智能站繼電保護(hù)二次回路在線監(jiān)測與故障診斷

李東福

國網(wǎng)長春供電公司

智能站繼電保護(hù)二次回路在線監(jiān)測與故障診斷

李東福

國網(wǎng)長春供電公司

隨著智能變電站推廣建設(shè)，二次系統(tǒng)引入了合并單元、智能終端、過程層交換機(jī)等智能組件，二次設(shè)備種類及數(shù)量繁多，一些傳統(tǒng)的檢修手段已不再適用。如何有效地管理監(jiān)測二次設(shè)備智能組件及相關(guān)回路狀態(tài)，并及時作出智能診斷是電力系統(tǒng)安全運(yùn)行維護(hù)所必須面對的問題，目前以智能變電站二次虛回路為對象，研究利用智能站豐富的狀態(tài)信息和通信數(shù)據(jù)進(jìn)行二次回路在線監(jiān)測的方法日益廣泛。本文將對目前較為實(shí)用的檢測與診斷方法進(jìn)行綜合闡述與對比。

智能變電站；虛回路；在線監(jiān)測

智能變電站有數(shù)據(jù)共享方便﹑二次回路簡單﹑節(jié)約投資和占地少等優(yōu)點(diǎn)，是未來的發(fā)展趨勢。傳統(tǒng)變電站的電纜被光纖回路所取代，通信網(wǎng)絡(luò)取代了傳統(tǒng)的二次回路，數(shù)字信號取代傳統(tǒng)物理電氣信號，實(shí)現(xiàn)了二次設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化，可以通過在線的通信數(shù)據(jù)交互，對虛回路的物理通斷和邏輯正確性進(jìn)行校驗(yàn)，有效的提高了變電站運(yùn)行維護(hù)的智能化水平。本文將初步討論實(shí)現(xiàn)智能變電站二次虛回路的在線監(jiān)測及回路故障診斷的方法。

1 基于綜合應(yīng)用服務(wù)器的在線監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)

圖1 二次回路在線監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)

在線監(jiān)測系統(tǒng)利用光模塊器件的傳感技術(shù)，二次設(shè)備采用具有溫度﹑光強(qiáng)傳感功能的光模塊即可實(shí)現(xiàn)光功率和光口溫度的采集。過程層通信報文可以通過過程層網(wǎng)絡(luò)獲得；二次回路告警事件可以通過站控層網(wǎng)絡(luò)獲得。在現(xiàn)有智能變電站架構(gòu)基礎(chǔ)上，利用故障錄波單元作為狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的一部分。二次回路在線監(jiān)測的系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。整個系統(tǒng)可分為主站系統(tǒng)和子站系統(tǒng)：主站系統(tǒng)部署在調(diào)度端；子站系統(tǒng)的軟件功能部署在站內(nèi)的綜合應(yīng)用服務(wù)器和故障錄波管理單元上。故障錄波管理單元負(fù)責(zé)上送信息到綜合應(yīng)用服務(wù)器，并在線校驗(yàn)通信鏈路的正確性；綜合應(yīng)用服務(wù)器負(fù)責(zé)在線監(jiān)視設(shè)備健康狀態(tài)，在二次回路發(fā)生故障時快速診斷，并上送給調(diào)度端的主站系統(tǒng)。主站系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)記錄并報告子站上送的各種信息。

故障診斷系統(tǒng)基于綜合應(yīng)用服務(wù)器上的專家系統(tǒng)，該專家系統(tǒng)根據(jù)不同的故障現(xiàn)象建立，然后根據(jù)具體現(xiàn)象推測出最可能的故障點(diǎn)。故障診斷專家系統(tǒng)是狀態(tài)檢修中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它以設(shè)備的狀態(tài)信息監(jiān)測為基礎(chǔ)，運(yùn)用專家知識庫中存儲的大量領(lǐng)域知識和經(jīng)驗(yàn)，提取反映二次設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的自檢信息，通過模擬人類專家的思維決策過程對信息進(jìn)行推理和判斷，判斷設(shè)備是否存在故障，確定故障的原因﹑位置及性質(zhì)，得出分析結(jié)論，指導(dǎo)維修計(jì)劃。

2 基于多參信息量的在線監(jiān)測及故障診斷方法

該方法主要是結(jié)合網(wǎng)絡(luò)報文記錄分析裝置在智能站的功能特點(diǎn)，通過配置網(wǎng)絡(luò)報文記錄分析裝置與智能設(shè)備之間的鏈路對應(yīng)關(guān)系，提取與二次虛回路相關(guān)的核心報文數(shù)據(jù)，上送至調(diào)度端進(jìn)行綜合分析，同時提出了SV﹑GOOSE 網(wǎng)絡(luò)鏈路狀態(tài)以及繼電保護(hù)設(shè)備的在線監(jiān)測與診斷策略。

在該系統(tǒng)中，采集主要由網(wǎng)絡(luò)報文記錄分析裝置完成，同時考慮到過程層和站控層間的網(wǎng)絡(luò)報文數(shù)據(jù)量巨大，存在大量的冗余與非重要的信息，對調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)造成很大的壓力，站端裝置采集到數(shù)據(jù)后需要進(jìn)行數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)﹑過濾以及篩選。根據(jù)系統(tǒng)以及研究需求，將在線監(jiān)測信息分為穩(wěn)態(tài)﹑暫態(tài)以及狀態(tài)文件，其中暫態(tài)文件指的是當(dāng)鏈路中出現(xiàn)重要告警(如回路斷鏈等)時，由裝置將該時刻APPID 對應(yīng)的所有鏈路信息進(jìn)行整理生成的文件。穩(wěn)態(tài)文件則是記錄長時間監(jiān)測信息(如溫度﹑光強(qiáng)﹑電壓電流等)文件，狀態(tài)文件為監(jiān)測鏈路實(shí)時通斷狀態(tài)的文件。該系統(tǒng)既存儲站端上送的信息，同時也進(jìn)行實(shí)時診斷分析，同時統(tǒng)計(jì)分析狀態(tài)信息的長期變化規(guī)律，并結(jié)合裝置異常時的狀態(tài)特征，評估健康狀況，做出診斷決策。該方法對網(wǎng)分裝置進(jìn)行功能提升，通過將告警進(jìn)行梳理與篩選并上送至調(diào)度端進(jìn)行綜合分析，可有效實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)繼電保護(hù)設(shè)備及回路在線監(jiān)測與故障診斷分析。

