智能變電站二次回路故障診斷技術探討

摘要：隨著電力系統智能化進程的加速，傳統的二次回路故障檢測手段已難以滿足檢測速度與精度的要求。二次回路發生故障時，會引起二次保護裝置、測控裝置保護邏輯判別失靈，導致智能變電站現場出現開關誤動、拒動的現象，最終引發電力事故。在此背景下，系統地介紹了智能變電站二次系統故障診斷模型，并分析和提出了智能變電站繼電保護二次回路的在線監測要點，通過[A2]"故障診斷策略與實例驗證了系統在故障診斷方面的有效性和可行性。

關鍵詞：智能變電站 二次回路 回路故障 診斷技術

Exploration of Fault Diagnosis Technology for Secondary Circuit of Intelligent Substation

SHI Huiguang"" DONG Zhaofang""" WANG Junwei

Inner Mongolia Ultra High Voltage Power Supply Company， Hohhot， Inner Mongolia Autonomous Region， 010000 China

Abstract： With the acceleration of the intelligentization process of the power system， traditional secondary circuit fault detection methods are no longer able to meet the requirements of detection speed and accuracy. When the secondary circuit malfunctions， it can cause the protection logic discrimination of the secondary protection device and the measurement and control device to fail， resulting in switch misoperation and refusal to operate on site in the intelligent substation， ultimately leading to power accidents. In this context， a systematic introduction was made to the fault diagnosis model of the secondary system in intelligent substations， and the online monitoring points of the relay protection secondary circuit in intelligent substations were analyzed and proposed. The effectiveness and feasibility of the system in fault diagnosis were verified through fault diagnosis strategies and examples.

Key Words： Intelligent substation; Secondary circuit; Circuit fault; Diagnostic technology

自2009年國家電力公司率先開展智能變電站試驗項目以來，全國范圍內已成功投運超過5 000座智能變電站。這些智能變電站，涵蓋第一代與第二代技術，憑借高度集成化的設計與優化的布局，在提升經濟性、促進節能減排和環境保護方面展現出顯著優勢。然而，在實際運營過程中，智能變電站也暴露出維護工作量龐大、維護成本高昂等挑戰，這些問題已成為其進一步發展的瓶頸。因此，深入探索智能變電站二次回路故障診斷技術，已成為當前電網科技研究領域的熱點與難點問題。

1 智能變電站二次系統故障診斷模型

智能變電站二次系統作為電力體系的核心構成，承擔著監控、保護、計量等重要職責，是電網安全運行的基礎。該系統集成了先進的電子裝置與高效的通信網絡，為站內各項任務提供了全面支持。在此背景下，本文提出了一種基于神經網絡的新型故障診斷技術模型，專門針對智能變電站的二次回路設計。該模型整合了多種診斷所需要的特征信息，這些信息來源于“綜合自動化監控系統”（簡稱“綜自系統”）的報警信號、實時監測數據，以及設備診斷、報文診斷、配置校驗和集成診斷等多個獨立且協同工作的模塊^[1]。

1.1設備智能診斷模塊

此模塊充分利用綜自系統的報警信號與實時監測數據，對智能變電站二次系統的運行狀態實施全面監控，及時發現并準確識別任何異常狀況。設備故障涵蓋程序錯誤、硬件損壞、信息采樣異常（如ISG故障）、開關機構故障等多種類型。

1.2報文診斷模塊

該模塊借助網絡數據包監控與報警機制，針對智能變電站二次回路在故障時產生的通信網絡異常報警信息，進行精確分析，迅速鎖定異常位置和關聯設備。通信網絡故障具體可以劃分為通信鏈路中斷、交換機失效、信息報文錯誤等情形。

1.3配置校驗模塊

此模塊依據所有智能電子設備（Intelligent Electronic Device，IED）的結構參數，并結合智能變電站的配置文件中的信息，對所有IED的配置參數進行逐一核對，確保各IED處于正確的運行狀態。

1.4綜合診斷模塊

作為整個故障診斷技術模型的核心，該模塊負責整合并深入分析各診斷模塊的輸出結果，進行細致的推理與判斷，最終得出全面且精確的診斷結論。在評估類別中，特別關注智能變電站二次回路切換動作和保護邏輯異常的原因剖析，為故障處理提供了堅實的理論基礎與實踐指導。

