變電站繼電保護二次回路的在線監(jiān)測及故障分析

尹紹俊

（南京南瑞繼保電氣有限公司，江蘇 南京 211111）

對于當下的變電站發(fā)展情況來說，原先的二次回路已經(jīng)被通信網(wǎng)絡(luò)完全代替，尤其是原先的電氣信號都被替換成了光數(shù)字信號，達到了二次設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化目標。這種發(fā)展變化導(dǎo)致各裝置之間的連接不再以直觀性為特點，且其中衍生出了海量復(fù)雜的數(shù)據(jù)報文，導(dǎo)致檢修工作困難。繼電保護作為變電站中重要的一部分，能使整體更具網(wǎng)絡(luò)化與智能化特性。為使整個電站能實現(xiàn)順利運行，需要加強繼電保護二次回路的狀態(tài)監(jiān)測和診斷。原先的監(jiān)測方式基本以人工模式為主，主要將物理信號作為評判標準，這樣最終獲得的結(jié)果準確程度難以得到有效保證。但在智能技術(shù)的迅速發(fā)展下，在線采集和分析數(shù)字信號的監(jiān)測方式彌補了傳統(tǒng)模式存在的不足，確保了最終結(jié)果的精準程度，為檢修工作的開展提供了大量可靠依據(jù)。為此，極有必要對其在線監(jiān)測和故障診斷進行詳細分析。

1 在線監(jiān)測與故障分析的重要價值

受智能技術(shù)的影響，變電站通過應(yīng)用信息共享、網(wǎng)絡(luò)通信以及數(shù)字傳輸?shù)燃夹g(shù)實現(xiàn)了智能化發(fā)展，極大提升了工作效率，作為其中的關(guān)鍵組成部分，繼電保護就是將電力系統(tǒng)故障作為核心，針對系統(tǒng)內(nèi)部危險行為和安全隱患，給系統(tǒng)運行打造出穩(wěn)定優(yōu)良的環(huán)境［1］。值得注意的是，這種模式并不表示該系統(tǒng)可以在內(nèi)部自動解決各項事故，因此還需要做好前期預(yù)防工作及后期檢查。為防止內(nèi)部元件、纜線等損壞，還需對保護裝置進行合理化應(yīng)用。即基于系統(tǒng)靈敏檢驗設(shè)備對內(nèi)部運行狀況實施判斷，但這類判斷必須保持長期性，要能始終存在于系統(tǒng)運行之中。為使整體電力實現(xiàn)高效安全運行，越來越多的變電站開始應(yīng)用二次回路報警體系實時監(jiān)測交流回路以及直流回路當中的各項不良狀況。但受到現(xiàn)實因素的影響，往往難以有效區(qū)別二次回路與繼電保護這兩者之間的異常。由于前者會引起繼電保護設(shè)備異常，所以實施在線監(jiān)測，以實現(xiàn)良好的異常分析。具體優(yōu)勢主要體現(xiàn)在這兩點：

一方面，可以實現(xiàn)電網(wǎng)安全運行。在當前電力領(lǐng)域智能化水平不斷提升之下，變電站也基本上實現(xiàn)了智能化管理和控制，這就使得電網(wǎng)運行安全得到了良好保障，但仍然無法避免其中不良因素的影響。比如直流回路接地、交流回路短路等等，一旦出現(xiàn)這些故障，二次回路就會自動報警，但一般受到現(xiàn)場相關(guān)因素的影響，導(dǎo)致其報警功能難以充分發(fā)揮出來［2］。所以在線監(jiān)測與故障分析正好可以解決這一問題，實現(xiàn)運行狀態(tài)的動態(tài)化監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)其中存在的異常并采取有效的解決措施。

另一方面，可以提升設(shè)備檢修效率。現(xiàn)階段電力領(lǐng)域的迅速發(fā)展，使得日漸增長的用電需求量得到了一定滿足，但其中也不乏一些問題存在。比如經(jīng)常會產(chǎn)生電力事故，而這類事故基本都出現(xiàn)在設(shè)備檢修和維護當中。電力設(shè)備作為整個電站的關(guān)鍵內(nèi)容，在運行時經(jīng)常會受到各項因素的影響，從而出現(xiàn)故障，導(dǎo)致維修和維護人員面臨相應(yīng)的安全風(fēng)險，極易引起事故。而在使用在線監(jiān)測及故障分析系統(tǒng)之后，能夠使設(shè)備異常狀況在初期就及時體現(xiàn)出來，并將相關(guān)信息傳遞給工作人員，及時進行針對性預(yù)防，同時提升設(shè)備的檢修效率和質(zhì)量。

