繼電保護遠方智能檢驗技術研究

黃國平，黃華斌，許丹盈

（1.南方電網(wǎng)廣東佛山供電局，廣東 佛山 528000；2.南方電網(wǎng)廣東廣州供電局，廣東 廣州 510000）

0 引言

繼電保護是快速正確地切除電網(wǎng)故障設備，防止事故擴大，保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的第一道防線［1-3］。因此要保證電網(wǎng)安全、可靠、穩(wěn)定運行，就必須加強繼電保護裝置及其二次回路的維護。目前，國內外廣泛采用的是定期停電檢查保護裝置本體和二次回路的功能和狀態(tài)。傳統(tǒng)停電定檢方法存在工作量大、停電風險及有效性不足等弊端，必須探索繼電保護定檢新技術、新方法。隨著繼電保護裝置信息開放及共享程度的提高［4］，繼電保護系統(tǒng)支持連續(xù)監(jiān)測關鍵的狀態(tài)信息，并支持以通信的方式輸出這些信息［5-6］，利用多種自動化手段和計算機技術集中存儲、綜合分析、統(tǒng)一展現(xiàn)［7］，利用冗余信息還能加強信息準確性，將有效提高保護的性能等等［8］，使得突破傳統(tǒng)停電定檢模式的遠方不停電定檢新模式成為可能。

國內外許多專家或學者對繼電保護的定檢新方法進行了一些研究和探索。文獻［9］建立描述各組件在不同運行狀況下的故障率分布模型DTDS（Degradation-Threshold and Degradation-Shock），以實現(xiàn)智能變電站繼電保護系統(tǒng)的檢修策略優(yōu)化。文獻［10］智能變電站故障信息模型的繼電保護在線監(jiān)測方法可實現(xiàn)繼電保護關鍵狀態(tài)的辨識，并實現(xiàn)精準的故障定位。文獻［11］探索提出了保護裝置高保真不停電檢驗新技術，只是通過保護裝置面板下達分閘指令，并未真正實現(xiàn)保信主站遠方不停電傳動的嘗試。文獻［12］-文獻［13］主要涉及檢修相關技術研究。文獻［14］-文獻［15］主要涉及繼電保護二次回路故障診斷技術研究。文獻［16］主要涉及跳合閘回路監(jiān)測技術研究。文獻［17］主要涉及間隔設備定檢作業(yè)的智能系統(tǒng)研究。文獻［18］南方電網(wǎng)《繼電保護通用技術規(guī)范》對保護裝置提出了界面菜單不停電傳動功能的技術要求，線路保護不停電傳動操作后能快速跳閘和重合閘，從而檢驗保護動作行為和跳合閘回路正確性，但也沒有要求保護遠方不停電傳動功能。 文獻［19］專利CN201910341499.5《一種適用于線路保護裝置的遠方不停電傳動校驗方法》主要通過智能遠動機遙控下達不停電傳動命令給正常供電線路的保護裝置，由線路保護裝置本體判斷各條件滿足后執(zhí)行不停電傳動出口跳開斷路器，智能遠動機沒有實現(xiàn)遠方不停電傳動條件的判斷，不能對遠方不停電傳動進行在線監(jiān)視及智能診斷，只能人工查看分析保護裝置和測控后臺的信息，沒真正解決保護裝置如何實現(xiàn)遠方不停電檢驗的問題。文獻［20］-文獻［31］主要涉及繼電保護二次回路的技術研究。以上文獻均未對繼電保護遠方不停電檢驗技術的研究。

本文擬通過研究保信主站實現(xiàn)繼電保護不停電檢驗技術，是通過保信主站下發(fā)“遠方不停電檢驗預判條件”命令到智能錄波器，智能錄波器獲取該保護設備的開入、開出開關量、保護定值區(qū)及定值、電壓電流模擬量、出口回路、重合閘充電狀態(tài)等信息，進行不停電檢驗條件判斷并形成報告上傳給保信主站，條件判斷符合遠方不停電檢驗技術要求后，保信主站下發(fā)“遠方不停電傳動檢驗”命令，通過智能錄波器觸發(fā)保護裝置出口的方式進行遠方不停電檢驗，并自動形成不停電檢驗報告。因此，保護裝置應建模增加遠方不停電傳動控點支持遠方不停電傳動。