2" 智能變電站繼電保護二次回路的在線監測

2.1" 系統架構設計

從系統整體布局來看，該系統包括了調度管控中心、繼電保護在線監控模塊、故障辨識單元、數據交互組件、網絡隔離與安全解析設備，以及防火墻與保護狀態在線評估裝置。這一架構設計不僅促進了繼電保護在線監控與故障診斷系統在信息傳輸與指令調度方面的有效整合，還通過調度端層級式地收集智能變電站二次回路的工作狀態信息，并對其進行指令處理。收集的數據經由開關聯動網絡體系被上傳至分析設備，用于后續線路運行數據的評估與線路分析，隨后將監控與診斷的反饋結果傳遞至二次回路，以實現故障的檢測。當二次回路遭遇異常或故障時，系統會即刻切換至保護模式，對故障部位進行深入剖析，并依據系統內存儲的數據與歷史故障案例，進行綜合判斷，最終生成線路故障統計報告，并提出與實際情況相符的故障處理方案與維修措施^[2]。

2.2智能變電站二次回路故障特性解析

為了精確鎖定智能變電站二次回路的故障位置，需要對其故障特性進行提取。采用配電開關監控終端（Feeder Terminal Unit，FTU）與傳感器，對智能變電站的二次回路實施不間斷的監測。FTU的數據采集過程具體為：首先，借助電流互感器、電壓互感器等設備，采集并轉換弧光故障的相關信息，然后將其傳送至FTU；FTU會對接收到的信號進行一系列的預處理，包括濾波、放大和數字化處理；FTU對預處理后的數字信號進行采樣與存儲，詳細記錄故障發生的具體時間、持續時間和故障電流的最大值；FTU利用RS485或Ethernet等通信接口，將采集到的數據傳送至上行控制單元（如配電網調度主站）進行進一步的分析與處理。

基于上述數據采集流程，本文構建了一個故障數據樣本集合G。在選取某一數據信號進行分析時，發現當信號成分的幅度較小時，故障信號的衰減速度會明顯加快。因此，在存在故障信號的情況下，需要適當地延長數據的采集長度，以便更準確地描述原始信號，其[A3]"表達式為

F=G?Σ（AUcosθ）"" （1）

式（1）中：A表示信號成分的數量；U表示信號的幅度；θ表示信號的初始相位。假設在t時刻系統接收到了故障信號，那么t時刻接收到的故障特征信號可以表示為

I=E（t）∫（ω+m）+F"" （2）

式（2）中：E（t）表示振幅；ω表示相位；m表示頻率調制參數。基于上述表達式，可以獲取t時間內接收到的故障特征信息，并對其進行頻率調制，從而得到調制后的故障信號。

L=E（t）∫{I（ω+m）+h（t）}"" （3）

式（3）中：h（t）表示頻率調制后相位的變化。接下來，對故障特征進行進一步的分析，其表達式為

R=arcsin（L/ΣN=1^N_O）"" （4）

式（4）中：L表示調試后的故障信號。綜上所述，成功地實現了智能變電站二次回路故障特性的提取與分析^[3]。

2.3操控機制、信號獲取與量測技術

首先，智能變電站的控制架構構建中，采用了110 V或220 V的高壓直流電源作為一次電氣設備的操控能源，并借助硬接線的物理連接方式，將一次設備與計算機化的監控管理系統實現無縫對接，以實現對智能變電站的整體性管理。此外，在操作控制電路中嵌入了電力監控的反饋機制，確保了對跳閘與合閘操作的閉環式監控。在指示燈持續點亮的工作模式下，該機制構建了防跳躍的預設功能，以保障防跳躍電路的穩定運行。在操作電路中系統還采用了雙指示燈配置的照明設計，[A4]"以在供電線路中斷時能夠迅速向運維人員發出警告信號，并通過遠程遙控的方式對高壓隔離開關進行操控，使得10kV及以下電壓等級的電源隔離與接地開關能夠在現場靈活操作。這一設計確保了隔離開關、接地開關以及母線開關均具備完備的操作閉鎖邏輯，且各回路的供電是彼此獨立的，從而提升了繼電器次級電路設備的使用效能。

