智能變電站繼電保護在線運檢方法研究

劉 偉 胡光雄

（廣東交通職業技術學院，廣東 廣州 510400）

0 引言

智能變電站繼電保護在線運檢能夠掌握實時的運行情況，當運行存在異常情況時，就可以提前進行防范和處理，避免運行故障對電力系統的不良影響。傳統的運檢工作由人工進行，不僅對運檢人員的專業能力要求較高，還需要投入大量的物力和財力，一旦運檢人員存在漏檢誤檢、錯誤操作、欺上瞞下等行為，將產生極大的運行風險。在線運檢可以減少人工運檢的工作量，并達到更為嚴格和規范的運檢效果，有助于電網穩定運行。

1 在線運檢的需求及可行性

1.1 在線運檢的需求

在線運檢的需求可以分為3個部分，第一個部分是對繼電保護狀態的全面監測，需要在原有運檢項目的基礎之上增加繼電保護狀態監測項目，提升監測準確性和時效性，使在線運檢更真實和全面地掌握繼電保護狀態的相關情況。還需要對繼電保護狀態進行打包檢驗，保證繼電保護功能完好。并根據繼電保護不同組成部分的運行情況，對潛在的異常問題或異常趨勢進行分析。所以在線運檢的首要需求就是了解繼電保護運行是否良好，是否能夠準確執行運行命令和運行功能。

第二個部分是建立傳輸在線運檢數據信息的通道，在掌握繼電保護整體和各組成部分的運行狀態之后，需要將全部數據信息進行匯總，運檢人員可以根據數據信息明確繼電保護狀態的情況，還可以將數據信息作為參考依據，制定和適當地調整運檢工作規劃。在線運檢數據信息的傳輸必須保證實時性和準確性，才能避免運檢工作出現滯后或誤差等問題，使在線運檢可以掌握繼電保護狀態的準確情況。

第三部分是完善在線運檢的自動化和智能化等技術特性，傳統的人工運檢模式存在較大的弊端，在線運檢要做好與科學技術的結合，通過在線運檢實現自動運檢等功能，更符合智能變電站的性能要求，還具有相輔相成的促進作用，提高運檢工作的效率和質量。

1.2 在線運檢的可行性

與傳統變電站相比較，智能變電站的技術更加先進，能夠實現智能IED設備自檢、信息開放和信息共享、回路可檢測等功能，在此基礎之上，為繼電保護在線運檢提供了更多的技術革新思路[1]。尤其是人工運檢造成的問題屢見不鮮，可以通過智能變電站信息開放和信息共享等技術優勢，加強對信息的利用，設置在線運檢模式，可以掌握更多及時和有效的信息，完善在線運檢的各項功能。

對在線運檢運行方式的可行性探討，可以從運行方式的校驗方面著手，在支持開放傳輸定值區號、配置文件版本號和硬軟件版本號等裝置的基礎之上，為相應的運檢項目采集運檢數據信息，從而達到運檢目的。還可以采用可記憶已校驗運行方式配置的裝置，一旦繼電保護狀態與配置存在差異時，就能夠立即發出示警，提醒運檢人員進行相應的處理。

針對繼電保護狀態的檢驗情況，可以在支持開放傳輸逆變電源電壓和裝置CPU溫度等信息的裝置基礎之上，掌握相應運檢項目的運檢數據信息。但在進行回路絕緣電阻檢查時，還需要采用工具進行測量。進行寄生回路的情況檢查時，需要通過不同回路狀態的模擬方式進行檢查。進行逆變電源暫態性能的檢查時，需要滿足特殊條件后才可以校驗。所以部分設備的運行情況難以采用在線運檢的方式進行，需要根據具體的情況采取其他運檢方法。

為了保證在線運檢能夠滿足運檢需求，必須對在線運檢功能執行的正確性進行校驗。在傳統的運檢方法中，由于所需的設備信息較為單一，可以通過停電離線運檢的方式獲取。但電力一次系統和二次系統有較強的系統特性，不同設備和功能的信息之間都存在較大的相關性，可以將這個相關性作為在線運檢的基礎，對不同設備和功能的信息進行打包校驗，使在線運檢的信息采集、傳輸和保護等功能都可以實現。在支持開放傳輸警示信息或網絡狀態監測信息裝置的基礎之上，還可以對繼電保護狀態起到有效的監視和保護作用。還可以通過不停電傳動的方式，完成對功能執行正確性的的校驗。

由于設備運行環境會對運行情況產生較大的影響，所以對運行環境的校驗也極為重要，需要采用人工的方式進行運檢。

2 繼電保護在線運檢模式

2.1 基于保護配置信息的在線運檢方法

開放保護配置信息可以掌握各保護之間的配合情況，尤其是繼電保護各個狀態是否存在異常問題，都可以及時了解，便于及時處理，運檢思路如圖1所示。

圖1 基于保護配置信息的在線運檢思路

通過智能變電站全站配置文件中的各類信息對保護配置信息進行提取，還能夠掌握變電站一次系統和所有IED實例配置信息等信息，可以保證在線運檢的順利實施。

2.1.1 IED設備desc信息

可以從信息中了解到各間隔保護配置的情況，包括IED命名和設備類型等。對IED設備和一次系統關聯的情況，都可以通過SCD文件得到明確。

2.1.2 LN定值數據屬性

LN定值數據屬性包括在保護邏輯節點中，對保護元件的保護范圍和保護之間的配合關系等情況，都可以通過對LN定值數據屬性的解析獲得。

2.1.3 IED設備信息之間的訂閱關系

每個IED設備的SV和GOOSE報文訂閱關系中都包括了大量的信息冗余關系與關聯關系，可以通過對IED之間虛回路的描繪分析得到明確[2]。例如某一線路的保護設備和測控設備的GOOSE報文都可以由SCD文件獲得，就表明冗余關系在這2個設備的開關量信息之間存在。