由于遠方不停電檢驗是在遠方進行的，必須有保證其安全性的措施，因此，采用保護裝置、智能錄波器、保信主站三道安全防線保證其遠方不停電傳動的安全性，應在各級遠方不停電傳動前判斷是否滿足傳動條件，確定保護是否允許傳動，做到安全傳動。最后，通過實際工程試點應用，驗證其正確性與有效性，為遠方不停電檢驗取代傳統(tǒng)停電檢驗提供有力的技術支撐和依據(jù)。

1 繼電保護傳統(tǒng)停電定檢效率低及有效性不足分析

傳統(tǒng)停電定期檢驗效率低和有效性不足主要表現(xiàn)如下：

1）效率低主要表現(xiàn)

①調度必須進行運行方式轉換、進行負荷轉移，定檢完成后又要恢復運行方式及轉移的負荷；

②運行人員必須進行一次設備的停電操作并做好安全措施，定檢完成后又要恢復安全措施并進行一次設備送電操作；

③繼保人員必須提前一天辦好工作票，次日到變電站等待運行人員許可；許可后做好二次安全措施并按照檢驗作業(yè)指導書設定的要求開展定檢；定檢完成后又要恢復措施并結束工作票；

2）有效性不足表現(xiàn)

①定期檢驗增加了人為作業(yè)對設備的影響。現(xiàn)有定檢在將待檢修設備隔離的過程中，由于需要在二次回路上進行大量的接線、解線工作，一旦作業(yè)失誤，甚至會造成誤碰、誤接線等隱患，進而引發(fā)保護不正確動作。

②能反映單一間隔內加量時本間隔保護功能的好壞，但不能反映相鄰間隔加量時本間隔的保護響應情況。

③能反映單一保護元件的狀態(tài)，但不能反映不同保護元件間的響應配合情況。如主保護動作時后備保護的響應情況和動作時限的校驗，以及主后備保護的時序配合。

④通常無法檢驗出保護原理中的異常。

2 保信系統(tǒng)遠方不停電定檢技術

基于停電定檢模式效率低及有效性不足，本文提出了基于保信系統(tǒng)通過智能錄波器獲取保護裝置狀態(tài)信息并進行預判，實現(xiàn)保信主站遠方不停電定檢保護功能的新技術。保信系統(tǒng)遠方不停電定檢整體信息流如圖1所示。

從圖1可知，保信主站與站端智能錄波器、站端智能錄波器與保護裝置和測控設備之間均采用MMS（Multimedia Messaging Service）網(wǎng)通信，主要傳輸跳閘命令、位置狀態(tài)以及定檢報告所需的其他信息；智能變電站保護裝置與智能終端之間采用GOOSE（Generic Object Oriented Substation Event）網(wǎng)通信；常規(guī)站保護裝置和操作箱采用以太網(wǎng)通信，主要傳輸跳閘命令、斷路器位置、出口信號等信息。

圖1 遠方不停電定檢整體信息流Fig.1 The overall information flow in remote non power outage

智能錄波器的管理單元與采集單元及站內其他裝置信息交互通信模式，如圖2所示。

圖2 智能錄波器的管理單元與采集單元及站內其他裝置信息交互通信模式Fig.2 The communication mode between the Management Unit of the Intelligent Recorder,the acquisition unit and other devices in the station

智能錄波器接入變電站過程層與站控層的網(wǎng)絡接口應采用相互獨立的數(shù)據(jù)接口控制器，在任何情況下上述各網(wǎng)絡接口之間均不應出現(xiàn)數(shù)據(jù)滲透。

1）管理單元信息交互

①保護裝置通過站控層C1 網(wǎng)接入管理單元，采集單元通過站控層C2網(wǎng)接入管理單元；

②管理單元與保護裝置之間信息交互：如MMS報文、文件（錄波文件、定值文件、檔案文件、告警文件和CID文件等；

③管理單元與采集單元之間交互信息內容見表1。

表1 管理單元與采集單元之間交互信息內容Table 1 Contents of mutual information between Management Unit and collection unit

