智能變電站繼電保護(hù)二次回路在線監(jiān)測與故障診斷技術(shù)

徐 拓，葛以康

（1.國網(wǎng)江蘇省電力有限公司泗洪縣供電分公司，江蘇 宿遷 223900；2.國網(wǎng)江蘇省電力有限公司泗陽縣供電分公司，江蘇 宿遷 223700）

1 繼電保護(hù)二次回路介紹

想要明確繼電保護(hù)二次回路的在線監(jiān)測技術(shù)與故障診斷方式，首先需要了解是繼電保護(hù)二次回路的概念。繼電保護(hù)本質(zhì)上是對于電力系統(tǒng)所發(fā)生故障的一種保護(hù)措施[1]。該工作的主要對象就是電力供應(yīng)活動中的那些含有一定危險(xiǎn)性的工作以及可能存在的安全隱患。通過這種保護(hù)來確保電力系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行。繼電保護(hù)二次回路主要由如下3種回路組成。第一種是控制回路。這是一種由斷路器或者隔離開關(guān)組成的結(jié)構(gòu)，其功能是對于一次設(shè)備進(jìn)行合閘以及分閘操作。第二種是調(diào)節(jié)回路，主要由帶有調(diào)節(jié)功能的自動裝置組成，其主要任務(wù)是以一次設(shè)備工作時產(chǎn)生的參數(shù)的變化，對于一次設(shè)備的工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時的調(diào)整。第三種是繼電保護(hù)及自動裝置回路。這種回路主要由比較部分、邏輯部分、測量回路部分以及執(zhí)行部分組成。它的功能是通過分析一次設(shè)備的運(yùn)作狀態(tài)，當(dāng)一次設(shè)備在發(fā)生異?；蚬收蠒r，自動發(fā)出跳閘指令，并將出現(xiàn)問題的設(shè)備進(jìn)行自動切除，在故障消失后將相關(guān)的斷路器進(jìn)行投入操作，以恢復(fù)電力供應(yīng)。

2 在線監(jiān)測系統(tǒng)組成

在智能變電站中，在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)的構(gòu)架主要由主站系統(tǒng)與端站設(shè)備兩個部分組成。

主站系統(tǒng)需要布置在調(diào)度端，對于一些改造的智能變電站，由于變電站結(jié)構(gòu)的限制，在布置主站系統(tǒng)時要遵循便利性的原則，在不增加設(shè)備的前提下，在端站使用數(shù)字化報(bào)文分析裝置，并將其當(dāng)作是電力信息采集的源頭。如果變電站是新建的，那么就要將保護(hù)在線檢測以及故障診斷設(shè)備直接當(dāng)作數(shù)據(jù)采集的源頭。讓電力運(yùn)行數(shù)據(jù)由Ⅰ區(qū)網(wǎng)關(guān)設(shè)備在D5000平臺上傳送到Ⅱ區(qū)。

端站設(shè)備的主要功能是對于電力生產(chǎn)中所生成的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、分配、預(yù)處理以及過濾工作[2]。一旦網(wǎng)絡(luò)傳輸出現(xiàn)了問題，端站的設(shè)備就能夠?qū)栴}進(jìn)行及時的診斷，同時收集與問題相關(guān)的故障信息，在信息收集完成后自動生成為報(bào)告文件，并發(fā)送給主站系統(tǒng)；故障信息送達(dá)主站后，可以借由顯示器以及報(bào)警裝置展示給運(yùn)維人員；工作人員在看到故障報(bào)告后，就可以對問題進(jìn)行初步分析，讓維修工作變得更具針對性，大大提高了運(yùn)維的效率。

3 在線監(jiān)測信息種類

3.1 警告信息

組成警告信息的主要數(shù)據(jù)有開關(guān)量異常警告、采樣值以及設(shè)備異常警告3種。首先是采樣值的異常警告，其主要包括SV品質(zhì)異常、SV檢修狀態(tài)不一致、SV鏈路中斷以及CT/PT斷線4種情況。其次是開關(guān)量異常警告，主要包括GOOSE鏈路中斷、GOOSE檢修不一致以及開關(guān)量異常等。最后是設(shè)備異常警告，包括異常閉鎖、異常失電等問題。一旦在二次回路中出現(xiàn)了這些警告信息，工作人員就要立刻對故障進(jìn)行評估，從而進(jìn)行快速的處理。

3.2 設(shè)備運(yùn)行信息

變電站中的各種設(shè)備運(yùn)行信息也是在線檢測系統(tǒng)采集的主要信息源之一，包括設(shè)備的自檢信息、采樣數(shù)據(jù)以及開關(guān)量信息等，具體就是各種設(shè)備的運(yùn)行溫度、電源處電壓信息以及各個支路的電流信息等。通過對這些信息的長期采集以及檢測，充實(shí)系統(tǒng)端的大數(shù)據(jù)庫，為突發(fā)事故的處理以及定期的檢修工作提供數(shù)據(jù)支持。

3.3 SV/GOOSE狀態(tài)信息及動作保護(hù)

這種信息不是變電站各種電氣設(shè)備所產(chǎn)生的，而是針對數(shù)字化報(bào)文以及報(bào)文格式的一種記錄。其中，SV報(bào)文狀態(tài)主要是指相位精度、雙AD一致性、幅值精度以及數(shù)據(jù)有效性等。報(bào)文格式的異常就是指由于某一設(shè)備出現(xiàn)了問題，致使SV/GOOSE報(bào)文出現(xiàn)亂碼、殘缺以及過長等錯誤。而動作保護(hù)信息主要分為保護(hù)動作元件、保護(hù)啟動、出口相別以及整組動作時間四種動作信號。

