnosis System of Relay Protection for Intelligent Substation

WANG Xiwei，LI Chao，GUO Qiwei，HOU Huijun，SUN Yan
（State Grid Shandong Electric Power Maintenance Company，Jinan 250018，China）

With the popularization and application of intelligent substation， the secondary circuit of the relay protection becomes not visible which is different from the visible circuit in conventional substation，and it makes the troubleshooting of relay protection equipment more difficult.In order to ensure the reliable operation of the relay protection equipment and to facilitate the circuit problem investigation， the condition monitoring and fault diagnosis system of intelligent substation is presented.The system mainly includes server，industrial computer，station control level and process level.Through the SCD file， intelligent substation secondary equipment management is realized.Through the merger unit， intelligent terminals，protection devices and other information obtained from station control level and process level，the operation monitoring，intelligent diagnosis and fault analysis of the secondary equipment are realized.Practices have proved that the system can effectively shorten the missing time of maintenance personnel，and have achieved remarkable results.

intelligent substation；relay protection；status monitoring；fault diagnosis

TM734

B

1007－9904（2017）02－0055－03

2016-10-26

汪希偉（1981），男，工程師，主要從事電力系統(tǒng)繼電保護(hù)工作。