2）采集單元信息交互

①保護裝置、智能終端報文通過過程層網(wǎng)絡接入采集單元，站控層報文通過站控層交換機鏡像端口接入采集單元。

②過程層交換機可通過過程層網(wǎng)絡或獨立網(wǎng)絡接入采集單元，采集單元與過程層交換機之間可通過GOOSE 報文獲取交換機工作狀態(tài)、告警等信息，也可通過MMS 報文獲取交換機裝置模型、配置文件、工作狀態(tài)和告警等信息。

③采集單元應通過不同的通信插件分別接入過程層網(wǎng)絡和站控層網(wǎng)絡，采集單元與站內其他裝置間交互的信息見表2。

表2 采集單元與站內其他裝置間交互的信息內容Table 2 Information content of the interaction between the acquisition unit and other devices in the station

2.1 遠方不停電定檢監(jiān)測預判技術的實現(xiàn)

由于遠方不停電定檢是在遠方進行，必須對站端保護裝置和測控裝置狀況、跳合閘回路狀況、開關狀況等進行檢查，智能錄波器通過DL/T 860 MMS與站控層保護裝置和測控裝置通信，可以獲取到保護裝置和測控裝置的所有信息，其中包括與遠方傳動相關的位置信息、狀態(tài)信息、電壓電流采樣、開入、壓板、定值、重合閘充電狀態(tài)等信息，并對相關信息進行不停電定檢前的預判，目的是保證保護裝置及回路無任何異常，同時，把預判分析的結果以報告方式傳給保信主站。預判邏輯如下：

1）“運行狀態(tài)”：檢查當前時刻保護裝置是否有啟動或異常告警。因保護裝置有任何啟動或告警存在都不允許遠方不停電傳動，無啟動且無告警點時為0，判斷結果為正常，如果有啟動或有任一告警時為1，判斷結果為異常。此項在打開保護遠方不停電傳動界面時自動比對一次，然后實時判斷實時顯示。異常時支持查看當前的異常信息。

2）“采樣狀態(tài)”：將保護的采樣值與其他設備的同源數(shù)據(jù)比較，如果誤差在允許范圍內（一般為±3%）則認為采樣的判斷結果正常，否則判斷結果為異常。優(yōu)先考慮與智能錄波器采集單元的采樣值比對，其次考慮與另一套線路保護的采樣值比對，第三考慮與測控的采樣值進行比對。若智能錄波器未配置采集單元或采集單元不支持上送采樣值，220 kV保護可采用與另一套線路保護的采樣值比對的方式，110 kV保護可采用與測控采樣值比對的方式。此項在打開保護遠方不停電傳動界面時自動比對一次，然后為定時比對。異常時支持查看采樣值比對差異情況。

3）“定值狀態(tài)”：對保護召喚一次定值，將其與標準值做比較，如果完全一致則判斷結果為正常，如果有定值不一致則判斷結果為異常。此項在打開裝置的遠方不停電傳動界面時自動觸發(fā)比對。異常時支持查看定值比較差異情況。

4）“壓板狀態(tài)”：取實時庫中當前壓板狀態(tài)，與預先設置的基準值比較，如果完全一致則判斷結果為正常，如果有不一致則判斷結果為異常。此項打開裝置的遠方不停電傳動界面時自動比對一次，然后為實時判斷實時顯示。異常時支持查看壓板狀態(tài)差異情況。

5）“重合閘充電狀態(tài)”：實時檢查重合閘是否充滿電，只有在充滿電時才符合遠方不停電傳動的前提條件。

6）“遠方操作硬壓板狀態(tài)”：遠方操作硬壓板是否投入，只有在投入時才符合遠方不停電傳動的前提條件。

7）“檢修硬壓板狀態(tài)”：檢修硬壓板是否退出，只有在退出時才符合遠方不停電傳動的前提條件。

8）與上次傳動時間間隔是否超過1 min。如未超過1 min將不能進行遠方不停電傳動，以確保保護裝置及回路恢復正常條件的時間。

上述8 個條件全部滿足則判斷結果為正常，其中有一個不滿足均為結果異常。結果異常時，自動將“下發(fā)傳動命令”按鈕閉鎖，不允許進行遠方傳動操作。其中重合閘充電滿+遠方操作硬壓板投入+檢修硬壓板退出的條件在保護收到不停電傳動命令時也會判斷，但為進一步保證操作安全，在智能錄波器中提前進行預判。智能錄波器實現(xiàn)遠方不停電傳動預判流程圖如圖3所示。