2.1.4 LN新增數據屬性

保護屬性信息可以在支持開放中間繼電器動作狀態的智能設備基礎之上，從新增相關邏輯節點數據屬性中獲得。例如對過流保護邏輯節點PTOc的選相元件屬性PhSel進行擴展，就可以通過監測掌握選相元件的動作情況。保護配置信息的獲取可以對SCD文件進行解析，再采用此邏輯分析和一致性比較等在線運檢方法，掌握準確的運行狀態信息。

2.2 基于全景信息開放的在線運檢系統

如圖2所示，可以將上述在線運檢方法進行結合，建立起基于全景信息開放的在線運檢系統，滿足各項在線運檢的需求。

圖2 在線運檢系統架構示意圖

主站和信息采集單元作為系統中的主要結構，對整個系統的分析和指揮都由主站完成，對所需狀態信息的采集都由信息采集單元完成。整個系統在站控層和過程層中進行跨接，保證在線運檢系統能夠對各個間隔層設備、一次設備、站控層網絡設備、過程層網絡設備等信息進行實時采集，可以采用 SCD 文件輸入的方式獲取保護配置信息。

全景開放的所有信息都可以作為在線運檢系統的有力支撐，對信息進行分類可以了解設備狀態和運行狀態，獲取保護配置等信息集。尤其是信息集內包括了若干信息類別，可以采用不同的在線運檢方法對不同類別的信息進行處理，能更全面和實時地掌握狀態中潛在的異常問題，避免異常的擴大和加劇。

2.3 繼電保護運檢新模式

傳統運檢的應用歷史較長，積累了大量的運檢經驗，雖然在線運檢的技術性較強，但是在部分運檢項目中，在線運檢的劣勢也更為明顯，仍然需要采取傳統運檢的方式進行運檢。建立繼電保護運檢新模式可以綜合在線運檢和傳統運檢的各方面優點，對二者的不同之處進行協調，充分發揮出二者的優勢，彌補各自的不足。繼電保護運檢新模式如圖3所示。

圖3 繼電保護運檢新模式

當系統處于正常運行狀態時，繼電保護運檢新模式可以通過信息單元采集層獲取設備狀態信息，再根據獲取的信息進行繼電保護設備的在線運檢[3]。當系統存在運行異常時，獲取的異常信息就會提示異常報信信息的傳送，提醒運檢人員對設備運行問題進行處理。還需要結合日常巡檢和定檢項目等傳統運檢方式，對裝置外觀和回路絕緣電阻等無法在線運檢的項目進行運檢，通常將傳統運檢的周期固定為每日巡檢和三年定檢等。

一次系統的運行故障會引發繼電保護的正確動作，此時繼電保護系統的各類運行狀態信息將采集到信息采集單元中，再與保護配置信息相結合，通過在線運檢的基礎可以對繼電保護系統的運行狀態進行綜合評價。

3 繼電保護在線運維系統工程實踐

以2015年某市電網投運的變電站的繼電保護在線運檢系統為例，包括220kV和110kV變電站。數據采集層、數據應用層和數據展示層作為在線運檢系統的主要組成部分，承擔起在線巡檢的不同功能。

從功能架構可以看出，IEC61850和GOOSE/SV配置等全站數據配置都可以通過變電站SCD文件向在線運檢系統導入，還可以將所有數據存入二次路模型庫中，為后續的監測和分析提供準確的數據。了解變電站各層網絡的設備狀態信息，也可以通過在線運檢系統在變電站站控層網絡和過程層網絡的跨接進行采集。例如IEC6185通信可以為在線運檢系統提供設備狀態和壓板狀態等信息，滿足對繼電保護和相關設備狀態的監測需求。GOOSE和SV等報文的采集可以滿足對二次回路狀態進行監測和校驗的需求。

3.1 數據采集層

數據采集測層的功能作用極為關鍵，具體可以分為3個模塊：對各個裝置設備狀態的采集由IEC61850前置采集模塊進行，能夠掌握保護裝置和智能終端裝置等裝置的狀態情況；在線捕捉報文信息并對報文格式和內容進行解析由報文采集與分析模塊進行；完成文件導入和終端信息配置由二次回路配置模塊進行。

3.2 數據應用層

數據應用層需要達到較高的準確性標準，具體可以分為3個模塊：對采集模塊的設備狀態進行處理的是設備狀態監測模塊，通常采用綜合分析的方式，可以對設備運行的情況進行科學評估，如評估設備運行處于異常狀態，針對異常情況進行處理；對報文分析數據進行處理的是二次回路狀態監測模塊，通常采用數據綜合分析的方式，可以掌握二次回路物理鏈路和邏輯鏈路的狀態；二次回路模型庫中包括設備和交換機的部分是物理鏈路，包括邏輯信號和智能設備的部分是邏輯鏈路[4]。

3.3 數據展示層

數據展示層可以幫助運檢人員掌握數據的實際情況，根據數據顯示的不同類別可以分為4個模塊，包括設備狀態異常模塊、鏈路狀態異常模塊、邏輯鏈路圖形化模塊和物理鏈路模型化模塊。后臺監控系統還可以對在線運檢系統中的數據采集和處理等功能進行監管，實現網絡一體化的監管作用。

4 結語

繼電保護在線運檢能夠充分滿足智能化變電站繼電保護的運檢需求，既能夠掌握繼電保護設備的運行狀態，避免運行異常的情況，又能夠幫助運檢人員對運行趨勢進行分析，提前對運行風險進行防范，提高電力系統運行穩定性。但在線運檢還需要與傳統運檢方式相結合，確保繼電保護運檢的全面性，提高繼電保護運檢的質量和效率。