智能變電站二次設(shè)備的故障診斷方法研究

楊秋麗 張浩

摘要：在當(dāng)前科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展背景下，智能化技術(shù)得到各行業(yè)的廣泛應(yīng)用，并在提升工作效率方面發(fā)揮著重要作用。電力行業(yè)在實(shí)際發(fā)展過(guò)程中對(duì)智能技術(shù)重要性及應(yīng)用價(jià)值的認(rèn)識(shí)較為深入，并積極推動(dòng)電網(wǎng)智能化建設(shè)。智能變電站的二次設(shè)備在維持系統(tǒng)正常運(yùn)行方面發(fā)揮著不可替代的作用，基于此，本文將針對(duì)智能變電站二次設(shè)備故障診斷相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行研究，希望對(duì)工作人員提供參考意見(jiàn)。

關(guān)鍵詞：智能變電站;二次設(shè)備;故障診斷

引言：在智能電網(wǎng)建設(shè)過(guò)程中，智能變電站發(fā)揮著支柱性作用，在保障電網(wǎng)運(yùn)行可靠性方面發(fā)揮著重要作用。由此，在智能變電站建設(shè)過(guò)程中構(gòu)建完善的狀態(tài)評(píng)估體系并依據(jù)制定有針對(duì)性的運(yùn)維方案一直是電厲行業(yè)內(nèi)的重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容。從實(shí)際研究成果分析，智能變電站中的繼電保護(hù)裝置在確保設(shè)備平穩(wěn)運(yùn)行方面發(fā)揮著不可替代的作用，但是在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，保護(hù)裝置動(dòng)作異常情況的發(fā)生概率相對(duì)較高，考慮到科學(xué)的維修策略需要精準(zhǔn)的設(shè)備狀態(tài)評(píng)估作為支撐，因此，智能變壓器二次設(shè)備故障診斷研究具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

1.智能變電站架構(gòu)

智能變電站在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中需要借助內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息數(shù)據(jù)共享，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)電力設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控并發(fā)布相應(yīng)指令，由此可見(jiàn)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的重要意義。變電站體系架構(gòu)主要依托于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建，自上而下主要分為三層，分別為站控層、間隔層及過(guò)程層。智能變電站過(guò)程層在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中主要利用GOOSE及SV技術(shù)實(shí)現(xiàn)信息通信目的，結(jié)構(gòu)布局的科學(xué)性及合理性直接決定繼電保護(hù)裝置能否快速響應(yīng)[1]。間隔層及站控層之間有站控層網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，過(guò)程層及間隔層之間主要有過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，受此特點(diǎn)影響，智能變電站架構(gòu)呈現(xiàn)出“三層兩網(wǎng)”特征，詳細(xì)情況如圖1 所示。

2.智能變電站二次設(shè)備的特點(diǎn)

在電力系統(tǒng)運(yùn)行的整個(gè)過(guò)程中，智能變電站的關(guān)鍵在于充分發(fā)揮其調(diào)節(jié)作用。當(dāng)電力系統(tǒng)底壓負(fù)荷增加時(shí)，智能變電站會(huì)發(fā)出相應(yīng)的用電量來(lái)增加負(fù)荷;當(dāng)電力系統(tǒng)底壓負(fù)荷降低時(shí)，智能變電站會(huì)自動(dòng)降低輸出用電量，達(dá)到節(jié)約電力工程資源的目的。智能變電站的關(guān)鍵設(shè)備有兩類：一類是一次設(shè)備，如變壓器、隔離開(kāi)關(guān)、電機(jī)及其開(kāi)關(guān)等;另一個(gè)是二次設(shè)備，專門(mén)為一次設(shè)備和電源電路提供精確測(cè)量。實(shí)際運(yùn)行維護(hù)的輔助設(shè)備，如檢測(cè)儀器、數(shù)據(jù)信號(hào)設(shè)備、汽車(chē)?yán)^電器、自動(dòng)開(kāi)關(guān)等。

與一般配電站相比，智能變電站應(yīng)用的信息內(nèi)容實(shí)體模型和無(wú)線通信模塊完全一致。設(shè)備采集的數(shù)據(jù)信息均按照相同的通信安全通道傳輸。工作人員還必須分析數(shù)據(jù)信息并進(jìn)行有目的的命令推送，然后將通信安全通道傳輸?shù)皆O(shè)備。與一般配電站相比，智能變電站主要具有以下特點(diǎn)。

首先，一次設(shè)備智能化水平和系統(tǒng)智能化水平有所提高。因?yàn)橹悄茏冸娬疽呀?jīng)對(duì)電子變壓器進(jìn)行了充分的應(yīng)用。與傳統(tǒng)的感應(yīng)式電壓互感器相比，電子式電壓互感器主要是基于光纖線路來(lái)進(jìn)行一次設(shè)備信息的智能化。而且，在其他一次設(shè)備上安裝智能設(shè)備，也可以將數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以數(shù)據(jù)的形式顯示出來(lái)，使工作人員的巡檢工作更加直觀。

