智能變電站二次設備缺陷試驗驗證方法

李 霞,周文越,朱 鑫，丁宣文

(1.國網成都供電公司，四川 成都 610041；2. 國網四川省電力公司電力科學研究院，四川 成都 610041)

0 引 言

隨著國家電網公司對二次設備運行管理要求的提高，二次設備的缺陷管理也越來越規范和嚴格。二次設備的缺陷處理從現場消缺到事后整改，需形成閉環[1-3]。然而智能變電站的現場消缺工作通常僅對缺陷設備進行簡單的處理，使其能滿足變電站的運行需求即可。在大多數情況下，二次設備發生缺陷的具體原因并未完全查清，導致消缺后的二次設備可能會再次發生相同的缺陷。因此，為進一步分析智能變電站二次設備缺陷產生的原因，防止類似缺陷再次發生，使整個缺陷處理過程形成閉環，對智能變電站二次設備缺陷試驗驗證技術開展研究，建立了二次設備缺陷試驗驗證體系，提出智能變電站二次設備缺陷試驗驗證的通用方法。

1 二次設備缺陷試驗驗證體系

目前，智能變電站二次設備缺陷處理存在以下3個問題：

1)缺陷定位不準確。隨著大量電子器件以及光纖的使用，傳統的二次回路[4-5]大量簡化，大量元件集成于二次設備的內部插件中。這減少了變電站二次回路數量，簡化了變電站二次設備外部接線，對縮短變電站的建設周期、縮小變電站占地面積等都起到了積極的作用。但是，集成化的元器件、光纖化的二次回路往往導致二次設備在發生缺陷時，僅能定位至裝置級、插件級，很難定位到芯片級、原理級，導致缺陷準確定位困難。

2)缺陷分析不透徹。高集成化的二次設備使得部分回路、元器件變得不可見，同時復雜的運行環境、有限的輔助手段導致設備缺陷原因分析不透徹。因此，二次設備缺陷的分析不僅需要通過現場的理論和經驗分析，更需要在實驗室對缺陷的原因及整改措施進行分析論證。

3)缺陷整改不徹底。二次設備缺陷定位模糊、分析不透徹，增大了缺陷整改的難度，導致缺陷的整改往往僅能更換插件或裝置。這無形中擴大了缺陷整改的范圍。整機或插件的更換不僅增加了運維成本，也使得各器件未得到充分的利用，造成資源的浪費；另一方面，由于缺陷的原因并未完全查清，缺陷整改后，相同的缺陷可能再次發生，進一步增加了工作量和運維成本。

由于以上的這些問題，需對二次設備缺陷開展高效、全面的再分析工作[6]。建立二次設備缺陷試驗驗證體系，如圖1所示。各部分別如下：

1)基本理論

仿真技術、保護原理、標準化設計規范等基本理論、規范構成了試驗驗證技術的理論基礎。對于仿真技術而言，在電力系統事故或裝置缺陷事后分析中往往需要在一定的環境中對預判進行辨別驗證，而電力系統的特殊性決定了系統在發生故障時的不可復制性。因此，為進行多裝置、多類型二次設備的協同整體分析，通常需要一些涉及系統級的缺陷分析如定值配合問題、缺陷定位排查等采用在一些專用軟件中建模仿真，以對推測結果進行測試驗證。保護原理描述了二次設備應具備的具體功能，在二次設備發生缺陷時，其外在表現可能與保護原理的要求不一致，以此來進行缺陷原因的分析。IEC 61850、標準化設計規范則明確了二次設備信息傳遞的要求和需具備的功能。

圖1 二次設備缺陷試驗驗證體系

2)試驗驗證技術

二次設備缺陷試驗驗證主要包括兩個階段：缺陷原因分析階段和整改措施驗證階段。

在缺陷原因分析階段，主要依靠繼電保護相關知識、專業經驗或仿真分析，依據SOE記錄或故障錄波記錄對二次設備的缺陷原因進行推斷，得到設備缺陷的可能原因，并對推測的原因進行試驗驗證。分析二次設備缺陷的推理方法主要包括順序推理法、逆序推理法以及整組試驗[7]法。順序推理法是從缺陷設備的外在反映出發，按正向的邏輯尋找缺陷根源；逆序推理法是當缺陷設備所反映出來的外在表象難以找到缺陷根源時，從缺陷造成的事故結果出發，逐級向上進行缺陷原因的查找。對推測出來的缺陷原因需進行試驗驗證，其中：專項試驗是根據缺陷原因，針對具體的某一功能進行試驗，比如對不滿足電磁兼容要求的需開展電磁兼容試驗、對保護動作時間過長的需開展保護動作時間測量試驗；整組試驗和波形回放試驗是通過模擬二次設備在現場運行狀態的真實工況對保護裝置進行動作時間、動作邏輯的檢查，可用于還原缺陷設備在現場表征出來的缺陷現象，輔助進行缺陷分析。

