智能變電站虛擬二次回路在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

徐文斌 王斌

【摘 要】本文結(jié)合智能變電站二次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)的現(xiàn)狀，對(duì)二次回路進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究，監(jiān)測(cè)鏈路是否存在異常。并進(jìn)行虛端子及虛回路可視化展示，研究了鏈路異常定位技術(shù)方案。為驗(yàn)證二次設(shè)備在線監(jiān)測(cè)及二次回路在線監(jiān)測(cè)，構(gòu)建仿真系統(tǒng)。模擬變電站二次回路運(yùn)行狀態(tài)，計(jì)算正常、異常后的二次回路特征數(shù)據(jù)，為故障分析提供數(shù)據(jù)支持。

【關(guān)鍵詞】智能變電站；二次回路；監(jiān)測(cè)技術(shù)

引文

在智能變電站中，傳統(tǒng)的二次回路逐漸被通信網(wǎng)絡(luò)所替代，傳統(tǒng)的物理電氣信號(hào)也不再進(jìn)行使用，更多的選擇數(shù)字信號(hào)，將所有二次設(shè)備基于網(wǎng)絡(luò)連接在一起，實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)。但是目前在線監(jiān)測(cè)需要技術(shù)人員從網(wǎng)絡(luò)報(bào)文記錄設(shè)備中提取的內(nèi)容數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)的異常分析，因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)報(bào)文記錄的數(shù)據(jù)量非常大，嚴(yán)重影響了對(duì)異常分析的質(zhì)量，工作人員很難根據(jù)記錄的信息定性、定量分析故障特征，將很多重要信息遺漏，進(jìn)而無法制定出完整的二次回路的預(yù)警和保護(hù)方案，不利于整個(gè)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1.智能變電站網(wǎng)絡(luò)二次系統(tǒng)應(yīng)用概述

1.1 智能變電站網(wǎng)絡(luò)二次系統(tǒng)概念及其功能

所謂網(wǎng)絡(luò)二次系統(tǒng)，就是通過網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)構(gòu)建，替代傳統(tǒng)的電氣二次回路，從而為電力網(wǎng)絡(luò)提供需求和服務(wù)，例如在線監(jiān)測(cè)的服務(wù)。在該系統(tǒng)中，過程層網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、過程層組網(wǎng)、可靠性和實(shí)時(shí)性分析、全站通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及在此基礎(chǔ)上建立的網(wǎng)絡(luò)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)共同協(xié)調(diào)運(yùn)作，完成了監(jiān)測(cè)工作。在該系統(tǒng)中，智能變電站網(wǎng)絡(luò)二次技術(shù)得到了充分應(yīng)用，涵蓋了系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建、智能二次設(shè)備配置、模型報(bào)文輸出以及各類電力技術(shù)和專業(yè)知識(shí)。隨著技術(shù)水平的不斷提升，智能變電站網(wǎng)絡(luò)化二次系統(tǒng)已經(jīng)不再拘泥于傳統(tǒng)形式，迫切需求建立全景信息平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的升級(jí)優(yōu)化，并實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)目標(biāo)。

1.2 智能變電站網(wǎng)絡(luò)化二次系統(tǒng)及其在線監(jiān)測(cè)研究的重要性

雖然，我國(guó)從二十世紀(jì)九十年代就開始了變電站智能系統(tǒng)和自動(dòng)化系統(tǒng)的研究和應(yīng)用，并不斷進(jìn)行了技術(shù)創(chuàng)新和提升。但是變電站自動(dòng)化系統(tǒng)及其在線監(jiān)測(cè)工作仍然出現(xiàn)了很多問題。

1.2.1 智能站二次設(shè)備互操作性差。在該系統(tǒng)中，二次設(shè)備是重要的組成部分，普通互感器是所謂的一次設(shè)備，而有源式電子式互感器，如ECT、EVT、ECVT等則是具有消除傳統(tǒng)鐵心線圈磁飽和問題，進(jìn)一步抗干擾等功能的二次設(shè)備。然而，在系統(tǒng)中，這些二次設(shè)備的互操作性卻很差，很難充分發(fā)揮整體功效。

1.2.2 網(wǎng)絡(luò)化二次系統(tǒng)的可擴(kuò)展性差。一般來說，在系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和層次是有限度的，不可能進(jìn)行無限延伸，而且系統(tǒng)在保障原有作業(yè)績(jī)效基礎(chǔ)上的進(jìn)一步擴(kuò)展難度也很大。

1.2.3 信息共享難度大。智能變電站網(wǎng)絡(luò)二次化及其在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)雖然與過去相比，已經(jīng)有了很大的優(yōu)勢(shì)，但是當(dāng)將其應(yīng)用在大范圍、大區(qū)域時(shí)，信息間溝通就會(huì)形成障礙，很難進(jìn)行全面共享。