圖3 智能錄波器遠方不停電傳動預判流程圖Fig.3 Prejudging flow chart of remote recorder for intelligent recorder

基于設備運行信息的預判檢驗可實時進行，無需變動現(xiàn)有二次回路，通過智能錄波器綜合分析數(shù)據(jù)既可確認設備的關鍵狀態(tài)，提前判別狀態(tài)變化的趨勢，并把相關信息直接傳送給保信主站，保證了遠方不停電傳動的可靠性。

2.2 保信主站遠方不停電定檢技術的實現(xiàn)

保信主站通過主子站IEC61850 規(guī)約與智能錄波器建立通信。保信主站首先要判斷各通信狀態(tài)是否正常，對應廠站保護裝置模型是否一致。當從保信主站發(fā)起遠方不停電傳動時，保信主站通過智能錄波器獲取預判報告（包含保護重合閘充電狀態(tài)、開關位置、運行區(qū)定值、告警狀態(tài)等）確認保護裝置是否具備安全出口條件后，針對保護裝置下發(fā)遠方不停電傳動控制令。在傳動結束后，接收智能錄波器形成的傳動報告。保信主站遠方不停電定檢流程圖，如圖4所示。

圖4 保信主站或子站端遠方不停電定檢流程圖Fig.4 Flow chart of remote non outage regular inspection at the main station or sub station of SINOSURE

保信主站發(fā)起遠方不停電傳動，首先需要選擇線路間隔的保護裝置，選擇正確后再向保護裝置下發(fā)“遠方不停電傳動”命令，保護裝置在收到選擇+執(zhí)行命令時均有顯示記錄。保護裝置收到不停電傳動控制令后，保護裝置也將自檢是否滿足不停電傳動條件，滿足后執(zhí)行控制命令出口跳閘并重合，保護自檢不滿足不停電傳動條件時會禁止執(zhí)行控制命令并返回控制失敗命令，保護會將不停電傳動控制過程中的所有信號上送至智能錄波器，智能錄波器再上傳給保信主站。

遠方不停電傳動定檢完成后，智能錄波器能及時形成定檢報告，報告內容包括傳動前裝置狀態(tài)、傳動過程中的收到命令時間、開關跳閘時間、重合閘時間、傳動結果結論、定檢人員簽名等。保信主站能將定檢報告導出成WORD或者PDF格式文件。

2.3 遠方不停電定檢的安全風險管控

遠方不停電傳動需要優(yōu)先考慮安全問題，避免誤傳動或因傳動造成停電事故。因此，采用保護裝置、智能錄波器、主站三級傳動三道防線安全阻斷原則，在各級傳動前應判斷傳動條件，確定保護是否允許傳動，做到安全傳動。

2.3.1 保護裝置安全傳動

保護裝置是遠方不停電傳動命令的執(zhí)行者，保護應在運行狀態(tài)完全正常情況下執(zhí)行傳動操作，否則閉鎖傳動，拒絕遠方不停電傳動命令，筑起安全傳動的第一道防線。線路保護傳動條件如表3所示。

表3 線路保護傳動條件Table 3 Transmission conditions of line relay protection

2.3.2 智能錄波器安全傳動

智能錄波器界面實時監(jiān)測保護運行狀態(tài)完全正常，才能執(zhí)行傳動操作，發(fā)起保護遠方不停電傳動命令，否則閉鎖智能錄波器界面?zhèn)鲃硬僮?，筑起安全傳動第二道防線。智能錄波器的線路保護傳動條件如表4所示。

表4 智能錄波器的線路保護傳動條件Table 4 Transmission conditions of line relay protection in intelligent recorder

