二次設(shè)備故障在線診斷及預(yù)警平臺(tái)設(shè)計(jì)

李劍

（國(guó)網(wǎng)太原供電公司 山西省太原市 030012）

在現(xiàn)代科技的推動(dòng)下，電網(wǎng)建設(shè)、電力生產(chǎn)、電力企業(yè)管理都在朝著智能化的方向發(fā)展。互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、設(shè)備狀態(tài)管理系統(tǒng)以及無線通信技術(shù)的應(yīng)用在提升電力企業(yè)管理效率的同時(shí)，電能生產(chǎn)也越來越安全和穩(wěn)定。二次設(shè)備是電網(wǎng)運(yùn)行的基礎(chǔ)保障，設(shè)備狀態(tài)將會(huì)對(duì)整個(gè)電網(wǎng)的安全性造成直接影響。通過電網(wǎng)設(shè)備故障診斷及預(yù)警系統(tǒng)，可以有效收集電網(wǎng)設(shè)備的狀態(tài)信息，建立設(shè)備的數(shù)據(jù)檔案，通過算法分析以及數(shù)據(jù)庫對(duì)歷史故障信息進(jìn)行比對(duì)分析，生成設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)結(jié)果。由此可見，二次設(shè)備故障在線診斷及預(yù)警系統(tǒng)是電網(wǎng)安全、平穩(wěn)運(yùn)行的重要保證，對(duì)于電力企業(yè)未來發(fā)展有著非常重要的意義。

1 二次設(shè)備故障診斷技術(shù)評(píng)價(jià)

電網(wǎng)二次設(shè)備主要用于對(duì)發(fā)電機(jī)、變壓器、繼電器等高壓電氣設(shè)備進(jìn)行保護(hù)、控制、監(jiān)測(cè)的輔助設(shè)備，雖然不主動(dòng)參與電能生產(chǎn)，但是對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性有著非常重要的作用，在電力系統(tǒng)日常運(yùn)行過程中，如果某個(gè)設(shè)備或者單元出現(xiàn)故障無法繼續(xù)工作，此時(shí)繼電保護(hù)裝置可以有選擇、快速的切斷故障設(shè)備，確保非故障設(shè)備正常運(yùn)行，避免整個(gè)電網(wǎng)出現(xiàn)癱瘓。隨著電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，電力設(shè)備種類和數(shù)量不斷增加，對(duì)于電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性要求越來越高。因此，二次設(shè)備運(yùn)行狀況就成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。

電廠二次設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，受到影響因素較多，常見的二次設(shè)備故障系統(tǒng)主要針對(duì)絕緣老化、儀器精度下降、指示燈不亮、線路接觸不良，設(shè)備發(fā)熱故障以及人為因素造成的設(shè)備損壞等。這些都會(huì)對(duì)二次設(shè)備運(yùn)行的可靠性和安全性造成不良影響。如果出現(xiàn)二次設(shè)備故障，則繼電保護(hù)裝置無法正常動(dòng)作，引起更為嚴(yán)重的事故。設(shè)備使用過程中受到各種因素的制約，對(duì)其使用期限產(chǎn)生不同程度的影響，設(shè)備老化是電力設(shè)備常見的故障之一。老化的設(shè)備不僅會(huì)影響元器件的工作精度，造成設(shè)備參數(shù)偏離和擾動(dòng)。傳感器工作環(huán)境十分復(fù)雜，而且關(guān)聯(lián)性極強(qiáng)，容易出現(xiàn)一系列連鎖故障，如果出現(xiàn)傳感器故障需要對(duì)其進(jìn)行在線診斷，及時(shí)進(jìn)行處理。傳統(tǒng)故障檢修方法主要依靠人工操作，檢修人員需要在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行檢查，調(diào)試二次設(shè)備開關(guān)，一旦出現(xiàn)誤動(dòng)作則會(huì)產(chǎn)生更為嚴(yán)重的事故。人工檢修通常是在電網(wǎng)故障發(fā)生后，通過尋找事故發(fā)生的原因采取針對(duì)性的維護(hù)措施，無法通過故障預(yù)警從源頭上降低電網(wǎng)故障發(fā)生的概率，大地影響了電網(wǎng)故障維修效率。

在對(duì)二次設(shè)備進(jìn)行故障診斷時(shí)，需要準(zhǔn)確掌握故障發(fā)生的原因，通常故障發(fā)生時(shí)會(huì)伴隨著一些隱藏故障因素，這些隱藏故障當(dāng)下并沒有明顯的故障表現(xiàn)，但是卻具有很強(qiáng)的不確定性，如果沒有進(jìn)行有效預(yù)防，將會(huì)在日后的運(yùn)行中造成更為嚴(yán)重的事故。因此，對(duì)于故障預(yù)警的需求將變得尤為迫切。二次設(shè)備故障在線監(jiān)測(cè)及預(yù)警系統(tǒng)可以進(jìn)行充分的數(shù)據(jù)采集和詳細(xì)的比對(duì)分析，得到準(zhǔn)確、有效的結(jié)果，通過仿真分析模擬設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)故障隱患進(jìn)行有效預(yù)警。

