智能變電站二次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測研究綜述

李新春

摘 要：設(shè)備之間的信息共享和互操作是智能變電站的主要特點，提供了豐富的二次設(shè)備運行和狀態(tài)信息，給二次設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測和維護帶來了極大的方便。然而，對于開關(guān)信息建模等輔助設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控的研究還存在不足。在此背景下，首先討論了智能變電站二次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控對象的概念，其次分析了關(guān)鍵技術(shù)和方法的信息建模和監(jiān)控數(shù)據(jù)分析，并給出了網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的建模方案。最后總結(jié)了利用狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行二次設(shè)備故障診斷的幾種方法，分析了這些方法的優(yōu)缺點及應(yīng)用情況。最后，結(jié)合我國二次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測的研究現(xiàn)狀和實際應(yīng)用情況，展望了未來的研究方向和應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：智能變電站；二次設(shè)備；狀態(tài)監(jiān)測

近年來，隨著我國輸變電技術(shù)的發(fā)展，電網(wǎng)規(guī)模不斷擴大，輸變電電壓水平不斷提高。因此，電力設(shè)備的數(shù)量和復(fù)雜性不斷增加，設(shè)備的維護成本在電網(wǎng)總運行成本中所占的比例也越來越大。繼電保護設(shè)備的維護工作量急劇增加。確保在這種設(shè)備數(shù)量、高復(fù)雜性的設(shè)備條件下的電網(wǎng)是穩(wěn)定的和可靠的操作，降低成本和控制改革的成本，減少檢驗工作，電力設(shè)備維護策略是由過去的預(yù)防性維護國家改革[1]。

定期維護和狀態(tài)維護是預(yù)防性維護。定期維修的缺點是大修周期相對固定，不能根據(jù)設(shè)備的健康狀況及時進(jìn)行維修，容易造成維修不足、維修過度等問題。和狀態(tài)檢修是通過使用先進(jìn)的狀態(tài)監(jiān)測手段對所有設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)，這些狀態(tài)參數(shù)反映了設(shè)備根據(jù)實際工作條件，故障的早期征兆、故障位置、故障嚴(yán)重程度和發(fā)展趨勢的判斷，以確定最優(yōu)維護設(shè)備的時間維護的一種方式。

1.二次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測的概念

在智能變電站的大力建設(shè)和IEC61850標(biāo)準(zhǔn)深入推廣應(yīng)用的情況下，國內(nèi)外對變電站一次設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測已做了充分的研究。隨著一體化調(diào)度自動化系統(tǒng)的部署，需要實現(xiàn)一、二次系統(tǒng)的同步建模、采集與分析。雖然目前調(diào)度自動化系統(tǒng)對二次設(shè)備的在線監(jiān)視與分析主要處理與解決的是繼保設(shè)備、故障錄波裝置的相關(guān)信息，但是二次設(shè)備的狀態(tài)檢修是未來智能變電站及站內(nèi)智能設(shè)備檢修的重要部分。而作為狀態(tài)檢修基礎(chǔ)的二次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測工作就勢在必行，亟待開展。對二次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測不同于一次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測——通常需要單獨安裝監(jiān)測設(shè)備來實現(xiàn)對主設(shè)備的監(jiān)測；由于微機保護已十分成熟，二次設(shè)備通常具備較強的在線自檢和通信功能，因此無需另外安裝監(jiān)測設(shè)備，使用設(shè)備自身集成的自檢、通信功能即可完成狀態(tài)監(jiān)測的任務(wù)[2]。在IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一規(guī)范下，綜合考慮二次回路負(fù)載及安全性，對二次設(shè)備實行嵌入式狀態(tài)監(jiān)測是合理且妥當(dāng)?shù)摹?/p>

2.二次設(shè)備信息建模

在實施狀態(tài)監(jiān)測的過程中，首先需要對設(shè)備的信息進(jìn)行建模。建模的目的是為了獲得各種設(shè)備運行過程中的狀態(tài)參數(shù)的規(guī)范表達(dá)。因此建模的要求是應(yīng)對智能變電站內(nèi)所有設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一建模，并使用統(tǒng)一的、被廣泛認(rèn)可的標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行建模。在智能變電站中，二次設(shè)備已通過IEC61850標(biāo)準(zhǔn)實現(xiàn)了通信和互操作，針對二次設(shè)備的信息建模也多圍繞該標(biāo)準(zhǔn)，采用變電站配置言（Substation Configuration Language， SCL） 或統(tǒng)一建模語言（Unify Modeling Language， UML）進(jìn)行。目前國家電網(wǎng)公司已著手開展智能變電站內(nèi)二次設(shè)備的信息建模工作，并形成了一些二次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測的標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)前在智能變電站中實際開展的二次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測基本依靠網(wǎng)絡(luò)分析儀對GOOSE/SV/MMS報文的連續(xù)性、合法性、時延以及通信鏈路、網(wǎng)絡(luò)流量進(jìn)行監(jiān)測和告警。而設(shè)備的自檢信息、二次回路信息等信息雖然能夠采集到，但并沒有通過報文上送，設(shè)計人員在變電站設(shè)計過程中也沒有將這些數(shù)據(jù)列入虛端子表中[3]。

