智能變電站繼電保護二次回路及狀態(tài)評估分析

國網(wǎng)浙江省電力有限公司溫州供電公司 蔡誠裕 陳宗萍 柯益脈 陳 星

1 引言

智能變電站也稱為智能站，其顯著優(yōu)勢是具有站控層網(wǎng)絡、過程層網(wǎng)絡等一些層級網(wǎng)間的信息實時共享、占地面積較小且二次回路簡單，是現(xiàn)階段智能變電站發(fā)展的必由之路。傳統(tǒng)的變電站二次回路的實現(xiàn)通常是利用電纜直接完成的，這期間會有不同程度的二次回路盲區(qū)，很難對其不足之處進行評估和監(jiān)視，智能站中二次回路一般是利用網(wǎng)絡通信將傳統(tǒng)電纜二次回路直接代替，數(shù)字信號直接取代以往的信號模擬方式實現(xiàn)傳輸，這種方式能夠?qū)⒍卧O備傳輸量值的信息化目標有效實現(xiàn)?；赟V 和GOOSE 等一些二次回路網(wǎng)絡中所具有的通信可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)和信息的有效交互，還能大幅度提升變電站保護和運維的信息化水平[1]。

2 智能變電站繼電保護二次回路及狀態(tài)評估分析

智能變電站繼電保護設備自身所具有的“自檢”能力，一定程度上為運行狀態(tài)評估檢修技術(shù)打下了堅實的基礎。與此同時，利用數(shù)字信號可以有效傳輸二次設備信息，需要具有完備的預警機制和自動閉鎖機制，變電站中全部和保護有關(guān)的信息都是在實時評估和監(jiān)測下獲取的[2]。所以，智能變電站能夠動態(tài)性、全面性評估運行狀態(tài)。若想對設備的狀態(tài)信息實現(xiàn)保護，就對多種因素進行綜合性分析，其中包含設備運行環(huán)境、絕緣情況、硬件中配的信息狀態(tài)等。經(jīng)實踐研究顯示，若是設備的整體運行情況比較惡劣，會促進裝置元件快速老化，還會將故障出現(xiàn)的概率增加。溫、濕度太高同樣會弱化劣質(zhì)的電氣元件的整體性能，使得設備具有的功能失效。除了設備運行狀態(tài)外，若想對繼電保護運行狀態(tài)和性能進行評估，則需要綜合性分析廠家批次生產(chǎn)的產(chǎn)品無故障時間和工作效率等內(nèi)容，原因在于狀態(tài)評估的作用不只是對被監(jiān)測設備的檢測，還需要發(fā)現(xiàn)其不足或者故障風險進行預警。智能變電站繼電保護狀態(tài)評估的主要目標是全方位監(jiān)測電器二次回路的整體運行情況，不僅要對合并單元的裝置狀態(tài)信息和智能終端的信息進行監(jiān)測，同時還要監(jiān)測IEC61850協(xié)議的光纖通信鏈路狀態(tài)和智能站配置文本電路的邏輯狀態(tài)[3]。