2 二次設(shè)備故障在線診斷及預(yù)警平臺(tái)設(shè)計(jì)

二次設(shè)備故障在線診斷及預(yù)警系統(tǒng)，基于現(xiàn)代通信技術(shù)以及傳感器技術(shù)實(shí)現(xiàn)二次設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的在線監(jiān)測(cè)，通過采集設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，建立模型模擬操作日常操作過程中可能存在的安全隱患，并進(jìn)行有效預(yù)警，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題修正安全措施，制定有效地預(yù)防措施。通過二次設(shè)備故障在線診斷及預(yù)警系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力設(shè)備的智能化管理，提高電網(wǎng)管理效率，最大程度降低電力生產(chǎn)過程中的安全風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，該系統(tǒng)符合國(guó)網(wǎng)公司要求的全面提高站內(nèi)二次系統(tǒng)運(yùn)維檢修的總體智能化水平的發(fā)展方向，有利于提升電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行水平。

二次設(shè)備故障在線診斷及預(yù)警系統(tǒng)采用分層級(jí)設(shè)計(jì)，具體包括站控層、間隔層、站控層三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。站控層包括二次設(shè)備故障監(jiān)測(cè)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)二次設(shè)備的監(jiān)視、控制、警報(bào)以及信息交互功能，完成數(shù)據(jù)采集和監(jiān)視控制等功能；間隔層包括變壓器綜合監(jiān)測(cè)單元和斷路器綜合監(jiān)測(cè)單元；過程層主要由變壓器、斷路器、隔離開關(guān)、電流、電壓互感器等一次設(shè)備及其所屬智能組件和獨(dú)立的智能電子裝置。系統(tǒng)運(yùn)行框架如圖1所示。

圖1：二次設(shè)備故障在線診斷及預(yù)警系統(tǒng)框架

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

二次設(shè)備故障在線診斷及預(yù)警系統(tǒng)，為保證ADPSS 核心仿真軟件模塊的實(shí)時(shí)性和獨(dú)立性，其將獨(dú)立運(yùn)行在專用模塊的專用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)上。系統(tǒng)中需要保證實(shí)時(shí)性的接口模塊具備可配置、可擴(kuò)展、專用硬件配置的方式實(shí)現(xiàn)，構(gòu)成系統(tǒng)的統(tǒng)一“硬件層”；技術(shù)系統(tǒng)的核心功能構(gòu)成了“功能層”；其上是應(yīng)用軟件層；整體上構(gòu)成一個(gè)軟硬件一體化的智能站調(diào)測(cè)平臺(tái)。

二次設(shè)備故障在線診斷及預(yù)警系統(tǒng)采用分層模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)采集模塊負(fù)責(zé)對(duì)二次設(shè)備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)的采集，通過設(shè)備故障趨勢(shì)分析模塊對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行判斷，包括繼電保護(hù)裝置、交換機(jī)、智能終端、配電設(shè)備運(yùn)行的電流、電壓數(shù)據(jù)，通過傳感器將這些數(shù)據(jù)信息傳遞至設(shè)備故障預(yù)警規(guī)則庫，同時(shí)負(fù)責(zé)變電站維護(hù)的安檢人員可以隨時(shí)調(diào)閱這些數(shù)據(jù)信息，為變電站二次設(shè)備的日常維護(hù)制定有效的行動(dòng)計(jì)劃，對(duì)于異常情況可以提前做好應(yīng)對(duì)措施。

2.2 通信功能

通過信息化技術(shù)和手段，負(fù)責(zé)收集錄入運(yùn)維的歷史安全措施記錄。分析整理，按照間隔和繼電保護(hù)場(chǎng)景形成一系列的典型的安全措施，組成二次設(shè)備安全數(shù)據(jù)庫。二次設(shè)備故障在線診斷及預(yù)警系統(tǒng)在IEC61850 通信協(xié)議的基礎(chǔ)上，支持多種形式的數(shù)據(jù)傳輸和遠(yuǎn)程控制功能，可以對(duì)遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)中心進(jìn)行數(shù)據(jù)調(diào)度。二次設(shè)備故障在線診斷及預(yù)警系統(tǒng)還利用強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫功能，建立設(shè)備運(yùn)行的健康檔案，通過數(shù)據(jù)庫共享平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)設(shè)備信息的資源共享，同時(shí)，可以對(duì)各繼電保護(hù)設(shè)備運(yùn)行狀況的修改，通過遠(yuǎn)程操控的方式完成對(duì)繼電保護(hù)設(shè)備的故障預(yù)警和檢修。二次系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)通過持續(xù)的通訊鏈路維持鏈接，裝置在檢修維護(hù)前首先要將其運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換為停運(yùn)狀態(tài)，對(duì)其進(jìn)行安全的通訊隔離才不至于引發(fā)其他有關(guān)聯(lián)的裝置誤動(dòng)。二次系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的切換有多種方式，本項(xiàng)目主要研究通過有序的操作裝置軟壓板的方式來實(shí)現(xiàn)裝置的有效安全隔離及運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換，有利于下一步利用自動(dòng)化工具實(shí)現(xiàn)裝置安全隔離及安措實(shí)施過程控制和可視化監(jiān)測(cè)，更具備推廣和實(shí)用價(jià)值。