在整改措施驗證階段，針對已經驗證通過的設備缺陷原因，提出相應的整改措施，并對整改后的缺陷設備制定相應的試驗方案。在該階段主要是對試驗方案中的整改措施進行試驗驗證，驗證該措施是否可根除該裝置缺陷、裝置功能能否滿足相關標準或設計要求，并滿足安全穩定運行的要求。這一階段，通常需針對缺陷原因再次開展專項試驗，以驗證整改后的裝置是否還存在相同的缺陷；另一方面，為驗證缺陷的整改措施是否會影響裝置的既有功能，需對裝置的常規功能開展試驗。

3)試驗驗證環境

推測出缺陷原因、提出整改措施后，需在一定的試驗環境中對缺陷原因和整改措施進行試驗驗證，構建試驗驗證環境如圖2所示。

圖2 二次設備缺陷試驗驗證環境

試驗驗證環境由接入層、硬件支撐層、軟件支撐層3個層級組成。軟件支撐層由PSCAD、MATLAB、IEC 61850調試工具等仿真分析或輔助調試軟件組成，主要用作試驗驗證過程中的理論分析和輔助測試。硬件支撐層由仿真計算、繼保測試儀、電磁兼容測試儀等測試設備組成，主要為下層的軟件支撐層提供硬件平臺，并根據自身的功能給缺陷設備提供測試平臺。接入層由端子排、專用航插等一些接口設備組成，主要作為被測對象與硬件支撐層之間的連接。在某些情況下，可不需要搭建接入層，被測對象直接通過電纜、光纖等連接線與硬件支撐層的設備相連。

接入層、硬件支撐層、軟件支撐層構成了二次設備缺陷驗證環境，試驗驗證環境可有效整合各種試驗驗證資源，實現對被測對象的標準化、自動化測試。將以原運行狀態一致的被測對象搭建試驗驗證平臺，利用理論知識和測試環境，利用試驗驗證技術，從裝置功能、裝置性能等方面實現了對二次設備缺陷進行全方位的試驗驗證。

2 二次設備缺陷試驗驗證流程

根據二次設備缺陷驗證體系，并綜合多起二次設備缺陷試驗驗證案例，建立二次設備缺陷試驗驗證流程如圖3所示。將二次設備缺陷試驗驗證分為兩個階段，即缺陷原因分析驗證階段和整改措施驗證階段。整個缺陷試驗驗證流程使二次設備缺陷的處理形成閉環。

1)缺陷原因分析驗證階段

此階段主要對缺陷原因開展深入的分析，首先通過相關設備運行情況的分析、報文和故障錄波的分析，推測出缺陷產生的具體原因，在此基礎上針對推測出來的缺陷原因，開展專項試驗，以驗證推測的缺陷原因是否正確。若驗證通過，則缺陷原因分析結束；若驗證未通過，則需再次進行缺陷原因推測，并進行試驗驗證直至驗證通過。

2)整改措施驗證階段

此階段主要對缺陷二次設備的整改措施開展驗證。首先，針對上一階段分析出來的缺陷原因提出整改措施。其次，為驗證缺陷的整改是否影響到設備的正常功能，需對整改后的設備開展常規試驗，若設備未通過常規試驗則需重新提出整改措施。最后，若設備通過常規試驗，則進行針對缺陷原因的專項試驗，以驗證相同缺陷是否會再次發生。若專項試驗未通過，則需返回到提出整改措施這一步；若專項試驗通過，則整個缺陷試驗驗證流程結束。

圖3 二次設備缺陷試驗驗證流程

3 結 語

對智能變電站二次設備缺陷試驗驗證技術開展了研究，建立了二次設備缺陷試驗驗證體系，從中梳理出智能變電站二次設備缺陷試驗驗證的通用流程。所提出的方法彌補了現有二次設備缺陷處理流程的不足，將缺陷定位至芯片級、原理級，可徹底防止類似缺陷再次發生，使二次設備缺陷處理形成了閉環。