2 系統(tǒng)框架

要對二次回路實施在線監(jiān)測與故障分析，還必須進一步優(yōu)化采集數(shù)據(jù)的選擇、過濾及關(guān)聯(lián)，并從全局著手，確定出系統(tǒng)化布局（如圖1所示）。原先的二次回路漸漸被通信網(wǎng)絡(luò)所代替，尤其是監(jiān)測與分析技術(shù)的發(fā)展使得各設(shè)備數(shù)字信號實現(xiàn)了彼此連接。從其系統(tǒng)框架來看，主要包含了主站、站端、后臺等多項功能單元［3］。

圖1 系統(tǒng)框架

對于主站而言，依照電站運行情況進行調(diào)度指令的下達，是整個系統(tǒng)的重中之重。在這之中，數(shù)據(jù)分析、保護設(shè)備等都是關(guān)鍵基礎(chǔ)，能直接基于網(wǎng)絡(luò)使各項功能實現(xiàn)數(shù)據(jù)互通，并分析采集監(jiān)測到的數(shù)據(jù)信息。

對于站端來說，主要承擔(dān)著和主站之間彼此協(xié)同的任務(wù)，能實現(xiàn)信息篩選和功能配置。當設(shè)備在掛網(wǎng)運行時，只要監(jiān)測到故障信息，就會直接通過通信網(wǎng)絡(luò)被傳輸?shù)秸径嗽O(shè)備當中，再對其信息進行選擇，最后把處理結(jié)束后的信息輸送到主站［4］。信息傳輸都是在后臺進行處理和診斷的，之后再顯示在監(jiān)控畫面上，使故障信息及時被人員得知并解決。

3 在線監(jiān)測內(nèi)容

關(guān)于二次設(shè)備運行情況的信息基本包含了自檢以及鏈路異常兩部分，這很難滿足故障分析需求，所以還需基于運行特征和常見故障實施全面分析，并把在線監(jiān)測內(nèi)容進行分類。在監(jiān)測信息方面，主要以保護動作類、運行情況類以及告警類為主。其中保護動作類則包含了出口與動作等信號內(nèi)容，即具體的時間、內(nèi)容等；運行情況類包含了電壓、電流、軟硬件、溫度等信息，重點是對各在網(wǎng)設(shè)備的具體狀態(tài)進行直接呈現(xiàn)，并將其存儲下來，便于后續(xù)運維工作的進一步展開；告警類包含了短路、設(shè)備異常、故障信息等相關(guān)內(nèi)容，可以給運維檢修質(zhì)量帶來一定保障［5］。

3.1 動作信息

這里重點包含了兩類內(nèi)容：第一，針對繼電保護動作信號，即動作元件以及啟動類的信號內(nèi)容；第二，針對動作出口信號，即出口相別以及整組動作時長。

3.2 裝置運行信息

一是軟硬件的自行檢測類信息，重點掌握保護設(shè)備的電壓、光強和溫度等具體內(nèi)容。二是采樣數(shù)值，即所有支路的詳細電流信息。三是開關(guān)量，即監(jiān)測關(guān)鍵的開入量狀況，從而掌握保護裝備的實際運行情況，給后續(xù)運維檢修工作奠定基礎(chǔ)。通過長期監(jiān)測這類信息，能直接給未來的檢修工作帶來充分的參考依據(jù)。

3.3 告警信息

一是采樣值當中告警內(nèi)容的異常與否。通常情況下，保護設(shè)備采樣數(shù)值的不正常告警主要有SV鏈路本身質(zhì)量不過關(guān)、檢修工作與常規(guī)不符等等。二是開關(guān)量的異常告警，涵蓋了這類異常和GOOSE檢修異常引起的鏈路中斷［6］。三是裝置的異常警報，包含了閉鎖與失電兩類。當出現(xiàn)上述告警信息之后，必須馬上評估故障情況并即刻確定具體位置，以實現(xiàn)高質(zhì)量的維護工作。

4 在線監(jiān)測與故障分析

4.1 SV鏈路

整個在線監(jiān)測系統(tǒng)需要在規(guī)定時間內(nèi)對SV信息進行有效采集，不然就會進行提示或者報警。比如在一般的SV鏈路故障中，基本難以及時有效采集到相關(guān)錯誤信息，這是因為保護設(shè)備自身會被干擾，這時候就需要應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)報文裝置，以利用站控層上發(fā)鏈路斷線異常信息，最后得到異常報文。這樣就可以將收取的信息傳輸至大數(shù)據(jù)中心實施有效分析處理，進而更好地對網(wǎng)采回路數(shù)據(jù)等進行監(jiān)測，最后再將上發(fā)數(shù)據(jù)和所得數(shù)據(jù)進行比較，達到精準化監(jiān)測的效果。有時候，在尋找故障位置時還需要基于二次系統(tǒng)回路網(wǎng)采數(shù)據(jù)。因為網(wǎng)采端口本身各不相同，在直采回路之中要想實時監(jiān)測其他鏈路具有極大難度，也不能精準定位故障位置，影響下一步的診斷和排查工作。在直跳回路中，難以得到和其相互關(guān)聯(lián)的比對數(shù)據(jù)，可以直接參照保護設(shè)備收集的信息以及警告內(nèi)容等進行故障判定［7］。