2.3 模塊化結(jié)構(gòu)

二次設(shè)備故障在線診斷及預(yù)警系統(tǒng)具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，可以完成對(duì)變電站繼電保護(hù)二次設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息的監(jiān)控和管理，實(shí)現(xiàn)變電站的自動(dòng)化管理。二次設(shè)備故障在線診斷及預(yù)警系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，不僅具有廣闊的應(yīng)用場(chǎng)景，而且還擁有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定以及開發(fā)成本低等優(yōu)勢(shì)。此外，通過模塊化設(shè)計(jì)，可以同時(shí)滿足在線診斷及預(yù)警系統(tǒng)的功能屬性和環(huán)境屬性，可以縮短產(chǎn)品研發(fā)與制造周期，增加產(chǎn)品系列，提高產(chǎn)品質(zhì)量，應(yīng)對(duì)電網(wǎng)環(huán)境的變化。二次設(shè)備故障在線診斷及預(yù)警系統(tǒng)在變電站中的普及應(yīng)用，不僅可以提升變電站智能化管理水平，同時(shí)可以確保電力企業(yè)持續(xù)高效、穩(wěn)定的電能輸出，讓用戶享受高質(zhì)量的電力服務(wù)。

二次設(shè)備故障在線診斷及預(yù)警系統(tǒng)可以有效地監(jiān)測(cè)配電設(shè)備的隱藏故障，利用設(shè)備故障預(yù)警規(guī)則庫生成工具，定期進(jìn)行巡檢。并且二次設(shè)備故障在線診斷及預(yù)警系統(tǒng)還具備可視化功能，使用可視化軟件對(duì)二次設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行建模，用戶可以通過直觀的圖形查看設(shè)備之間的通信鏈路狀態(tài)?？梢暬夹g(shù)是基于二次設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)模型和本地?cái)?shù)據(jù)庫進(jìn)行相互映射形成的，通過矢量圖表示各個(gè)裝置站之間的通信連接。在二次設(shè)備故障在線診斷及預(yù)警系統(tǒng)中采用可視化技術(shù)可以大幅度縮短智能變電站檢修過程，極大減少檢修過程的誤操作，提高安措隔離的可靠性過程，減少停電時(shí)間，大幅度提高供電可靠性。

由此可見，二次設(shè)備故障在線診斷及預(yù)警系統(tǒng)的核心功能是設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，通過智能化傳感器以及網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)對(duì)二次設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息的實(shí)時(shí)采集，通過可視化管理對(duì)設(shè)備故障進(jìn)行準(zhǔn)確定位和預(yù)警，數(shù)據(jù)庫功能可以實(shí)現(xiàn)海量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的高效存儲(chǔ)，通過數(shù)據(jù)分析建立設(shè)備的健康檔案，模擬設(shè)備運(yùn)行的工況，綜合分析二次設(shè)備運(yùn)行的異常情況。變電站二次設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過采集設(shè)備運(yùn)行的狀態(tài)信息，利用專家診斷系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)二次設(shè)備的在線診斷和監(jiān)測(cè)。

3 總結(jié)

綜上所述，在電網(wǎng)智能化發(fā)展的背景下，電網(wǎng)設(shè)備的運(yùn)行將呈現(xiàn)出相互聯(lián)動(dòng)、相互影響的特點(diǎn)，任何一個(gè)設(shè)備出現(xiàn)故障，都有可能造成極為嚴(yán)重的事故。因此，對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性就成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。通過二次設(shè)備故障在線診斷及預(yù)警系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)設(shè)備的故障監(jiān)測(cè)和預(yù)警，在二次設(shè)備正常工作的情況下，通過數(shù)據(jù)分析建立設(shè)備的健康檔案，通過判斷特征參數(shù)判斷設(shè)備是否存在故障。在故障診斷和預(yù)警過程中，設(shè)備運(yùn)行參數(shù)提供有效的數(shù)據(jù)支持，將采集到的數(shù)據(jù)與閾值進(jìn)行對(duì)比，增強(qiáng)繼電保護(hù)二次回路的故障預(yù)警功能，同時(shí)還需要相關(guān)部門和工作人員提高對(duì)故障診斷技術(shù)的重視程度，科學(xué)合理的運(yùn)用現(xiàn)代化管理技術(shù)，確保能夠充分發(fā)揮二次設(shè)備故障在線診斷及預(yù)警系統(tǒng)的作用和價(jià)值，從而確保電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定的運(yùn)行。