智能變電站二次設(shè)備故障診斷方法分析

鄒翔

（南瑞集團(tuán)（國網(wǎng)電力科學(xué)研究院）有限公司，江蘇 南京 210000）

結(jié)合現(xiàn)狀來看，智能變電站已經(jīng)相對成熟，被大規(guī)模投入使用，屬于電力系統(tǒng)基礎(chǔ)性保障，重要性不言而喻。雖然智能變電站的出現(xiàn)，讓電力系統(tǒng)趨于穩(wěn)定，但依然有問題存在，例如：二次設(shè)備故障診斷，需要尋求新的方法，提高系統(tǒng)診斷效率，探明故障原因，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行維護(hù)，借此來增強(qiáng)電力系統(tǒng)適應(yīng)能力，發(fā)揮智能變電站理想化優(yōu)勢。

1 智能變電站體系結(jié)構(gòu)

在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中，內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)屬于核心構(gòu)成，是智能變電站發(fā)揮信息共享功能的基礎(chǔ)，特殊地位不可替代。在變電站過程層，可以借助GOOSE和SV技術(shù)完成高質(zhì)量的通信任務(wù)，在實(shí)際應(yīng)用中，結(jié)構(gòu)的合理性至關(guān)重要，可以對繼電保護(hù)的實(shí)效性和可靠性造成直接影響。研究發(fā)現(xiàn)，IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)中，智能變電站網(wǎng)絡(luò)并不是單一由站控層組成，除了站控層之外，還有間隔層和過程層，三者相互配合組成了網(wǎng)絡(luò)體系，這種體系稱為“三層兩網(wǎng)”，各層的位置如圖1所示。

結(jié)合圖1，可以對各分層的作用進(jìn)行簡單分析，首先，過程層處于最基層，其系統(tǒng)搭建是由一次設(shè)備作為框架，在此基礎(chǔ)上搭配輔助智能設(shè)備，通過兩者相互配合，共同完成配電、變電等基本工作，保證電網(wǎng)合理運(yùn)行。其次，間隔層處于核心地帶，同樣為輔助層，其構(gòu)成較為復(fù)雜，由測控設(shè)備承擔(dān)主要任務(wù)，并配合使用保護(hù)設(shè)備以及相關(guān)的故障錄波設(shè)備，從而形成完整體系。最后，站控層處于頂層，主要由自動(dòng)化系統(tǒng)承擔(dān)核心任務(wù)，搭配通信系統(tǒng)，在兩種系統(tǒng)的作用下，實(shí)現(xiàn)變電站設(shè)備的精準(zhǔn)測量與控制，并且能夠高效率完成采集監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)等基礎(chǔ)性工作，同時(shí)完成信息保護(hù)，實(shí)現(xiàn)操作閉鎖，發(fā)揮相位同步采集等優(yōu)勢。

圖1 智能變電站體系結(jié)構(gòu)

2 故障診斷

2.1 故障診斷的模型

面對智能變電站，想要完成故障診斷，診斷模型的搭建必不可少，可以清晰、直觀呈現(xiàn)故障情況，方便故障維修精準(zhǔn)定位。在模型搭建中，需要用到的公式如下：

公式（1）和（2）中，i1和i2為高低壓側(cè)電流；u1和u2為高低壓側(cè)電壓，得出的是Ngu和Ngi為電壓、電流廣義變化。當(dāng)一次電壓為220kV，并且滿足二次電壓為100V條件時(shí)，N= 220/0.1，N為互感器額定變比。如式（3）和（4）所示。