其次，在信號獲取系統的構建層面，系統通過硬接線設備與通信技術的結合，將各類信號數據匯總至計算機監控系統中進行實時監測。系統采用了高壓切換量輸入的電路電壓設計，以增強信號采集的穩固性與可靠性。運維人員可以根據實際需求設定同一信號單元，以提升對同類測試設備的監控效能。在開關量與狀態量的采集過程中，系統能夠確保真實切換的狀態與系統內部記錄保持一致，從而實現與繼電保護裝置、安全自動裝置、故障信號配置等監控體系的緊密關聯與極限狀態監控。此外，交流不間斷電源系統、直流電源系統等關鍵基礎設施所產生的重要信號，均可被統一接入計算機監控系統中，以確保監控工作的全面性、過程監控的連續性和信號響應的及時性^[4]。

最后，在量測系統的構建過程中，計算機監控系統發揮著至關重要的監督作用。系統通過采用交流采樣技術或直流變送器的數據匯聚方式，進一步提升了相關交流電參數的測量精度。在此過程中，系統能夠確保測量回路的交流電流額定值保持在1 A或5 A的標準范圍內，并將交流額定電壓電路的設定值維持在100 V。這一設定使計算機監控系統能夠直接且高效地連接各電氣設備的監控信號，從而顯著提高了測量的精確程度和信號連接的密集程度。通過上述技術手段的綜合運用，智能變電站二次回路的故障診斷技術在操控機制、信號獲取與量測方面均實現了全面的優化與提升。

2.4電流與電壓回路配置

首先，在智能變電站中，電流互感器的安裝被用于強化其電流監測能力，并與變壓器的二次回路進行連接，同時將配電單元與端子排接地相結合，確保一次回路的額定電壓與電壓互感器的匹配需求得到滿足。其次，對于變壓器而言，在一次側斷開后，需要采取措施防止二次繞組發生反向充電現象，此時應確保一次側接地能夠集成于保護設備內部。對于設置于繼電保護室內的二次繞組，應定位其中心點，并在此位置進行接地處理。此外，氧化鋅閥片也被視為一種可行的接地方式^[5]。

2.5故障診斷技術的實施

首先，在智能變電站環境中，電網二次側的數據通過監測與控制裝置進行統一分析。控制裝置上的傳感器負責收集設備的工作狀態信息。利用采樣值（Sampled Value，SV）和面向通用對象的變電站事件（Generic Object Oriented Substation Event，GOOSE）網絡的信息傳輸功能，結合監測設備，確保在接收到信息的同時，能夠迅速定位故障點，對故障信息進行及時處理，并將處理方案通過信息系統反饋至監測系統。這樣，操作人員可以根據二次回路運行周期后的數據狀態，進行統一處理。在二次設備啟動時，網絡分析儀增強了數據傳輸的功能，使數據能夠通過網絡分析儀進行集中捕獲、整合與存儲。同時，在處理層對數據內容進行分組實時監測，解析后集中傳送至制造消息規范（Manufacturing Message Specification，MMS）系統。

其次，對于專用電纜，當數據進入終端后，若出現故障，則主要可能發生在信號發射器、光纜本身或最終數據連接終端。此時，技術人員需要執行以下步驟來判定二次回路的故障因素：首先，確認光纜線路中的插件是否一致、插頭是否存在問題，以及是否僅通過輔助電路即可解決問題；其次，技術人員基于數據變化情況，檢測邏輯連接中的數據問題，并通過警報設備的信息系統對關鍵數據節點的傳輸問題進行進一步處理，確保邏輯鏈路的工作流暢^[6]。

3 結語

綜上所述，通過對智能變電站二次回路故障檢測與診斷技術進行探討，分析了現有監測手段的局限性，并提出了一套智能化的監測與診斷體系。在此基礎上，提出了一種基于多傳感器信息融合的新型監測方法，為電網的安全、穩定運行提供了堅實基礎。

參考文獻

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