1.2.4 網(wǎng)絡(luò)二次化在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的可靠性差，安全問題堪憂。相對(duì)來說，該系統(tǒng)的可靠性較之過去有了質(zhì)的飛越，但是面對(duì)不斷變化的外部環(huán)境，仍然難以抗拒不確定性因素的影響，加之受不同區(qū)域自然條件、社會(huì)條件、人文條件等的綜合影響，使用過程的安全性和可靠性難以確保。

2、二次回路在線監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)分析

要想有效實(shí)現(xiàn)二次回路的在線監(jiān)測(cè)，首先需要進(jìn)行線路運(yùn)行信息的合理獲取，并需要在此基礎(chǔ)上來對(duì)獲取到的信息進(jìn)行分析整體。

該二次回路在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是由主站系統(tǒng)和站端裝置構(gòu)成，該主站系統(tǒng)一般會(huì)直接在省調(diào)度端進(jìn)行部署，并可以有效避免一些智能變電結(jié)構(gòu)的設(shè)備增加等問題，此外其還可以運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)報(bào)文記錄分析裝置來作為數(shù)據(jù)的采集源。在進(jìn)行新建智能變電站的建設(shè)過程中，該電力企業(yè)還可以直接將檢測(cè)系統(tǒng)以及診斷裝置作為數(shù)據(jù)采集源端進(jìn)行工作。此外站端還需要完成信息的采集整理以及過濾工作，并能夠在發(fā)生了通信網(wǎng)絡(luò)異常的情況下，該裝置能夠?qū)ο嚓P(guān)的異常信息進(jìn)行迅速收集，并可以以文件的形式來將其送到各個(gè)調(diào)度端的主站系統(tǒng)之中。并可以在完成各異常信息的綜合診斷工作之后直接在界面上進(jìn)行診斷結(jié)果的顯示。

3、在線監(jiān)測(cè)信息分析系統(tǒng)

一般情況下二次設(shè)備其運(yùn)行狀態(tài)信息多是由鏈路異常信息與自檢信息兩部分構(gòu)成，這難以有效滿足二次設(shè)備出現(xiàn)故障后的診斷需求。因此電力企業(yè)就應(yīng)當(dāng)對(duì)不同類型二次設(shè)備的運(yùn)行特點(diǎn)以及常見故障進(jìn)行分析，并在此基礎(chǔ)上來將其在線監(jiān)測(cè)信息具體細(xì)分為裝置運(yùn)行狀態(tài)信息、告警狀態(tài)信息以及保護(hù)動(dòng)作信息這3個(gè)類型。

①狀態(tài)運(yùn)行狀態(tài)信息：該檢測(cè)信息主要包含的是裝置的軟硬件自檢信息、采樣值以及開關(guān)量信息等。其中軟硬件的自檢信息又包含了該裝置的運(yùn)行溫度、電源電壓溫度等信息，而采樣量以及開關(guān)量信息則主要包含了各支路電流、差動(dòng)電流以及開入量狀態(tài)等信息等。借助于對(duì)裝置的運(yùn)行狀態(tài)信息進(jìn)行長(zhǎng)期的監(jiān)控統(tǒng)計(jì)，其也能夠?yàn)楹罄m(xù)的狀態(tài)檢修工作提供足夠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)以及檢修依據(jù)。

②告警信息：告警信息中一般會(huì)包含有采樣值、開關(guān)量異常告警以及裝置異常告警等信息，其中采樣值異常告警主要包含了SV鏈路中斷、SV檢修狀態(tài)異常以及CT/PT斷線等；開關(guān)量異常報(bào)警則包含了COOSE檢修不一致、鏈路中斷以及開入量異常等情況；裝置異常告警主要是電告警與閉鎖等。一旦二次回路運(yùn)行過程中出現(xiàn)了類似告警，就需要對(duì)其發(fā)生的故障進(jìn)行狀態(tài)的評(píng)估以及迅速定位，并在此基礎(chǔ)上給予相關(guān)的維護(hù)人員一定的指導(dǎo)，來使得智能變電站的維護(hù)效率與質(zhì)量得到有效提升。

③保護(hù)動(dòng)作信息：其一般包含有保護(hù)動(dòng)作信號(hào)以及出口信號(hào)動(dòng)作兩方面的內(nèi)容。

4、信息采集方案

在現(xiàn)有二次設(shè)備的運(yùn)行過程中其多是借助于網(wǎng)絡(luò)報(bào)文記錄分析裝置來進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)信息的搜集工作。因?yàn)檫^程層中的網(wǎng)絡(luò)報(bào)文具備有數(shù)量龐大、冗余嚴(yán)重以及非重要信息比較多的特點(diǎn)，這一情況，也就需要構(gòu)建一個(gè)快速有效的在線監(jiān)測(cè)以及故障診斷及裝置，并要求站端專職能夠在采集完成數(shù)據(jù)之后完成相應(yīng)的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)與篩選過濾處理工作。

