智能變電站繼電保護二次回路在線監測與故障診斷技術

徐 拓，葛以康

（1.國網江蘇省電力有限公司泗洪縣供電分公司，江蘇 宿遷 223900；2.國網江蘇省電力有限公司泗陽縣供電分公司，江蘇 宿遷 223700）

1 繼電保護二次回路介紹

想要明確繼電保護二次回路的在線監測技術與故障診斷方式，首先需要了解是繼電保護二次回路的概念。繼電保護本質上是對于電力系統所發生故障的一種保護措施[1]。該工作的主要對象就是電力供應活動中的那些含有一定危險性的工作以及可能存在的安全隱患。通過這種保護來確保電力系統能夠穩定運行。繼電保護二次回路主要由如下3種回路組成。第一種是控制回路。這是一種由斷路器或者隔離開關組成的結構，其功能是對于一次設備進行合閘以及分閘操作。第二種是調節回路，主要由帶有調節功能的自動裝置組成，其主要任務是以一次設備工作時產生的參數的變化，對于一次設備的工作狀態進行實時的調整。第三種是繼電保護及自動裝置回路。這種回路主要由比較部分、邏輯部分、測量回路部分以及執行部分組成。它的功能是通過分析一次設備的運作狀態，當一次設備在發生異常或故障時，自動發出跳閘指令，并將出現問題的設備進行自動切除，在故障消失后將相關的斷路器進行投入操作，以恢復電力供應。

2 在線監測系統組成

在智能變電站中，在線監測與故障診斷系統的構架主要由主站系統與端站設備兩個部分組成。

主站系統需要布置在調度端，對于一些改造的智能變電站，由于變電站結構的限制，在布置主站系統時要遵循便利性的原則，在不增加設備的前提下，在端站使用數字化報文分析裝置，并將其當作是電力信息采集的源頭。如果變電站是新建的，那么就要將保護在線檢測以及故障診斷設備直接當作數據采集的源頭。讓電力運行數據由Ⅰ區網關設備在D5000平臺上傳送到Ⅱ區。

端站設備的主要功能是對于電力生產中所生成的各種數據進行采集、分配、預處理以及過濾工作[2]。一旦網絡傳輸出現了問題，端站的設備就能夠對問題進行及時的診斷，同時收集與問題相關的故障信息，在信息收集完成后自動生成為報告文件，并發送給主站系統；故障信息送達主站后，可以借由顯示器以及報警裝置展示給運維人員；工作人員在看到故障報告后，就可以對問題進行初步分析，讓維修工作變得更具針對性，大大提高了運維的效率。

3 在線監測信息種類

3.1 警告信息

組成警告信息的主要數據有開關量異常警告、采樣值以及設備異常警告3種。首先是采樣值的異常警告，其主要包括SV品質異常、SV檢修狀態不一致、SV鏈路中斷以及CT/PT斷線4種情況。其次是開關量異常警告，主要包括GOOSE鏈路中斷、GOOSE檢修不一致以及開關量異常等。最后是設備異常警告，包括異常閉鎖、異常失電等問題。一旦在二次回路中出現了這些警告信息，工作人員就要立刻對故障進行評估，從而進行快速的處理。

3.2 設備運行信息

變電站中的各種設備運行信息也是在線檢測系統采集的主要信息源之一，包括設備的自檢信息、采樣數據以及開關量信息等，具體就是各種設備的運行溫度、電源處電壓信息以及各個支路的電流信息等。通過對這些信息的長期采集以及檢測，充實系統端的大數據庫，為突發事故的處理以及定期的檢修工作提供數據支持。

3.3 SV/GOOSE狀態信息及動作保護

這種信息不是變電站各種電氣設備所產生的，而是針對數字化報文以及報文格式的一種記錄。其中，SV報文狀態主要是指相位精度、雙AD一致性、幅值精度以及數據有效性等。報文格式的異常就是指由于某一設備出現了問題，致使SV/GOOSE報文出現亂碼、殘缺以及過長等錯誤。而動作保護信息主要分為保護動作元件、保護啟動、出口相別以及整組動作時間四種動作信號。