4 監(jiān)測信息采集具體措施

智能變電站的繼電保護(hù)二次回路在線監(jiān)測系統(tǒng)收集的數(shù)據(jù)是以數(shù)字報(bào)文分析設(shè)備作為媒介所收集而成的。這種收集數(shù)據(jù)的方式雖然十分全面，但是也會造成數(shù)據(jù)冗雜的問題。無論是什么樣的信息，該設(shè)備都會進(jìn)行無差別的采集與傳送，導(dǎo)致關(guān)鍵性的信息與大量沒有意義的廢棄信息雜糅在一起，大大增加了甄別工作的難度，對于調(diào)動的效率也產(chǎn)生了一定的影響。因此，需要將站端所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾以及關(guān)聯(lián)等處理，以提高在線監(jiān)測的效率。

為了方便信息的整合以及處理工作，可以將監(jiān)測所得到的信息分為3個大類，即穩(wěn)態(tài)、暫態(tài)以及狀態(tài)[3]。每種文件都具有獨(dú)特的特點(diǎn)，穩(wěn)態(tài)文件就是長時間記錄的信息文件，如設(shè)備溫度、電流電壓；暫態(tài)文件就是當(dāng)線路由于各種原因而發(fā)出警告時，將該時刻APPID所對應(yīng)的信息進(jìn)行整理并生成的文件；狀態(tài)文件則是負(fù)責(zé)監(jiān)測線路實(shí)時通斷狀態(tài)的文件。在實(shí)際的監(jiān)測活動中，報(bào)文分析設(shè)備需要按照一定的時間間隔發(fā)送穩(wěn)態(tài)文件以及狀態(tài)文件。當(dāng)出現(xiàn)了重要的警告數(shù)據(jù)或者是端站主動上傳了暫態(tài)文件，監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)就會對該文件優(yōu)先進(jìn)行分析，并且做出診斷決策。

5 故障診斷方法

5.1 交流回路診斷方法

針對智能變電站二次回路交流量的監(jiān)測工作，可以通過報(bào)文分析設(shè)備以及繼電保護(hù)裝置所采集的交流量進(jìn)行綜合分析并得出結(jié)論。當(dāng)前國內(nèi)的智能變電站一般都是采用雙AD采樣，同時配以雙重保護(hù)措施，將MMS上的雙AD采樣值與雙套保護(hù)的采樣值進(jìn)行對比。如果對比的結(jié)果相對誤差在安全閾值的范圍內(nèi)，同時滿足繼電保護(hù)裝置沒有發(fā)出采用不一致的警告的條件，那么就可以判斷雙AD采用結(jié)果一致，二次回路處于正常工作狀態(tài)。如果對比的結(jié)果超出了閾值的安全范圍，那么就說明至少有一套繼電保護(hù)交流回路處于異常狀態(tài)。此時，在線監(jiān)測系統(tǒng)就會生成警告并將故障信息報(bào)告發(fā)送給主系統(tǒng)，以便維修人員進(jìn)行快速處理。

此外，通過分析報(bào)文分析設(shè)備的SV與繼電保護(hù)裝置的MMS的采樣值，可以判斷交流采樣回路的情況。如果兩樣數(shù)據(jù)在對比時最大誤差值在安全閾值范圍內(nèi)，且沒有出現(xiàn)SV斷鏈警告，那么就說明SV二次采樣回路處于正常工作狀態(tài)；如果繼電保護(hù)設(shè)備采樣回路正常，但數(shù)值誤差超過的安全閾值，那么就說明交流采樣回路處于異常狀態(tài)。

5.2 SV/GOSS鏈路診斷方法

針對過程層所發(fā)出SV以及GOSSE信號，如果處于接收端的設(shè)備在一定的時間內(nèi)沒有接收到相關(guān)信息，就會產(chǎn)生相應(yīng)的警告信息。例如，在繼電保護(hù)裝置鏈路出現(xiàn)異常時，該裝置是無法在這段時間內(nèi)獲取到有效信息的，所以系統(tǒng)會通過站控層MMS上傳相應(yīng)的鏈路斷線警告（見圖1）。對于直采回路，由于直采回路與網(wǎng)采的SV端口型號不同，無法進(jìn)行鏈路的對比監(jiān)測工作，所以當(dāng)發(fā)生故障時很難尋找到準(zhǔn)確的故障點(diǎn)[4]。為了克服這個困難，可以預(yù)先進(jìn)行設(shè)置，將可能發(fā)生故障的點(diǎn)一一列舉出來，并且結(jié)合其他設(shè)備網(wǎng)采回路的情況繪制故障點(diǎn)概率表，以完成故障點(diǎn)的定位工作。

圖1 繼電保護(hù)SV/GOSSE鏈路診斷示意圖

6 結(jié) 論

在信息化技術(shù)逐步發(fā)展的背景下，電氣信號傳送信息的方式正在被網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)所取代。借助于高效的網(wǎng)絡(luò)信號傳輸手段，人們已經(jīng)能夠?qū)ψ冸娬镜娜慷卧O(shè)備進(jìn)行實(shí)時的在線監(jiān)測工作。當(dāng)前的在線監(jiān)測以及故障診斷技術(shù)存在著一定的不足，想要提高智能變電站的適用性，就要對在線監(jiān)測技術(shù)以及故障診斷措施進(jìn)行改進(jìn)。