3 智能變電站繼電保護二次回路及狀態(tài)評估的作用

繼電保護二次回路屬于電網(wǎng)系統(tǒng)管理的主要內(nèi)容，關(guān)乎電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)，傳統(tǒng)變電站的二次系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)故障，對于專業(yè)技術(shù)的要求強，所以，使得故障處理難度加大，除了系統(tǒng)自帶的裝置軟件和引發(fā)的故障之外，二次設備所出現(xiàn)的技術(shù)故障或者安全隱患無法接入設備的運行狀態(tài)精準獲取，但其中存在的安全隱患又不能放置不管，所以，傳統(tǒng)變電站無法實現(xiàn)的標準則是線上評估和監(jiān)測繼電保護二次回路的運行狀態(tài)。對此，智能變電站借助檢查GOOSE、SV 網(wǎng)絡具體的運行狀況，可將供電系統(tǒng)內(nèi)危機保護二次回路無法完成的可視化造成的安全隱患直接控制與規(guī)避。二次回路出現(xiàn)故障較多的則是變壓器、斷路器以及隔離開關(guān)等，如由于環(huán)境潮濕，使得二次回路電纜出現(xiàn)發(fā)霉或者濕度較高的情況，使得設備中一些結(jié)構(gòu)或者二次回路會存在接觸不良或者短路的情況；電流互感器、電壓互感器二次回路短路或者開路[4]。二次回路在實際運行過程中，極易因維護檢修工作者未第一時間發(fā)現(xiàn)或維護，使得安全隱患一直存在，螺孔和螺絲接觸不良、將電纜自身所具有的絕緣作用弱化等也極易引發(fā)不同程度的故障；在維護期間若是因為設計或者紕漏設計不合理，如磨損、滲水等情況極易出現(xiàn)短路。設計工作者沒有依照最新標準或者規(guī)范設計，使得施工者的具體操作無法達到特定標準等，都很容易造成二次系統(tǒng)很難運行的情況，如果情況嚴重，還會造成設計、施工錯誤等不良后果，會對系統(tǒng)穩(wěn)定運行帶來影響。對于上述情況，能通過可視化運行二次回路或者配置審核二次回路傳輸?shù)男畔?shù)據(jù)的方式將其解決。

4 智能變電站二次回路狀態(tài)評估的技術(shù)路線

4.1 基于物理鏈路故障的定位

智能站中的光纖鏈路所具有的通道監(jiān)視，通常是由接收端智能電子設備所完成。如果智能變電站中的二次回路出現(xiàn)故障，站中會出現(xiàn)許多告警報文。如果是告警報文則需要采用比較特殊的設備進行接，在分析其故障來源時存在很大難度，原因在于通信傳輸期間牽扯到諸多環(huán)節(jié)，其中有板卡、裝置、交換機、光纖等。二次回路狀態(tài)監(jiān)測可以全面了解整個站中鏈路的具體情況還能實現(xiàn)連接，結(jié)合過程層通信的拓撲結(jié)構(gòu)，綜合性評估每一個環(huán)節(jié)的故障點及原因，由此，可以精準定位故障點。借助統(tǒng)籌配置創(chuàng)建設備光纖鏈路物理端口的數(shù)據(jù)鏈路、設備鏈路以及全站過程層網(wǎng)絡拓撲之間存在的異常。二次物理回路在線監(jiān)測和評估系統(tǒng)處于正常運轉(zhuǎn)期間，根據(jù)告警事件解析，可以獲取對應事件中的信息組的播源地址、應用標識、虛端子拉線、路由表等拓撲信息，還會獲取異常的端口集合與路徑集合，而后根據(jù)特定的推理信息定位故障。

4.2 邏輯鏈路的狀態(tài)分析

一般的電氣二次回路構(gòu)成有連接設備的電纜與繼電器等，若是想借助線上方式完成對回路接線、繼電器觸點的精準度在線監(jiān)測的等難度較大，經(jīng)濟實用性不高，智能站虛擬二次回路一般是利用裝置邏輯聯(lián)系圖形與虛端子表的模式存在?；芈飞婕暗男畔ㄓ妹嫦?qū)ο蟮淖冸娬臼录斎肱c輸出定義、網(wǎng)絡地址分配以及采樣值輸入與輸出定義等。根據(jù)IEC61850的要求，過程層的SV 與GOOSE 報文不但需要進行通信數(shù)據(jù)傳輸，而且要將配置數(shù)據(jù)傳輸出去，以此來將二次回路狀態(tài)特征量在采集過程中存在的盲區(qū)直接清除，讓邏輯鏈路通信在線監(jiān)測目標有效實現(xiàn)。二次回路邏輯電路監(jiān)測有效完善了智能變電站二次回路建構(gòu)流程，還對智能站二次回路配置信息的邏輯的準確度進行驗證。

5 智能變電站繼電保護二次回路及狀態(tài)評估方法

5.1 基于綜合應用服務器的線上評估系統(tǒng)

