智能變電站繼電保護(hù)在線運(yùn)維系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的研究及實(shí)現(xiàn)

劉政

摘 要：隨著智能變電站的不斷應(yīng)用，進(jìn)而對變電站當(dāng)中的繼電保護(hù)設(shè)備運(yùn)維要求也逐漸提升。傳統(tǒng)定期檢修運(yùn)維模式不能對當(dāng)前供電較強(qiáng)的可靠性要求進(jìn)行滿足。在線的運(yùn)維系統(tǒng)能夠更好的完成狀態(tài)檢修以及檢測，其實(shí)提升變電站運(yùn)維水平的重點(diǎn)。在這種背景之下，本文分析了在智能變電站技術(shù)環(huán)境下怎樣建立機(jī)電保護(hù)在線運(yùn)維系統(tǒng)，同時對和繼電保護(hù)密切有關(guān)的保護(hù)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測以及二次回路狀態(tài)檢測等關(guān)鍵的深入的研究。

關(guān)鍵詞：智能變電站;狀態(tài)檢修;二次回路;繼電保護(hù)

對于確保電力系統(tǒng)安全性和可靠性方面，變電站繼電保護(hù)設(shè)備起到了重要效果。在智能變電站技術(shù)環(huán)境當(dāng)中，機(jī)電保護(hù)設(shè)備廣泛應(yīng)用了網(wǎng)絡(luò)化、智能化以及數(shù)字化等有關(guān)技術(shù)，讓傳統(tǒng)人工定期檢修運(yùn)維方式更繁瑣。狀態(tài)檢修已經(jīng)變成變電站檢修未來發(fā)展的方向[1]。通過智能設(shè)備和運(yùn)維系統(tǒng)自己狀態(tài)采集和評估水平，給繼電保護(hù)的運(yùn)維人員帶來一定的參考，更好的實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行的工作狀況來檢修，準(zhǔn)確對故障進(jìn)行定位，減小停電的檢修時間，最終大大提升供電的可靠性。

1 繼電保護(hù)及相關(guān)設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測

傳統(tǒng)變電站的繼電保護(hù)設(shè)備運(yùn)行時主要上送3類信息：裝置告警信息、保護(hù)動作信息及保護(hù)狀態(tài)信息[2]。其中裝置告警信息可以初步反映繼電保護(hù)設(shè)備本身的一些運(yùn)行工況，包括設(shè)備工作環(huán)境自檢、設(shè)備硬件運(yùn)行工況、設(shè)備軟件運(yùn)行工況、通信狀況（包括設(shè)備內(nèi)部通信狀況和設(shè)備間的通信狀況）、外部回路自檢等。但是傳統(tǒng)的裝置告警信息只能反映設(shè)備“正常”或“異?！钡臓顟B(tài)量信息，無法辨識設(shè)備狀態(tài)的變化過程并起到預(yù)警作用。所以要求繼電保護(hù)設(shè)備能夠支持連續(xù)監(jiān)測關(guān)鍵的模擬量信息，并能通過通信方式向監(jiān)測系統(tǒng)輸出這些模擬量[3]。監(jiān)測系統(tǒng)通過長期記錄這些模擬量，可發(fā)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)的變化規(guī)律，并結(jié)合設(shè)備損壞時的狀態(tài)特征，實(shí)現(xiàn)基于這些狀態(tài)信息的狀態(tài)監(jiān)測與檢修。目前，在國家電網(wǎng)頒布的《IEC61850工程繼電保護(hù)應(yīng)用模型》企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中已明確定義了3個用于監(jiān)測繼電保護(hù)設(shè)備狀態(tài)的模擬量，包括溫度監(jiān)測、通道光強(qiáng)監(jiān)測和電源電壓監(jiān)測，并按照IEC61850規(guī)范對這些設(shè)備狀態(tài)信息進(jìn)行了建模。下面以通道光強(qiáng)監(jiān)測為例，介紹實(shí)現(xiàn)在線狀態(tài)監(jiān)測的方法。