智能變電站的特點(diǎn)隨著研究的深入，逐漸呈現(xiàn)出來，主要是在智能化裝置輔助下，對故障信息完成判斷，并進(jìn)行搜尋工作，在此基礎(chǔ)上及時(shí)處理，確保電力系統(tǒng)穩(wěn)定，其中故障診斷系統(tǒng)作用無可替代，搭配在線監(jiān)測技術(shù)，可以將電網(wǎng)運(yùn)行安全系數(shù)提高。二次設(shè)備故障后，通常情況下，會(huì)有大量報(bào)警信息匯集在故障處，在這一過程中，故障診斷系統(tǒng)將會(huì)第一時(shí)間接收指令，立刻做出反應(yīng)，通過在線監(jiān)測系統(tǒng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，對故障進(jìn)行診斷，然后自動(dòng)分析處理。通過研究發(fā)現(xiàn)，在線監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可以分為四個(gè)層級，主要原理是：第一層負(fù)責(zé)基礎(chǔ)診斷，將所收集到的故障匯總，初步判斷；第二層級完成診斷評價(jià)，可以實(shí)現(xiàn)自檢信息診斷等功能；第三個(gè)層級將會(huì)進(jìn)行高質(zhì)量的綜合診斷，進(jìn)一步明確故障信息；第四個(gè)層級，得出最終診斷結(jié)果，給故障維修提供參考。現(xiàn)實(shí)工作中，通過診斷模型的搭建，以及在線監(jiān)測的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)理想化的故障診斷，提高診斷效率的同時(shí)，還可以避免類似故障。

2.2 故障診斷方法選擇

如圖2所示，在進(jìn)行故障診斷時(shí)，可以借助變壓器來完成，已經(jīng)支路和阻抗分別用字母i和Z表示。用式（5）的公式可以計(jì)算出阻抗值。

圖2 變壓器測量圖

在此基礎(chǔ)上結(jié)合變壓器阻抗真實(shí)情況，便可以全方位分析電路故障情況，進(jìn)行高質(zhì)量的故障診斷方法選擇。

通過研究發(fā)現(xiàn)，針對不同的故障，以及呈現(xiàn)出的特征，可以搭配不同的診斷方式，實(shí)際應(yīng)用中，比較有效的診斷方法大體分為四種，在現(xiàn)實(shí)操作中，需要結(jié)合真實(shí)情況，進(jìn)行靈活選擇，進(jìn)一步保障故障診斷的效率與品質(zhì)。

（1）自檢信息診斷。第一種是借助自檢信息診斷，完成故障分析工作，在實(shí)際工作中，采取這種診斷方法較為普遍，主要是依據(jù)診斷目標(biāo)的不同，將診斷分為兩類，一類是針對設(shè)備來說的，通過設(shè)備性能檢測，完成故障初步診斷，另一類主要是針對通信過程。實(shí)際表明，前者造成故障的因素非常繁雜，類型有很多，像比較常見的檢修壓板故障或者是保護(hù)裝置失效等。通常情況下，裝置出現(xiàn)問題，將會(huì)讓整個(gè)系統(tǒng)功能下降，影響全局運(yùn)行情況，但是如果選擇自檢信息診斷模式，便可以規(guī)避此類問題，從自身不足出發(fā)，對故障精準(zhǔn)地判斷，從而查找設(shè)備功能異常的核心原因，從源頭予以解決。通過實(shí)踐證明，智能變電站中，多種功能的實(shí)現(xiàn)主要是依靠信息傳輸，如果信息傳輸一旦中斷，整個(gè)系統(tǒng)將會(huì)癱瘓，例如：測量、安全保護(hù)等，都是需要依靠信息傳輸來維持，由此可見，自檢信息診斷的可行性。通信網(wǎng)絡(luò)從某種角度來說，屬于數(shù)字化的形式，在系統(tǒng)運(yùn)行中借助采樣、閉鎖、跳閘等多種途徑，完成信息的傳導(dǎo)工作。想要確保信息傳導(dǎo)的合理性，讓報(bào)文發(fā)送更加精確，需要讓設(shè)備始終處于健康、合理運(yùn)行狀態(tài)，倘若在現(xiàn)實(shí)工作中，出現(xiàn)信號中斷，如此一來，就會(huì)誘發(fā)裝備故障，想要達(dá)到理想狀態(tài)，此時(shí)完全可以借助設(shè)備自檢功能，對故障信息進(jìn)行排查。采用自檢設(shè)備作用顯著，一方面能夠起到理想監(jiān)控效果，保證光纖端口精準(zhǔn)監(jiān)控得以實(shí)現(xiàn)，滿足工作效率提高要求；另一方面，針對報(bào)文通道故障，可以立即反應(yīng)，接收到故障信息，同時(shí)發(fā)出報(bào)警提示，在這樣的全方位保障下，設(shè)備通信終端情況可以更加詳細(xì)掌握。