智能變電站的在線監(jiān)測評估系統(tǒng)是指借助傳感器技術(shù)完成運行，其核心組件由光纖模塊構(gòu)成。二次設備選擇的是具有光強傳感器、溫度等多樣化功能的光纖模塊，可以有效采集光口溫度與激光功率。間隔層或站控層全部的流程層通信報文能借助整個流程層實現(xiàn)交換機的順利獲取，其中包含過程層交換機和能中心交換機，測控裝置、保護裝置的二次回路動作或者警報信息獲取方式可利用站控層的交換機來完成。立足智能變電站繼電保護的視角而言，對于站控層、流程層網(wǎng)絡的穩(wěn)定性較高。立足站控層視角而言，站控層旨在充分體現(xiàn)所有定制文件的有效傳輸，而后結(jié)合對應文件進行錄播和修改。

在智能電網(wǎng)的整體框架中，出現(xiàn)最多的網(wǎng)絡分析儀或者故障進入模塊相當于狀態(tài)檢測系統(tǒng)的主要內(nèi)容。關(guān)鍵的二次回路在線評估系統(tǒng)包含主站與子站系統(tǒng)，在生產(chǎn)調(diào)度方面，主站系統(tǒng)發(fā)揮的作用較大，二次回路評估功能模塊與子站系統(tǒng)系統(tǒng)功能監(jiān)測模塊與二次回路評估功能模塊，通常會在變電站故障錄波器中置的報信業(yè)務模塊或者管理單元中有效部署。網(wǎng)絡狀態(tài)分析記錄模塊可以精準地評估通信鏈路，還要對其中是否存在斷鏈的情況進行檢測。故障錄波管理單元或保信綜合服務器或者故障錄波管理單元一般會在線監(jiān)測與評估系統(tǒng)的整體運行狀態(tài)。

如果二次回路存在故障，便可以在第一時間發(fā)現(xiàn)并預警，提供相應的診斷結(jié)果，還會把診斷結(jié)果直接傳送至生產(chǎn)調(diào)度終端的變電站系統(tǒng)中。變電站中的監(jiān)測評估系統(tǒng)一般是為了上報與統(tǒng)計信息，操作輔助系統(tǒng)和定值管理系統(tǒng)等一些輔助類的作業(yè)系統(tǒng)，可根據(jù)相應的故障問題情況或者標準創(chuàng)建專家系統(tǒng)，而后推斷出常見故障問題，并給出解決方法。故障檢測數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)相屬于狀態(tài)維護管理的核心環(huán)節(jié)，在對機械設備狀態(tài)信息推理和信息區(qū)分進行檢測的過程中，能夠?qū)⒃O備故障部位、特征以及原因等有效的評估出來，還可分析出診斷結(jié)果，有利于為系統(tǒng)維護和管理提供借鑒。

5.2 基于多參量的在線故障診斷與評估監(jiān)測方式

這種方式一般是利用智能站內(nèi)報文格式對設備的部分特征功能進行綜合性分析，根據(jù)報文格式或者設備記錄下來的一些情況，合理判斷其對應關(guān)系，提取重要的二級回路信息，而后在管理主機的終端實時傳輸一些格式數(shù)據(jù)信息，對其綜合性能進行分析。另外，給出計算機保護設備、SV 和GOOSE 網(wǎng)絡的鏈路狀態(tài)在線評估監(jiān)測的診治方案。在系統(tǒng)運行過程中，通常是利用網(wǎng)絡分析儀分析與記錄的方式對報文進行識別。而后，全方位分析站控層、過程層的報文信息量，能夠了解到，冗余且復雜的非關(guān)鍵信息特別多，大幅度增加系統(tǒng)生產(chǎn)調(diào)度數(shù)據(jù)則會使得網(wǎng)絡運行緩慢。

通過網(wǎng)絡分析儀獲取到各項數(shù)據(jù)信息，而后將其統(tǒng)計和分類，依照系統(tǒng)運行過程中報文信息的顯示狀態(tài)及內(nèi)容，把在線監(jiān)測評估信息劃分成運行狀態(tài)文件、暫態(tài)過程、隱態(tài)過程，而后將與其匹配的鏈接信息篩選出來，進行文檔轉(zhuǎn)換。穩(wěn)態(tài)報文主要是記錄長期檢測的信息文件，對通信鏈路狀態(tài)進行檢測的文件是狀態(tài)文件。系統(tǒng)軟件不但會將站內(nèi)的信息有效存儲，還能夠完成綜合性的分析與診斷。與此同時，整合設備產(chǎn)生異常過程中的一些特點都可以作為診斷評估及管理決策的依據(jù)，此方式能夠?qū)⒅悄苓\維設備的運行效果有效提升。除此以外，監(jiān)測智能變電站繼電保護二次回路運行狀態(tài)的方式還有雙重化配置保護裝置、單重化配置保護裝置等。

