智能變電站二次設備在線監測與故障診斷

胡定林++陳飛建++周仕新++代飛++賈貴云++蔣政權

摘 要 本文主要是從二次設備的監測方法和故障診斷策略兩個部分來研究智能變電站的二次設備的在線監測和故障診斷。二次設備自檢信息的監測，二次設備對時狀態的監測，二次設備通信報文的監測是提出的三種監測方法，集自檢信息診斷、對時信息診斷、報文信息診斷三種診斷于一身的綜合故障診斷是新建立的故障診斷策略。

【關鍵詞】智能變電站 二次設備 在線監測 故障診斷

1 智能變電站的發展

智能電網的核心是智能變電站，其快速的技術革新和大面積的建設，有效的帶動了智能變電站的發展，同時對智能變電站提出了更高的要求。智能變電站在運行過程中的可靠性直接受站內二次設備的在線監測與故障診斷的影響，對一次系統的監視和智能變電站數據采集都是通過二次設備來完成的，此類問題不容忽視。二次設備里的保護、合并單元、故障錄波、智能終端等智能電子設備，采用相同協議、相同建模語言、相同建模方式，IED模型中存有自檢數據，通訊和交互在各IED之間來回，這些有效信息為建立二次設備的在線監測和故障診斷提供有效依據。

系統結構網絡化、信息傳遞智能化、共享信息標準化是智能變電站的主要特點，每個子系統之間都是相互關聯的，多種先進技術融合于IEC61850規約中，自由地進行信息的交互傳遞，智能變電站中的信息得到了充分的共享機會。站控層、間隔層、過程層三層和站控層網絡、過程層網絡兩網組成了智能變電站的“三層兩網”。

二次設備的在線監測和故障診斷在設備檢修方面有重大作用，可發現人工定期檢修時不易被發現的異常故障等，避免或消除安全隱患，能及時找到故障原因，強化此項工作，可提高智能變電站的運行安全。有很多方法可應用于故障診斷，譬如：模糊集理論、粗糙集理論、人工神經網絡、Petri網、貝葉斯理論、多種智能算法相結合等。在線監測系統可將采集到的數據以數字圖形的形式發送給操作者，操作者可根據數字圖形及上下限判斷設備是否正常運行，如有異常，及時處理，降低故障發生率。

2 自檢信息的在線監測

由智能終端、測控裝置、合并單元、保護裝置及故障錄波多種裝置組成的二次設備是存在于站控層、過程層和間隔層之中的。對自身的狀態情況、功能性能等自動檢測后形成信息，將數據存儲于模型中，這是二次設備的一種自檢功能。設備是否正常健康，通過自檢信息的反饋情況就能了解。

IEC61850-7標準是對變電站內智能設備信息模型的介紹說明，同時提出了數據集概念，方便數據的傳送和輸出。相同數據屬性的集合即數據集。二次設備自檢信息按照IEC61850-7標準數據集的概念以數據集的方式管理，站內的配置文件對數據集中的各數據詳細的描述，分析解讀配置文件，從二次設備中提取有用信息，用動態形式體現自檢信息在二次設備中的運行實況。

智能變電站涵蓋了整個變電站及站內，其中配置文件是對IED進行信息模型，文件由SCL語言對裝置信息模型和裝置通信配置以統一格式對IED進行描述。智能電子設備能夠利用自身配置互相讀取解析其配置文件，完善自身的配置文件，實現雙方通信的可操作性，不同廠家生產的都可以進行此操作。由ICD、SSD、SCD、CID四類文件組成了智能變電站的配置文件。文件采用XML標準格式，符合SCL定義，來保證信息交互格式的一致，以立體樹狀結構層次化的方式描述設備信息。

二次設備信息模型的建模是以面向對象的方式進行建模，信息模型詳細的描述解讀是通過站內的配置文件完成的。及時收集存在于邏輯節點中的以數據集形式儲存的自檢數據，以數據集形態分別傳送實時傳輸和慢些傳輸的數據。利用交換機連接，自檢信息收集，解析站內配置文件。站內所有二次設備如需監測，解析SCD文件即可；只一個二次設備需監測，解析ICD文件即可。

3 對時狀態在線監測

智能變電站中所有信息必須以同一時間斷面的數據，同步完成相應功能。從對時狀態自檢和時鐘偏差測量兩方面監測出發可完成對時狀態監測。利用設備自身數據概況預知故障是對時狀態自檢的一種方式，可監視時鐘，受自身數據設計限制，發現的問題不全面，有局限性，但利用自身數據發現故障的速度還是比較快的。時鐘偏差測量以被監測外圍無法預知故障的另一種監測，以對時報文形式傳遞。各種監測如下：

（1）對時信號狀態監測，可監測信號有無，對校驗碼檢測，確定對時信號是否準確；

（2）對時服務模塊運行情況或設置裝置時鐘是否成功可通過對時服務狀態進行監測；

（3）在同步時鐘設置裝置時間下，監測裝置時間非正常跳動可用裝置時間連續性進行監測。

時鐘設備和被授時設備共同配合才能完成時鐘同步，所以對兩者都要進行監測。時鐘設備有靈活性特性，而PMU、故障錄波器、保護設備以及測控裝置共同組成被授時設備。

間隔層和站控層自檢信息利用MMS網絡傳輸到監控后臺，過程層自檢信息利用GOOSE網絡傳輸至間隔層，再由間隔層通過MMS網絡上送監控后臺。自檢信息可通過主動上送、定期上送、人工召喚三種方式來完成。

乒乓原理的時鐘精度監測是通過SNTP在客戶端與帶有時標的SNTP報文來傳遞的，時間偏差和網絡延時利用客戶端與兩個時標信息通過計算可得出，由此判斷被授時設備的對時狀態是否正確。