將在線監(jiān)測(cè)信息分為穩(wěn)態(tài)、暫態(tài)以及狀態(tài)文件3種類型，而在具體的運(yùn)用中，也需要借助于與網(wǎng)絡(luò)報(bào)文記錄分析裝置來在固定時(shí)間間隔中進(jìn)行文件的傳送工作，此外在站控層存在告警數(shù)據(jù)或者變化量已經(jīng)超過了5%的情況下，還需要進(jìn)行暫態(tài)文件的及時(shí)上傳，而其實(shí)時(shí)傳輸?shù)念~數(shù)據(jù)也需要與二次設(shè)備進(jìn)行對(duì)應(yīng)。

借助于二次回路的在線監(jiān)測(cè)以及故障診斷系統(tǒng)其在站端傳輸?shù)男畔⑦M(jìn)行診斷分析，并對(duì)這些信息存在的長(zhǎng)期變化規(guī)律進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析，這樣就可以在對(duì)相關(guān)二次設(shè)備的具體運(yùn)營(yíng)情況進(jìn)行準(zhǔn)確合理的評(píng)估，并可以在此基礎(chǔ)上給予其針對(duì)性的診斷對(duì)策。

5、優(yōu)化在線監(jiān)測(cè)和故障診斷的幾點(diǎn)措施

5.1 SV/GOOSE鏈路診斷策略

對(duì)于二次設(shè)備過程層中的SV/GOOSE信號(hào)，如果接收端設(shè)備沒有在一定時(shí)間內(nèi)接收到信息時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的告警，此外因?yàn)楦餮b置之間配備有統(tǒng)一系統(tǒng)觀測(cè)員，就可以通過發(fā)送方與多個(gè)接收方兩者的運(yùn)營(yíng)狀態(tài)來對(duì)二次設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行有效檢查，并可以根據(jù)鏈路告警報(bào)文來進(jìn)行異常發(fā)生位置的合理定位。對(duì)于在運(yùn)行過程中直采回路無法進(jìn)行鏈路對(duì)比監(jiān)視這一情況，也就需要借助于預(yù)先配置的方式先對(duì)可能出現(xiàn)的故障點(diǎn)進(jìn)行列舉，然后再結(jié)合二次設(shè)備網(wǎng)采回路來進(jìn)行故障點(diǎn)概率位置的計(jì)算。

5.2 交流回路狀態(tài)診斷策略

在線監(jiān)測(cè)二次回路交流量的過程中，還可以借助于網(wǎng)絡(luò)報(bào)文記錄分析裝置以及機(jī)電保護(hù)裝置其采集到的交流量信息進(jìn)行綜合性判斷。現(xiàn)階段許多智能變電站中多采用雙AD形式進(jìn)行信息的采樣，并能夠?qū)Χ卧O(shè)備的運(yùn)行提供雙重防護(hù)，通過該防護(hù)模式就能夠?qū)Χ位芈飞系南嚓P(guān)故障情況進(jìn)行有效的監(jiān)控。如果這兩者之間的相對(duì)誤差在閾值范圍內(nèi)而且繼電保護(hù)裝置無采樣不一致的報(bào)警時(shí)，則認(rèn)為該交流二次回路處于正常的運(yùn)行狀態(tài)。如果該相對(duì)誤差超過了閾值范圍后，則判斷該繼電保護(hù)的交流回路存在異常現(xiàn)象，并需要相關(guān)檢修人員及時(shí)對(duì)出現(xiàn)了異常的二次回路進(jìn)行檢修。

6、結(jié)束語

在智能變電站中存在著一些無法診斷的問題，這些已存在的問題會(huì)造成未知的故障，并造成變電站資金與資源的損失。對(duì)于目前存在的一些隱患問題進(jìn)行分析與監(jiān)測(cè)或者對(duì)于一些已經(jīng)暴露出的問題通過數(shù)據(jù)分析得出其故障原因，是我們目前在變電站方面的一項(xiàng)重要研究課題[4]。那么，結(jié)合目前智能站的一些二次設(shè)備的實(shí)際情況，通過對(duì)現(xiàn)有的網(wǎng)分裝置部分功能的優(yōu)化，并結(jié)合變電站本身具有的某些特征，我們可以提出一種用于智能站二次系統(tǒng)故障分析的解決方法，用來分析與檢測(cè)變電站的故障，分析故障產(chǎn)生原因，并提出相應(yīng)的解決對(duì)策，這種變電站繼電保護(hù)在線監(jiān)測(cè)與故障診斷的方法對(duì)于我們目前變電站的發(fā)展與完善是十分有利的。

參考文獻(xiàn)：

[1]丁修玲，張延旭，蔡澤祥，等.基于報(bào)文解析的變電站過程層網(wǎng)絡(luò)信息流異常保護(hù)方法[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2013，41（13）：58-63.

[2]王治民，陳炯聰，任雁銘，等.網(wǎng)絡(luò)通信記錄分析系統(tǒng)在數(shù)字化變電站中的應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2010，34（14）：92-95.

[3]陳文斌，張延奇，吳萍.變電站繼電保護(hù)二次回路的分析[J].通訊世界，2016（19）：198-199.

（作者單位：國(guó)網(wǎng)銀川供電公司）