4 監測信息采集具體措施

智能變電站的繼電保護二次回路在線監測系統收集的數據是以數字報文分析設備作為媒介所收集而成的。這種收集數據的方式雖然十分全面，但是也會造成數據冗雜的問題。無論是什么樣的信息，該設備都會進行無差別的采集與傳送，導致關鍵性的信息與大量沒有意義的廢棄信息雜糅在一起，大大增加了甄別工作的難度，對于調動的效率也產生了一定的影響。因此，需要將站端所采集的數據進行過濾以及關聯等處理，以提高在線監測的效率。

為了方便信息的整合以及處理工作，可以將監測所得到的信息分為3個大類，即穩態、暫態以及狀態[3]。每種文件都具有獨特的特點，穩態文件就是長時間記錄的信息文件，如設備溫度、電流電壓；暫態文件就是當線路由于各種原因而發出警告時，將該時刻APPID所對應的信息進行整理并生成的文件；狀態文件則是負責監測線路實時通斷狀態的文件。在實際的監測活動中，報文分析設備需要按照一定的時間間隔發送穩態文件以及狀態文件。當出現了重要的警告數據或者是端站主動上傳了暫態文件，監測與故障診斷系統就會對該文件優先進行分析，并且做出診斷決策。

5 故障診斷方法

5.1 交流回路診斷方法

針對智能變電站二次回路交流量的監測工作，可以通過報文分析設備以及繼電保護裝置所采集的交流量進行綜合分析并得出結論。當前國內的智能變電站一般都是采用雙AD采樣，同時配以雙重保護措施，將MMS上的雙AD采樣值與雙套保護的采樣值進行對比。如果對比的結果相對誤差在安全閾值的范圍內，同時滿足繼電保護裝置沒有發出采用不一致的警告的條件，那么就可以判斷雙AD采用結果一致，二次回路處于正常工作狀態。如果對比的結果超出了閾值的安全范圍，那么就說明至少有一套繼電保護交流回路處于異常狀態。此時，在線監測系統就會生成警告并將故障信息報告發送給主系統，以便維修人員進行快速處理。

此外，通過分析報文分析設備的SV與繼電保護裝置的MMS的采樣值，可以判斷交流采樣回路的情況。如果兩樣數據在對比時最大誤差值在安全閾值范圍內，且沒有出現SV斷鏈警告，那么就說明SV二次采樣回路處于正常工作狀態；如果繼電保護設備采樣回路正常，但數值誤差超過的安全閾值，那么就說明交流采樣回路處于異常狀態。

5.2 SV/GOSS鏈路診斷方法

針對過程層所發出SV以及GOSSE信號，如果處于接收端的設備在一定的時間內沒有接收到相關信息，就會產生相應的警告信息。例如，在繼電保護裝置鏈路出現異常時，該裝置是無法在這段時間內獲取到有效信息的，所以系統會通過站控層MMS上傳相應的鏈路斷線警告（見圖1）。對于直采回路，由于直采回路與網采的SV端口型號不同，無法進行鏈路的對比監測工作，所以當發生故障時很難尋找到準確的故障點[4]。為了克服這個困難，可以預先進行設置，將可能發生故障的點一一列舉出來，并且結合其他設備網采回路的情況繪制故障點概率表，以完成故障點的定位工作。

圖1 繼電保護SV/GOSSE鏈路診斷示意圖

6 結 論

在信息化技術逐步發展的背景下，電氣信號傳送信息的方式正在被網絡信息技術所取代。借助于高效的網絡信號傳輸手段，人們已經能夠對變電站的全部二次設備進行實時的在線監測工作。當前的在線監測以及故障診斷技術存在著一定的不足，想要提高智能變電站的適用性，就要對在線監測技術以及故障診斷措施進行改進。