（2）對時(shí)信息診斷。對時(shí)信息診斷同樣具有重要意義，通過字面意思理解，可以知道這類診斷方式針對的是對時(shí)故障問題，在實(shí)際應(yīng)用中，對時(shí)故障主要表現(xiàn)在對時(shí)服務(wù)不理想，時(shí)間跳變偵測異常明顯，針對這種情況，需要專業(yè)、認(rèn)真分析，確定出現(xiàn)故障的設(shè)備。

（3）通信報(bào)文診斷。通信報(bào)文診斷在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中也比較常見，實(shí)際操作中，監(jiān)測系統(tǒng)異常，報(bào)文誤碼率（通信報(bào)文中的）不斷升高，并且伴隨流量顯示不正常等特殊現(xiàn)象，此時(shí)系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行報(bào)警。此時(shí)如果無法處理妥當(dāng)，就會(huì)讓整個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)崩潰，出現(xiàn)癱瘓現(xiàn)象，對整個(gè)變電站的運(yùn)行真實(shí)效果影響較大，將會(huì)降低運(yùn)行安全系數(shù)。

（4）綜合診斷。最后一種方法是綜合診斷，屬于全過程的診斷，這種診斷方式較為系統(tǒng)和全面，涉及內(nèi)容較多，最核心的板塊就是在線監(jiān)測，借助在線監(jiān)測系統(tǒng)，將可靠報(bào)警信息收集、整理，例如：前文提到的對時(shí)報(bào)警信息以及自檢報(bào)警信息等，在此基礎(chǔ)上，保護(hù)二次設(shè)備，防止故障的擴(kuò)大，對保護(hù)單元進(jìn)行診斷。除此之外，還可以進(jìn)行測控裝置保護(hù)以及智能終端檢測等，通過可行性較高的故障分析，提高智能變電站的應(yīng)用性能。故障判斷流程圖如圖3所示。

圖3 故障判斷流程圖

總之，現(xiàn)階段的智能變電站應(yīng)用廣泛，功能非常強(qiáng)大，有了智能變電站的參與，電網(wǎng)運(yùn)行效率提升顯著，隨著需要程度的提高，智能變電站正在大跨度發(fā)展，取得顯著成績的同時(shí)，技術(shù)也不斷成熟，特別是各類IED信息模型的高效率運(yùn)用以及多種診斷方式的出現(xiàn)，這些進(jìn)步擴(kuò)展了智能變電站發(fā)展空間，提供了新的契機(jī)，將智能電網(wǎng)推向了全新高度。在智能變電站使用中，存在許多風(fēng)險(xiǎn)因素，如果想要維持理想的性能狀態(tài)（智能發(fā)電站的），使其能夠正常、平穩(wěn)運(yùn)行，需要加強(qiáng)二次設(shè)備的全方位故障診斷，對各方面性能及時(shí)反饋和保護(hù)，采用性能完善的故障監(jiān)測系統(tǒng)，掌控二次系統(tǒng)狀態(tài)，在此基礎(chǔ)上充分挖掘智能變電站的最大化優(yōu)勢，提高其在電網(wǎng)中的應(yīng)用水平，為電力事業(yè)發(fā)展提供核心支撐。關(guān)于故障診斷，應(yīng)該考慮多方面因素，首先收集相關(guān)數(shù)據(jù)，完成診斷模型搭建。其次，優(yōu)化各項(xiàng)參數(shù)，逐步完善診斷模型。最后，選擇科學(xué)診斷方法，確保診斷質(zhì)量的同時(shí)，將診斷效率提高，讓電網(wǎng)始終處于安全、有效狀態(tài)。

3 結(jié)語

綜上所述，智能電網(wǎng)診斷復(fù)雜且全面，在實(shí)施過程中難度很高，特別是針對二次設(shè)備來說，故障診斷需要結(jié)合現(xiàn)狀，提出一種依托智能變電站理念的合理、高效故障診斷方法。通過研究發(fā)現(xiàn)，這種新型診斷方法，應(yīng)用價(jià)值較高，可以借助廣義變比建模發(fā)揮診斷的功能，在診斷模型搭建的基礎(chǔ)上，通過仿真技術(shù)，完成故障全面診斷。結(jié)果表明，該方法效果突出，可以很好評估電流狀態(tài)以及測量回路故障狀況，讓繼電保護(hù)測量回路發(fā)揮作用，更加安全、高效，通過有效性驗(yàn)證，幫助變電站性能升級。