4 通信報文的在線監測

智能變電站的通信鏈路頻繁斷線、誤碼率高等異常狀況的出現往往預示著智能電子設備將要發生故障，分析處理異常報文，設備異常就能發現。對設備通信狀態的監視，可利用通信報文的故障提示功能，解析報文，提取IED間有效通信信息，來分析IED的通信行為。若分析的報文異常，就會發出告警信息，以此判定二次設備異常。

依靠智能變電站中網絡報文記錄分析儀來完成的報文的捕獲、異常報文的存儲及依靠站控層的報文解析軟件來完成的異常報文的解碼和故障告警是實現報文監測的三個過程。endprint

擁有強大數據存儲器和處理器的網絡報文記錄分析儀，可接受處理整個變電站的通信報文。網絡報文分析儀的采集分析單元與變電站SCD配置文件二者相結合，以網絡和應用協議的形式分析捕獲的網絡報文，異常能夠及時發現。對異常報文設置了專門存儲器，以便日后查詢。

GOOSE報文、SV報文解碼和MMS報文解碼是報文解碼的兩種解碼情況。GOOSE報文和SV報文是EtherType值不同，都以以太網數據幀封裝，解碼過程相同；MMS報文解碼與GOOSE、SV報文解碼過程相類似，只是MMS報文格式不固定，需具體形式具體分析解碼。報文分析內容如下：

（1）GOOSE報文分析內容有四種檢查監測，分別為語法語意的一致性檢查、符合性檢查、報文連續和中斷檢查、報文流量檢查，當不同檢查監測出現錯誤時發出的告警信號有明顯的區別。

（2）SV報文分析內容有報文配置與SCD文件是否一致、采樣功能是否同步、流量的檢測，當這三種檢測發生異常時也會出現告警信息。

（3）MMS報文分析內容由ACSI應用分析、MMS層分析、ETHENET層分析三個組成，報文的收發順序、控制命令和過程準確連續性均可通過這三層分析判斷發現，也可發現通信中斷等問題。

5 二次設備故障診斷

如果二次設備本身或設備間的通信報文的正常傳遞出現問題都會對智能變電站二次設備各項功能的實現產生影響，設備出現故障，發出警告信息，這將被在線監測系統采集，發送給故障診斷系統，系統進入處理狀態，系統將告警信息歸納整理后，利用故障信息之間的聯系和故障推理判斷依據，可定位出故障的元件或設備。診斷系統通過設備的對時狀態信息、自檢信息、通信網絡的三種報文監測發來的告警信息對合并單元、保護裝置、測控裝置、智能終端進行診斷。

二次設備故障診斷模型分四個層次，一層故障特征信息，是診斷模型的數據來源和基礎；一層不同故障信息分類診斷類型，一層綜合診斷，一層診斷結果的輸出。故障診斷類型是由報文信息診斷、自檢信息診斷、對時信息診斷三種子診斷和子診斷形成的綜合診斷組成的。

（1）報文錯碼率、丟漏包、流量異常等發出的告警信息會通過報文信息診斷來體現。

（2）自檢信息診斷可分為功能異常診斷和通信中斷診斷，功能異常診斷信息來源于自檢信息發現的自身故障，通信中斷診斷依據自檢功能監視的收發功率和報文故障時發出的告警信息。

（3）對時信息診斷即對時異常，可能由被授時設備對時信號、服務器異常、對時時鐘設備異常等引起。

（4）綜合診斷是根據報文、自檢、對時告警信息，對二次設備進行的故障推理，判斷故障元件。

6 結語

智能變電站二次設備在線監測與故障診斷隨著IEC61850標準不斷完善不斷深入，IED模型中的信息也越來越多，這都為其創造了良好條件。在線監測技術是故障診斷的基礎和前提，那是因為可經過在線監測發現故障后，故而進行故障診斷。

二次設備在線監測方法有三種，一種是利用自檢功能，解析配置文件獲取信息模型，動態讀取信息的自檢信息的實時采集；一種是有自檢信息采集和乒乓原理時鐘精度監測兩種組成的對時狀態監測，自檢信息介紹了被授時設備對時狀態和時鐘設備數據信息模型，乒乓原理介紹了此種方式方法實現的原理，利用SNTP往返報文測量時鐘偏差；一種是利用網絡記錄分析儀異常報文的實時讀取，以GOOSE和SV報文及MMS報文兩種模型進行解碼，以此來判斷二次設備的通信是否正常的異常報文解碼。

故障診斷方面，對二次設備自檢、對時、報文信息使用在線監測系統進行采集，三種子故障診斷模型及綜合的故障診斷模型的建立，都以故障診斷模型為基礎參考，利用發出的告警信息，對二次設備各部分故障診斷。

參考文獻

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[4]何磊，田霞，韓永進等.IEC61850配置文件工程化測試探討[J].電力系統保護與控制，2011，39（16）：147-150.

作者簡介

胡定林（1986-），男，貴州省興義市人。大學本科學歷。工程師。主要研究方向為電力系統繼電保護。

陳飛建（1980-），男，江西省上饒市人。大學本科學歷。工程師。主要研究方向為電力系統繼電保護。

周仕新（1984-），男，貴州省興仁縣人。大學本科學歷。工程師。主要研究方向為電力系統自動化。

代飛（1987-），男，貴州省盤縣人。大學本科學歷。工程師。主要研究方向為電流系統繼電保護。

賈貴云（1987-），男，貴州省興義縣人。大學本科學歷。工程師。主要研究方向為電流系統繼電保護。

蔣政權（1988-），男，貴州省盤縣人。大學本科學歷。助理工程師。主要研究方向為電流系統繼電保護。

作者單位

貴州電網有限責任公司興義供電局 貴州省興義市 562400endprint