2.3.3 保信主站安全傳動

主站實時監(jiān)測保護運行狀態(tài)完全正常，才能執(zhí)行傳動操作，發(fā)起保護遠方不停電傳動命令給智能錄波器，再由智能錄波器轉發(fā)給保護，否則閉鎖主站界面?zhèn)鲃硬僮?，筑起安全傳動第三道防線。

主站傳動條件信息來源于智能錄波器上送信息，主站傳動條件與智能錄波器基本一致，也可擴展增加其他傳動條件。

3 遠方不停電定檢的效果分析

3.1 檢驗效能對比

基于保信系統(tǒng)的遠方不停電定檢技術在廣東省佛山市220 kV松夏站進行實例化應用，減負增效效果顯著。以110 kV 松紅聯(lián)線定檢為例分析遠方不停電定檢與傳統(tǒng)停電定檢在安全性、可靠性、減負增效等方面的差異。定檢對比流程圖如圖5所示。

由圖5 可知，采用遠方不停電定檢可以減去工作負擔：①辦理工作票；②線路停電操作；③二次措施單；④絕緣檢查；⑤邏輯校驗；⑥端子緊固及整組傳動；⑦措施恢復；⑧辦結工作票；⑨送電操作；⑩出定檢報告；工作人員減少；定檢時間大大減少。

其中④絕緣檢查包括交流回路與直流回路絕緣檢查，交流回路絕緣檢查可由同源不同繞組采樣對比替代檢查并可靠，因為TA、TV 同源不同繞組采樣應一樣，如不一樣，說明某繞組的二次回路絕緣有問題，必須進行缺陷處理。直流回路絕緣檢查可由直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)測裝置完成。⑤邏輯校驗，因為微機保護的邏輯非常成熟，出廠及驗收校驗后，保護裝置本體的軟硬件缺陷由于在外部擾動前就被發(fā)現(xiàn)，運行中邏輯出錯的幾率幾乎為0；⑥端子緊固及整組傳動，驗收時全面緊固端子后，基本上沒有發(fā)現(xiàn)松動的端子；反而發(fā)現(xiàn)由于停電定檢進行緊固端子，由于用力不當造成端子螺絲滑絲而引起事故的發(fā)生；遠方不停電傳動就是完成整組傳動；⑩出定檢報告，即時自動形成報告并可以打印，無需人員輸入檢驗數(shù)據(jù)，比停電定檢出具報告要快速；工作人員減少，工作人員從6人（繼保人員最少4人、運行人員最少2 人在現(xiàn)場）減至3 人（繼保人員2人、運行人員1 人在現(xiàn)場或無需人員在現(xiàn)場）；定檢工作時間大大減少，從2 d（包括停送電時間）減少至2 h；大大實現(xiàn)了增效減負。

3.2 兩種定檢方式的故障處理一致性

1）遠方傳動開關時，如有閉鎖傳動的條件產生，說明保護裝置有異常，必須進行處理，也達到了定檢的目的。

2）遠方傳動開關，如開關拒動，說明開關機構有問題，定檢的目的就是要提前發(fā)現(xiàn)設備缺陷而進行消除，從而轉檢修流程進行處理。

3）遠方傳動開關，如開關拒重合，說明重合閘回路或合閘回路有問題，定檢的目的就是要提前發(fā)現(xiàn)設備缺陷而進行消除，從而轉檢修流程進行處理。

4 結語

通過分析傳統(tǒng)停電定檢方法效率低及有效性不足，提出基于保信系統(tǒng)的繼電保護遠方檢驗新方法。保信主站通過主子站IEC 61850 規(guī)約與智能錄波器建立通信，智能錄波器通過DL/T 860 MMS與站控層保護裝置和測控裝置通信，獲取到保護裝置和測控裝置的所有信息并進行“遠方不停電傳動”條件預判，8 個預判條件全部滿足才能進行遠方傳動。通過“遠方不停電傳動”觸發(fā)保護裝置出口，使保護跳閘后再重合，并自動形成檢驗報告。

充分考慮了不停電傳動的安全性，并與傳統(tǒng)停電檢驗方法進行了效能對比，有效解決了一次設備停電困難、停電定檢效率低、存在誤觸碰風險等問題，為今后繼電保護裝置不停電檢驗的推廣提供了重要參考。