5.3 根據(jù)SCD 和CID 文件的在線故障診斷方式和監(jiān)測評估方式

此方式根據(jù)特定的工具，將智能變電站的SCD文件和CID 文件，以有效的方式在分析服務平臺中導入，之后快速獲取站內(nèi)二次回路、設備有關(guān)系的一些數(shù)據(jù)信息，還可以對傳輸和通信設備的關(guān)聯(lián)性進行了解，建立狀態(tài)檢測評估實體模型，評估設備根據(jù)GOOSE、SV 組網(wǎng)方案，系統(tǒng)軟件可利用相關(guān)的故障記錄抓包軟件，對二次回路、設備的運行情況進行全方位檢查，可知，其結(jié)果類似于網(wǎng)絡分析儀，全程層機設備可以為管理設備傳輸通訊信息，管理設備則會將信息傳輸?shù)竭h端主站設備與后臺管理的監(jiān)控機內(nèi)，系統(tǒng)抓包軟件也可以結(jié)合站控層的網(wǎng)絡，直接將站內(nèi)通信鏈路獲取，兩個系統(tǒng)軟件可以同時獲取到二次設備、回路的具體狀態(tài)信息，以此來驗證SCD 數(shù)據(jù)配置的一致性，而后將評估結(jié)論輸出。二次回路的在線評估診斷層次有邏輯數(shù)據(jù)信息鏈路狀態(tài)和物理鏈路通信狀態(tài)。在邏輯鏈路通信狀態(tài)穩(wěn)定的條件下，發(fā)送方與訂閱方都屬于整個流程層區(qū)間層的智能設備與組件，也是流程層的交換機。結(jié)合報文MAC 地址的引導與實時傳輸。在此期間若是存在異常，發(fā)布方很難對通信電路的良好狀態(tài)進行判斷，原因在于發(fā)布方僅僅負責數(shù)據(jù)信息的推送。

考慮到接收方若是在特定的時間段并未收到相應的數(shù)據(jù)信息，接收方能夠直接作出決定。除此以外，監(jiān)控控制模塊能夠借助接收機在線評估和監(jiān)控實際通信鏈路，邏輯電路在線評估的最終目的是促使SCD 的數(shù)據(jù)配置可以與通信電路配置更好地適配?；贗EC61850的協(xié)議內(nèi)，GOOSE、SV 的數(shù)據(jù)信息設備開展在線評估和驗證，如果訂閱與發(fā)送設備出現(xiàn)不匹配的情況，則會出現(xiàn)報警信息。所以，結(jié)合SCD 文檔中配置的相關(guān)信息數(shù)據(jù)開展分析，進而能夠管控與審核報文格式在整個站中集成配置、SCD 推送配置的統(tǒng)一性。若是存在異常，在線評估監(jiān)測系統(tǒng)軟件則會立即將報告結(jié)果發(fā)送出去，還能對評估故障精準定位。

6 結(jié)語

現(xiàn)階段，比較常用的診斷與評估技術(shù)需要基于變電站的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)才能完成。基于IEC61850標準的網(wǎng)絡傳輸，能應用與共享通信數(shù)據(jù)和信息，立足技術(shù)視角，將二次設備的管控效果顯著提升，借助網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)、計算機設備和系統(tǒng)功能開發(fā)，可推動繼電保護的快速進步和發(fā)展。基于網(wǎng)絡技術(shù)與智能電網(wǎng)的迅速進步與發(fā)展，二次回路可視化和智能運維、輔助作業(yè)等功能的健全與完善，可對智能變電站繼電保護二次回路實際的運行狀態(tài)開展綜合性評估，應用前景極為開闊。