關(guān)于智能變電站繼電保護(hù)二次回路在線監(jiān)測與故障診斷的研究

包晴川 張志兵

摘 要：隨著我國通訊技術(shù)的飛快發(fā)展，變電站內(nèi)的通信網(wǎng)絡(luò)初步代替了二次回路，變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)也在發(fā)展過程中體現(xiàn)出智能化與二次回路網(wǎng)絡(luò)化的特點(diǎn)。但目前還有很多電力企業(yè)仍然采取傳統(tǒng)的檢測方法來檢修、維護(hù)設(shè)備，單純以網(wǎng)絡(luò)報(bào)文的手段來分析變電站站內(nèi)設(shè)備互聯(lián)問題已不能滿足智能變電站的要求。

關(guān)鍵詞：智能變電站;繼電保護(hù);二次回路;在線監(jiān)測;故障診斷

引言

較于常規(guī)變電站，智能變電站的顯著特征是二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化，即以數(shù)字信號取代物理電氣信號、以通信網(wǎng)絡(luò)取代傳統(tǒng)二次回路。顯然，對網(wǎng)絡(luò)報(bào)文的有效監(jiān)測和分析是開展智能變電站繼電保護(hù)故障診斷處理的主要途徑。當(dāng)前，一般的網(wǎng)絡(luò)報(bào)文記錄裝置能達(dá)成報(bào)文存儲、網(wǎng)絡(luò)流量監(jiān)視等功能，但由于智能變電站的類實(shí)時(shí)信息過于龐雜，使得依靠該類裝置進(jìn)行二次回路故障特征辨識的專業(yè)運(yùn)維人員未能作出直觀的定量和定性分析。因此，構(gòu)建二次回路在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)，對核心報(bào)文數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘，形成完整的二次回路預(yù)警和分析策略很有必要。

1繼電保護(hù)與二次回路現(xiàn)狀分析

盡管我國電力事業(yè)在起步階段便大大落后于先進(jìn)國家，然而經(jīng)多年發(fā)展，電力系統(tǒng)整體水平迅速提升，其中便包括繼電保護(hù)與二次回路部分，這是電力安全與穩(wěn)定的基礎(chǔ)。如今，我國具備了完整的繼電保護(hù)技術(shù)體系，不論是繼電保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研發(fā)，還是保護(hù)裝置的安裝調(diào)試維護(hù)，均達(dá)到較高甚至領(lǐng)先的水平，而且在微機(jī)保護(hù)方面也有很大發(fā)展。通過將計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用于繼電保護(hù)，使得電力設(shè)備得到全方位的保護(hù)，該方面的研究可追溯到二十世紀(jì)七十年代。當(dāng)前，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)繼電保護(hù)、自適應(yīng)繼電保護(hù)、暫態(tài)保護(hù)等先進(jìn)智能保護(hù)理論不斷發(fā)展，未來繼電保護(hù)將會(huì)更加集成和智能。而且，計(jì)算機(jī)技術(shù)也較好的應(yīng)用于二次設(shè)備功能的組合與優(yōu)化，自動(dòng)控制及監(jiān)測功能得以很大提升。在智能電網(wǎng)建設(shè)與發(fā)展中，需要從基礎(chǔ)技術(shù)入手，筑牢網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的技術(shù)根基，才能掌握電網(wǎng)發(fā)展的技術(shù)主動(dòng)性，以便在激烈的國內(nèi)外電力技術(shù)領(lǐng)域競爭中獲得優(yōu)勢。

2在線監(jiān)測信息種類

（1）裝置的運(yùn)行信息。具體包括軟硬件自檢信息、采樣數(shù)值、開關(guān)量信息。其中裝置的運(yùn)行溫度、通道光強(qiáng)與電源電壓等是軟硬件自檢信息。而每條支路的電流、差動(dòng)電流與開入量等代表了采樣值與開關(guān)量信息。長時(shí)間監(jiān)測、整理上述信息，有利于提高狀態(tài)檢修的水平。（2）告警信息。具體包括采樣值、開關(guān)量異常報(bào)警和裝置異常報(bào)警。這部分報(bào)警信息出現(xiàn)在二次回路時(shí)，可快速判斷故障和評估狀態(tài)，指導(dǎo)運(yùn)檢人員的工作，從而便捷的維護(hù)智能站。（3）保護(hù)動(dòng)作。具體包括保護(hù)動(dòng)作信號、動(dòng)作出口信號。（4）SV/GOOSE運(yùn)行信息。具體指報(bào)文狀態(tài)與格式異常信息。設(shè)備發(fā)生故障引起SV/GOOSE報(bào)文出現(xiàn)幀格式錯(cuò)誤，如報(bào)文缺失、延時(shí)等。