2.1二次設(shè)備信息建模的研究現(xiàn)狀

研究人員在二次設(shè)備信息建模方面進(jìn)行過一些研究。有關(guān)研究將過程量、開關(guān)量、特征量根據(jù)IEC61850標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行建模，客戶端通過主動召喚和報告相結(jié)合的方式獲取IED數(shù)據(jù)。還有相關(guān)研究結(jié)合二次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測的實際特點和功能需求，采用面向?qū)ο蟮慕＜夹g(shù)，主要監(jiān)測了站內(nèi)二次設(shè)備和二次回路，以及設(shè)備的銘牌、標(biāo)識和健康狀態(tài)；提出了一種把變電站整個二次系統(tǒng)和二次回路作為統(tǒng)一監(jiān)測對象整體來建模的思想。

2.2一種交換機及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣７桨?/p>

以交換機及站內(nèi)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣槔谀壳爸悄茏冸娬緦Ｓ媒粨Q機尚未投入實際應(yīng)用，而二次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測又需要交換機及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞那闆r下，本文提出以下建模方案。針對一般的通用交換機，其建模目的可暫不要求向外報告自身狀態(tài)，如接口的光功率、網(wǎng)絡(luò)流量等等，而著重于對網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜驮O(shè)備物理連接關(guān)系的描述。根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，可以利用IEC61850-6中規(guī)定的節(jié)點來描述設(shè)備之間的物理連接關(guān)系。

3.二次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析處理

目前針對智能變電站二次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)的處理的研究對象主要為變電站網(wǎng)絡(luò)中的告警、變位報文，從狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計、警報處理和故障診斷等角度開展。

3.1在線式自我狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)

在線式自我狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的架構(gòu)，該系統(tǒng)利用設(shè)備自檢和設(shè)備之間的互相監(jiān)測來實現(xiàn)二次設(shè)備的嵌入式監(jiān)測。該系統(tǒng)的架構(gòu)是一種總線型架構(gòu)，即間隔層各種二次設(shè)備將采集到的狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)通過運行服務(wù)總線（Operation Service Bus，OSB）發(fā)送到監(jiān)控后臺，由監(jiān)控后臺進(jìn)行狀態(tài)評估、故障診斷、健康狀態(tài)可視化等功能。提出了將二次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測分為分布式和集中式兩種形式，并就集中式的監(jiān)測提出了比較雙套保護裝置的相同間隔的采樣值、開關(guān)量、狀態(tài)量以判斷裝置是否存在故障的方法。

3.2自我狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)

自我狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)在針對常規(guī)二次設(shè)備運行狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行狀態(tài)分類、故障診斷時主要采取比較法和趨勢分析法，對SV、GOOSE等智能變電站特有的報文監(jiān)測時，主要針對其報文連續(xù)性和報文正確性，按照報文序列應(yīng)有的規(guī)則進(jìn)行監(jiān)測和告警。

4.結(jié)論

狀態(tài)檢測是一種可靠、經(jīng)濟的維護方式，狀態(tài)維護的正確有效實施需要先進(jìn)的狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)和準(zhǔn)確的狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)作為支撐。本文討論了智能變電站二次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測的概念和目標(biāo)。本文綜述了智能變電站二次設(shè)備信息建模的現(xiàn)狀及狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析與處理方法。基于現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，提出了一種利用SCD文件中的節(jié)點來描述二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞姆椒?。分析了各種狀態(tài)監(jiān)測方法在智能變電站中的數(shù)據(jù)源、優(yōu)缺點及其各自的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]許婧.王晶.高峰等.電力設(shè)備狀態(tài)檢修技術(shù)研究綜述[J].電網(wǎng)技術(shù).2015.24（8）：48-52.

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[3]廖天明.我國狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)和狀態(tài)檢修工作綜述[J].供用電.2016.29（4）：13-16.25.