4.2 交流回路

良好的在線監(jiān)測與故障分析都是需要在報文設(shè)備的支持下完成的，即通過采集所有的交流模擬量，再進行信息總結(jié)之后做出詳細判斷。為了使電站能實現(xiàn)順利運行會實施雙重保護。比如會設(shè)置AD采樣通道，把采樣值以及雙重保護的實測值直接實施比對，利用最終的誤差值進行二次回路狀況判定。一旦差值比許用數(shù)值小，整個告警信號會有所矛盾，整體運行狀況是正常的；一旦情況相反，且保護裝置給出了不一樣的警告故障，則表示運行異?；蛘叱霈F(xiàn)了故障。所以，在應(yīng)用報文設(shè)備收集SV信息的基礎(chǔ)上，進一步整合保護設(shè)備的MMS采樣值，以使最終的故障分析結(jié)果更為精準，使后續(xù)其他工作能順利展開［8］。

4.3 保護動作

對于保護動作而言，其監(jiān)測和故障分析都應(yīng)該和雙重保護設(shè)備之間協(xié)調(diào)應(yīng)用起來，即監(jiān)測與收集雙路保護裝置的實際動作信息，然后經(jīng)由大數(shù)據(jù)分析，對保護設(shè)備的運行情況進行估計，以判定動作落實、信息記錄等方面實施情況。此外，監(jiān)測內(nèi)容中還涵蓋了GOOSE開關(guān)量的具體動作時間，并將出口時間差值當作所有校驗的數(shù)據(jù)參考。整體比較簡單的保護設(shè)備會通過對報文設(shè)備二次回路信息進行分析監(jiān)測所有模塊的模擬量，最后再經(jīng)過比較，進行交流回路監(jiān)測。其內(nèi)容主要包括了既有位置信息、測控設(shè)備的實際測量數(shù)值等，對開關(guān)量回路進行監(jiān)測，促使行為分析和評估更為精準。

5 實例分析

某一500kV變電站中應(yīng)用了繼電保護狀態(tài)在線監(jiān)測與故障分析系統(tǒng)，為使該系統(tǒng)實現(xiàn)有效運行，還需對其狀況進行監(jiān)測，具體開展流程為：一是先把SCD與CID文件導(dǎo)入專門的分析平臺里，使關(guān)于二次回路的具體信息傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫當中，明確所有設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸與通信配置聯(lián)系，建立狀態(tài)監(jiān)測模型。二是通過畫圖工具將其接線圖、網(wǎng)絡(luò)拓撲圖等繪制出來。三是讓過程層的設(shè)備在經(jīng)由SV/GOOSE網(wǎng)絡(luò)后實施組網(wǎng)。這里主要應(yīng)用了網(wǎng)絡(luò)分析儀等開展工作，實際落實時過程層的設(shè)備把具體的通信狀態(tài)信息傳輸?shù)搅碎g隔層設(shè)備當中，該設(shè)備再應(yīng)用MMS網(wǎng)絡(luò)控制后天主機，直到應(yīng)用了站控層的網(wǎng)絡(luò)抓包得到了二次回路的實際運行情況。然后，繼電保護系統(tǒng)把得到的狀態(tài)信息和SCD文件實施比較，掌握了具體故障種類，最后得到了故障分析結(jié)果。四是繼電保護系統(tǒng)利用站控得到了遙測量、遙信量等內(nèi)容。五是根據(jù)二次工作安全措施票以及典型操作票等進行檢修工作的實際操作，使狀態(tài)監(jiān)測和故障分析的有效性得到全面發(fā)揮。

經(jīng)由上述在線監(jiān)測與故障分析流程之后，該變電站的繼電保護系統(tǒng)實現(xiàn)了全面改良和完善，在這之前，其硬件故障確定時間基本都處在半小時左右，但應(yīng)用該模式后，其故障確定時間得到了有效縮短，基本上十分鐘就能解決問題，這充分表明，該模式具有良好的應(yīng)用效果。

6 結(jié)論

總的來說，雖然當下智能化變電站的整體運維水平得到了極大提升，但仍然難以滿足實際應(yīng)用需求，為此極有必要探究繼電保護二次回路的在線監(jiān)測和故障分析技術(shù)。具體從系統(tǒng)框架、內(nèi)容、在線監(jiān)測與故障分析方面著手，以明確在線監(jiān)測與故障分析的基本功能，促使有關(guān)人員能進一步強化對相關(guān)裝置的優(yōu)化和完善，進一步提升該項措施的適用程度與落實質(zhì)量，促進變電站實現(xiàn)全方位持續(xù)性發(fā)展。