3繼電保護(hù)二次回路在線監(jiān)測與故障診斷原理

3.1SV/GOOSE鏈路診斷原理

在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，有效的GOOSE、SV信息未及時(shí)傳遞至接收端設(shè)備，則發(fā)生預(yù)警。比如，繼電保護(hù)裝置SV鏈路異常，直接干擾繼電保護(hù)裝置獲得系統(tǒng)數(shù)據(jù)，此時(shí)通過站控層MMS對鏈路斷線告警報(bào)文實(shí)施傳送，與此同時(shí)網(wǎng)絡(luò)報(bào)文記錄分析裝置同步獲得這部分報(bào)文信息。在網(wǎng)采、網(wǎng)跳回路之間存在一致的系統(tǒng)觀測源，監(jiān)測對比發(fā)送方與若干個(gè)接受方之間的鏈路狀態(tài)，按各裝置傳輸?shù)逆溌穲?bào)警報(bào)文對鏈路異常準(zhǔn)確分析。直采回路與網(wǎng)采的SV端口存在顯著差異，無法對比監(jiān)測鏈路，這是難以確定故障發(fā)生位置的原因，只有借助其它二次設(shè)備的網(wǎng)采回路，統(tǒng)計(jì)各類故障點(diǎn)，通過繼電保護(hù)裝置的告警對不能獲得對比信息的直跳回路故障實(shí)現(xiàn)定位。

3.2交流回路狀態(tài)診斷

由網(wǎng)絡(luò)報(bào)文記錄分析裝置與繼電保護(hù)裝置收集交流量，對二次回路的交流量實(shí)時(shí)監(jiān)測。智能站為達(dá)到雙重化保護(hù)的目標(biāo)，一般采取雙AD采樣的方法，對比由MMS傳輸?shù)碾pAD采樣值和兩套保護(hù)的采樣值，當(dāng)它們之間形成相對較大的誤差，則說明繼電保護(hù)完成了統(tǒng)一采樣告警，則明確至少有一套繼電保護(hù)的交流回路發(fā)生異常，這為繼電保護(hù)裝置提供相應(yīng)的異常二次回路。系統(tǒng)對比網(wǎng)絡(luò)報(bào)文記錄分析裝置SV和繼電保護(hù)裝置MMS傳遞的采樣值，當(dāng)二者形成比較合理的誤差，則不會(huì)發(fā)生SV斷鏈告警，初步明確SV二次采樣回路正常運(yùn)行;當(dāng)繼電保護(hù)裝置對應(yīng)的采樣回路正常，但網(wǎng)分裝置與保護(hù)裝置獲得的采樣值超過了正常水平，代表網(wǎng)絡(luò)報(bào)文記錄分析裝置的交流采樣回路非正常，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)報(bào)文記錄分析該裝置獲得對應(yīng)的二次非正?；芈?。

3.3保護(hù)動(dòng)作診斷原理

（1）雙重化配置保護(hù)裝置。嚴(yán)格檢查AB套保護(hù)裝置操作，進(jìn)一步獲得正確的繼電保護(hù)裝置動(dòng)作，突出其時(shí)間性。按GOOSE的開關(guān)量時(shí)間準(zhǔn)確計(jì)算時(shí)間差，對比動(dòng)作元件在保護(hù)過程中的特點(diǎn)，系統(tǒng)了解保護(hù)動(dòng)作是否正確。（2）單重化配置保護(hù)裝置。模擬單重化配置的保護(hù)裝置與網(wǎng)絡(luò)報(bào)文記錄分析裝置，綜合進(jìn)行對比，從而對交流回路科學(xué)監(jiān)測，系統(tǒng)比較由以上裝置獲得的信號，全方位掌握開關(guān)量回路的運(yùn)行狀態(tài)。同時(shí)，對變化的模擬量以及單重化保護(hù)操作邏輯有效融合，判斷保護(hù)動(dòng)作是否正確。二次回路故障診斷中迅速定位二次回路故障是主要內(nèi)容。當(dāng)前的智能變電站二次回路中，存在很多的光纖通道與光交換設(shè)備，故障診斷系統(tǒng)對通道異常情況快速定位，明確是否在保護(hù)裝置、交換設(shè)備、某段光纖等出現(xiàn)了故障，如此節(jié)省了查找二次系統(tǒng)故障的時(shí)間，從而穩(wěn)定供電?；谌揪W(wǎng)絡(luò)報(bào)文、二次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測信息、交換設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，綜合全站的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架、SCD配置、物理端口等，準(zhǔn)確定位通道發(fā)生故障的部位。

結(jié)束語

鑒于當(dāng)下智能站普遍存在的二次回路在線監(jiān)診缺失的情況，以實(shí)際二次設(shè)備配置為考量點(diǎn)，經(jīng)由對網(wǎng)分裝置功能的優(yōu)化提升，提出具有高度適用性、容錯(cuò)性的面向智能變電站繼電保護(hù)二次回路在線監(jiān)測與故障診斷的方法體系框架，可僅基于相關(guān)通信報(bào)文的篩選比較、綜合分析而實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)繼保層面故障研判的輔助決策，理論上能大大提升智能站二次運(yùn)維的效率和成效?？商岣呦到y(tǒng)運(yùn)行水平，促進(jìn)電力企業(yè)發(fā)展也具有重要意義。

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