運(yùn)維系統(tǒng)通過與繼電保護(hù)設(shè)備進(jìn)行IEC61850通信，可以在線采集到裝置通道光強(qiáng)的數(shù)值LigIntes，在線監(jiān)測到裝置通道光強(qiáng)越限的告警信號Alm和預(yù)警信號Wrn、在線設(shè)置裝置通道光強(qiáng)的告警定值LigAlmSpt和預(yù)警定值LigWrnSpt。通過以上通道光強(qiáng)監(jiān)測的IEC61850模型，運(yùn)維系統(tǒng)可以建立起通道光強(qiáng)的狀態(tài)監(jiān)測模型。

2 繼電保護(hù)二次回路的狀態(tài)監(jiān)測

智能變電站的繼電保護(hù)二次回路采用光纖組網(wǎng)代替了傳統(tǒng)變電站的電纜連接，采用數(shù)字信號傳輸代替了傳統(tǒng)變電站的模擬信號傳輸。繼電保護(hù)二次回路采用光纖組網(wǎng)進(jìn)行數(shù)字信號傳輸?shù)膬?yōu)勢在于，可以通過數(shù)字信號的交互來對通信鏈路的狀態(tài)及通信內(nèi)容的正確性進(jìn)行監(jiān)測和校驗(yàn)。這使得對繼電保護(hù)二次回路的狀態(tài)監(jiān)測成為可能，改變了以往傳統(tǒng)變電站必須對電纜通信進(jìn)行定檢的運(yùn)維方式。繼電保護(hù)二次回路的狀態(tài)監(jiān)測包括物理鏈路狀態(tài)監(jiān)測和邏輯鏈路狀態(tài)監(jiān)測。

2.1 物理鏈路狀態(tài)建模

物理鏈路狀態(tài)監(jiān)測實(shí)現(xiàn)對智能變電站通信網(wǎng)絡(luò)（最重要的是過程層網(wǎng)絡(luò)，也包括站控層及間隔層網(wǎng)絡(luò)）各個通信環(huán)節(jié)狀態(tài)的監(jiān)測和評估。要實(shí)現(xiàn)物理鏈路狀態(tài)監(jiān)測，首先要能清晰地描述物理鏈路狀態(tài)的模型。物理鏈路上涉及很多設(shè)備對象，如保護(hù)裝置、合并單元、智能終端、交換機(jī)等，設(shè)備對象之間的通信又經(jīng)過很多中間環(huán)節(jié)，如板卡、端口、線纜等。針對這些通信對象，第2版IEC61850規(guī)范中給出了統(tǒng)一的建模方法。

為了便于對物理鏈路運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，第2版IEC61850規(guī)范中還引入了一個新的邏輯節(jié)點(diǎn)：物理通信通道監(jiān)視（LCCH），該邏輯節(jié)點(diǎn)較為完整地描述和反映了物理鏈路的狀態(tài)模型，運(yùn)維系統(tǒng)可以通過邏輯節(jié)點(diǎn)屬性LCCH.ChLiv.stVal采集物理通道的通斷狀態(tài)。邏輯節(jié)點(diǎn)LCCH可以用來描述保護(hù)裝置、合并單元、智能終端等智能裝置的物理鏈路狀態(tài)模型，但對于像交換機(jī)這樣的通信設(shè)備，該模型還不夠完善，如交換機(jī)多端口的統(tǒng)計(jì)信息無法用該模型來描述。

綜上所述，運(yùn)維系統(tǒng)利用PhysConn元素可以靜態(tài)獲得物理鏈路上各個通信對象物理端口的配置信息及物理端口之間的連接關(guān)系;利用LCCH、LPST這2個新引入的邏輯節(jié)點(diǎn)可以動態(tài)獲得智能裝置及交換機(jī)物理鏈路的通信狀態(tài)，基本可以滿足對物理鏈路狀態(tài)的建模需求。