3 基于SCD及CID文件在線監(jiān)測及故障診斷方法

該方法通過配置工具將智能變電站的SCD文件和CID文件導(dǎo)入分析平臺，將站內(nèi)二次設(shè)備和二次回路的信息提取到數(shù)據(jù)庫，獲取設(shè)備間的通信配置和數(shù)據(jù)傳輸關(guān)系，建立狀態(tài)監(jiān)測模型；過程層設(shè)備通過SV/GOOSE網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行組網(wǎng)，系統(tǒng)通過對故障錄波﹑網(wǎng)絡(luò)分析儀等的抓包檢測過程層設(shè)備狀態(tài)，同時，過程層設(shè)備會將通信狀態(tài)信息上送間隔層設(shè)備，間隔層設(shè)備則通過MMS網(wǎng)絡(luò)上送后臺監(jiān)控主機(jī)，系統(tǒng)通過對站控層網(wǎng)絡(luò)抓包，獲取站內(nèi)通信鏈路(二次回路)的狀態(tài)；系統(tǒng)將獲取的二次設(shè)備和二次回路的狀態(tài)信息與SCD文件進(jìn)行比對，驗(yàn)證SCD的數(shù)據(jù)集配置和過程層通信鏈路的一致性，進(jìn)行故障診斷，并將診斷結(jié)果進(jìn)行輸出，系統(tǒng)構(gòu)架如圖2所示。

二次回路在線監(jiān)測與診斷包括兩方面：一是物理鏈路的通信狀態(tài)，二是邏輯數(shù)據(jù)鏈路的狀態(tài)。其中在邏輯鏈路通信狀態(tài)中發(fā)送方和接收方可以是過程層的智能組件和間隔層的智能設(shè)備，也可是過程層交換機(jī)，通信鏈路主要指點(diǎn)對點(diǎn)光纖。如果通信鏈路發(fā)生異常，發(fā)送方無法做出通信鏈路是否好壞的判斷，因?yàn)榘l(fā)送方只進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送；而接收方由于在規(guī)定時間內(nèi)沒有接收到數(shù)據(jù)，可以做出通信鏈路異常的判斷。因此鏈路監(jiān)視模塊應(yīng)依托于接收方的判斷實(shí)現(xiàn)通信鏈路的在線監(jiān)測。邏輯鏈路通信的在線監(jiān)測，其目的是保證SCD的數(shù)據(jù)集配置和過程層通信鏈路的配置保持一致。在IEC61850協(xié)議中，過程層SV和GOOSE數(shù)據(jù)的交互信息，包括通信信息和配置信息。這為邏輯鏈路通信的在線監(jiān)測提供了技術(shù)基礎(chǔ)，當(dāng)前設(shè)備制造廠商，大都對SV和GOOSE的數(shù)據(jù)配置進(jìn)行了在線校驗(yàn)，并且當(dāng)發(fā)生接收和發(fā)送配置不匹配的時將產(chǎn)生告警信息。因此通過對比分析SCD文件中的對應(yīng)配置信息，報文中的SCD配置信息，過程層裝置的SCD集成配置﹑接收配置﹑發(fā)送配置的一致性就可得到驗(yàn)證。若發(fā)生異常，則在線監(jiān)測系統(tǒng)將發(fā)出告警信息。

圖2 在線式故障監(jiān)測及診斷系統(tǒng)架構(gòu)

4 結(jié)論

通過對比分析上述三種智能站繼電保護(hù)二次回路在線監(jiān)測與故障診斷技術(shù)，不難發(fā)現(xiàn)目前主流監(jiān)測與診斷技術(shù)都依賴于變電站現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，基于IEC61850網(wǎng)絡(luò)平臺的共享性，使通信數(shù)據(jù)得到了更廣泛的共享與應(yīng)用。其優(yōu)化與改善的方向都是面向升級監(jiān)測與診斷系統(tǒng)的技術(shù)策略，充分利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)﹑網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及其配置文件。

筆者認(rèn)為文中第一種方法在工程應(yīng)用中更易于實(shí)現(xiàn)，充分利用智能站豐富的狀態(tài)信息實(shí)現(xiàn)二次回路在線監(jiān)測及診斷，其方法具有工程應(yīng)用價值。方法二和方法三其理論性更強(qiáng)，工程實(shí)用價值不如前者，需要升級現(xiàn)有站內(nèi)的設(shè)備后才能充分發(fā)揮其優(yōu)勢，但隨著智能變電站的逐步發(fā)展，技術(shù)的不斷創(chuàng)新，后者也會有更加廣泛的應(yīng)用前景。

[1]鮑凱鵬，謝剛文，曾治安，呂航，方圓.智能變電站二次回路在線監(jiān)測研究[J].智能電網(wǎng)，2014.

[2]高兆麗.智能變電站過程層故障診斷與狀態(tài)評估技術(shù)研究[D].山東大學(xué)，2015.

[3]李躍軍.智能變電站二次設(shè)備狀態(tài)評估模型及其應(yīng)用的研究[D].華北電力大學(xué)，2015.