二是推動(dòng)二次設(shè)備數(shù)字化發(fā)展趨勢(shì)。分析goose協(xié)議規(guī)范，基于以太網(wǎng)進(jìn)行一次設(shè)備與二次設(shè)備之間的信息傳輸。因此，除直流穩(wěn)壓電源外，二次設(shè)備的所有電纜都將被光纖電纜取代。這樣也保證了二次設(shè)備運(yùn)行的安全系數(shù)。

歸根結(jié)底，智能變電站的運(yùn)行管理方式具有自動(dòng)化技術(shù)的特點(diǎn)。換句話說(shuō)，工作人員不需要將精力花在智能變電站系統(tǒng)軟件的實(shí)際操作和操控上，只需對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行及時(shí)的檢查和查詢。此外，設(shè)備運(yùn)行的智能化系統(tǒng)水平也越來(lái)越高。與傳統(tǒng)配電站相比，設(shè)備運(yùn)行主要表現(xiàn)出以下優(yōu)點(diǎn)：第一隔離開(kāi)關(guān)提高了出入口硬壓板，控制回路運(yùn)行水平實(shí)際效果更強(qiáng);測(cè)控技術(shù)設(shè)備、移動(dòng)智能終端及其MU組合模塊增加了二次維修壓板，使該設(shè)備運(yùn)行更加穩(wěn)定。

3.智能變電站二次設(shè)備常見(jiàn)故障

3.1設(shè)備智能終端異常

該故障的主要變現(xiàn)在于設(shè)備終端信號(hào)出現(xiàn)無(wú)操作反應(yīng)，而系統(tǒng)中則顯示“裝備閉鎖”信息，工作人員難以通過(guò)常規(guī)維修手段恢復(fù)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。導(dǎo)致該問(wèn)題出現(xiàn)的主要原因并未設(shè)備異常，而是在定值設(shè)置方面出現(xiàn)錯(cuò)誤。通過(guò)總結(jié)以往故障維修經(jīng)驗(yàn)可知，利用調(diào)試工具對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢修過(guò)程中主要反應(yīng)報(bào)文故障，需要對(duì)終端數(shù)據(jù)進(jìn)行重設(shè)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)設(shè)備復(fù)歸目的[2]。

3.2母差保護(hù)故障

該故障的主要表現(xiàn)在于系統(tǒng)正常運(yùn)行過(guò)程中系統(tǒng)發(fā)出警告，提示工作人員母差保護(hù)裝置出現(xiàn)異常失電情況，但是該故障可以在1s內(nèi)自動(dòng)恢復(fù)正常。雖然故障時(shí)間較短，但是同樣會(huì)對(duì)智能變電站系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性造成嚴(yán)重負(fù)面影響。因此，一旦檢測(cè)到該故障，工作人員需要對(duì)電源系統(tǒng)進(jìn)行仔細(xì)檢查，明確電源系統(tǒng)是否處于正常運(yùn)行狀態(tài)[3]。

3.3 GOOSE通信異常

智能變電站二次系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中需要通過(guò)對(duì)刀閘及開(kāi)關(guān)設(shè)備進(jìn)行操作實(shí)現(xiàn)送電目的，如果在此過(guò)程中設(shè)備為出現(xiàn)相應(yīng)變化，系統(tǒng)后臺(tái)會(huì)自動(dòng)進(jìn)行故障報(bào)錯(cuò)，提醒工作人員GOOSE通信出現(xiàn)異常狀態(tài)。從故障維修經(jīng)驗(yàn)分析，引發(fā)該故障的主要原因在于通信失效，進(jìn)而導(dǎo)致指令無(wú)法傳輸至設(shè)備之上。而引發(fā)通信失效問(wèn)題出現(xiàn)的主要原因包括且不限于硬件連接異常及通信設(shè)置異常[4]。此外在實(shí)際對(duì)該故障進(jìn)行處理過(guò)程中還存在通信設(shè)置正常情況下依然出現(xiàn)GOOSE異常故障，導(dǎo)致該問(wèn)題的主要原因在電源插件存在松動(dòng)情況，進(jìn)而導(dǎo)致刀閘拉合后無(wú)法滿足供電標(biāo)準(zhǔn)，GOOSE插件在缺乏電力供應(yīng)的情況下就出現(xiàn)通信失效故障。

4.智能變電站二次設(shè)備故障診斷模型

考慮到智能變電站二次設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)具有重要影響，因此，電力行業(yè)技術(shù)人員在實(shí)際工作過(guò)程中針對(duì)二次設(shè)備故障診斷設(shè)計(jì)了一套完善的診斷模型。該模型在實(shí)際構(gòu)建過(guò)程中，其測(cè)量回路廣義變比采用PT及CT一次測(cè)量值和CPU采樣值之比，如公式（1）與公式（2）所示。

該模型在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中可通過(guò)對(duì)P值進(jìn)行判斷分析電路運(yùn)行狀態(tài)。

總結(jié)：綜上所述，在當(dāng)前科技高速發(fā)展的背景下，智能化建設(shè)已經(jīng)成為電力行業(yè)發(fā)展主流趨勢(shì)，二次設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中在保證變電站設(shè)備正常運(yùn)行方面發(fā)揮著不可替代的作用，因此，有研究者構(gòu)建了如公式（8）所示二次設(shè)備故障診斷模型，該模型在經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)后具有可行性，電力行業(yè)在實(shí)際發(fā)展過(guò)程中可利用該模型。

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