2.2 物理鏈路狀態(tài)監(jiān)測

運(yùn)維系統(tǒng)通過智能裝置或交換機(jī)主動上送的告警信號，能夠快速捕捉到物理鏈路狀態(tài)的異常信息。但是對于網(wǎng)絡(luò)通信而言，大多數(shù)情況下發(fā)生通信告警的設(shè)備往往并不是真正發(fā)生通信故障的設(shè)備，所以常常需要在整個物理鏈路上搜索和定位故障設(shè)備。傳統(tǒng)的做法就是人工排查物理鏈路，逐步定位到故障設(shè)備。對于智能變電站龐大復(fù)雜的通信網(wǎng)絡(luò)，這種人工排查的方法費(fèi)時費(fèi)力，大幅延長了故障恢復(fù)時間。更為關(guān)鍵的問題是依靠這種人工排查的方法不一定能夠消除通信故障，有時網(wǎng)線連接完好，網(wǎng)卡指示燈正常，但是仍有可能收不到報(bào)文，報(bào)網(wǎng)絡(luò)通信異常。此時運(yùn)維系統(tǒng)可以利用故障診斷功能來自動識別和定位通信網(wǎng)絡(luò)中可能存在的故障設(shè)備。如前所述，通過PhysConn元素的Cable屬性，運(yùn)維系統(tǒng)可以快速地構(gòu)建整個通信網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)溥B接關(guān)系。同時，通過IEC61850通信，運(yùn)維系統(tǒng)可以搜集到所有智能裝置及交換機(jī)主動上送的物理鏈路通信異常信號?；陟o態(tài)配置的拓?fù)溥B接關(guān)系和動態(tài)獲取的通信異常信號，輔助一定的分析算法，運(yùn)維系統(tǒng)就可以診斷并定位到通信網(wǎng)絡(luò)中的故障設(shè)備，并給出相關(guān)的檢修建議。

2.3 邏輯鏈路狀態(tài)監(jiān)測

邏輯鏈路狀態(tài)監(jiān)測實(shí)現(xiàn)對智能變電站過程層網(wǎng)絡(luò)報(bào)文的在線解析和監(jiān)測，其目的是有效保證過程層網(wǎng)絡(luò)通信內(nèi)容的正確性和有效性。正確性是檢驗(yàn)通信報(bào)文格式及內(nèi)容是否正確，檢驗(yàn)內(nèi)容包括報(bào)文格式是否符合規(guī)范，報(bào)文中一些計(jì)數(shù)器的狀態(tài)是否正確、報(bào)文是否重復(fù)等。有效性是檢驗(yàn)通信內(nèi)容的工程配置與預(yù)期配置是否一致，如果不一致，實(shí)際運(yùn)行時可能會帶來諸多問題，如信號丟失、采樣錯誤、出錯告警等，嚴(yán)重的可能會影響繼電保護(hù)設(shè)備的正常運(yùn)行。目前，智能變電站存在大量的GOOSE和SV工程配置工作，配置出錯在所難免，一旦出錯，依靠人工檢查很難及時發(fā)現(xiàn);即使發(fā)現(xiàn)出錯，也很難快速定位到錯誤，傳統(tǒng)的做法只能通過人工抓取網(wǎng)絡(luò)報(bào)文，與工程配置進(jìn)行人工比對來定位到錯誤，排查的效率非常低;另外，GOOSE和SV的配置經(jīng)常會改變，這種事后查錯的機(jī)制也無法滿足高可靠性的要求。

3 結(jié)語

繼電保護(hù)在線運(yùn)維系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對智能變電站繼電保護(hù)設(shè)備及二次回路狀態(tài)的狀態(tài)監(jiān)測和預(yù)警，為繼電保護(hù)設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測與檢修奠定了基礎(chǔ)。本文介紹了運(yùn)維系統(tǒng)的主要功能，討論了相關(guān)建模、通信及架構(gòu)等關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，并給出了工程應(yīng)用案例，對運(yùn)維系統(tǒng)的進(jìn)一步推廣應(yīng)用具有借鑒意義。

參考文獻(xiàn)

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