智能變電站繼電保護二次回路在線監(jiān)測

吳福明

（國網(wǎng)蘇州供電公司，江蘇蘇州 215000）

0 引言

隨著我國變電站技術(shù)快速發(fā)展，通信網(wǎng)絡(luò)化已逐漸取代二次回路，繼電保護也在朝著智能化和網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展。但仍有很多企業(yè)使用的是傳統(tǒng)的檢測方式，以網(wǎng)絡(luò)報文的方式進行設(shè)備和系統(tǒng)的分析和檢修，而這個過程中因受到多種原因的影響，而導(dǎo)致各種問題的不斷出現(xiàn)。因此需要加強對在線監(jiān)測和故障診斷技術(shù)的研究，加強智能檢測系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用。

1 智能在線監(jiān)測和故障診斷技術(shù)的優(yōu)勢

（1）在智能變電站的發(fā)展中，不斷融入網(wǎng)絡(luò)通信、數(shù)字傳輸、信息共享，讓變電站智能化水平不斷提高，變電站工作效率明顯提升。作為變電站中的關(guān)鍵部件，繼電保護裝置對于變電站智能水平有著重要影響。在傳統(tǒng)的變電站運行中工作人員發(fā)現(xiàn)異常情況時，會進行手工調(diào)解相應(yīng)的設(shè)備；定期對繼電保護設(shè)備進行巡檢，若在檢測中發(fā)現(xiàn)不正常情況及時進行相應(yīng)處理，或填報缺陷，或要求停運故障設(shè)備，經(jīng)過檢修調(diào)試正常后，才能繼續(xù)投入使用。相比于傳統(tǒng)的繼電保護裝置，在全面的測控技術(shù)下，智能繼電保護裝置改變了傳統(tǒng)的工作方式，變被動檢修為主動監(jiān)測，讓繼電保護效率大幅度提高，也節(jié)省了人工費用，減少了員工精力投入，讓繼電設(shè)備穩(wěn)定性大幅提高。

（2）智能變電站繼電保護設(shè)備具有更先進的調(diào)試方式，能夠從多個線路同時進行，設(shè)備中的配合性也得到提高。在日常運行時若電網(wǎng)中出現(xiàn)異常情況，繼電保護裝置將通過智能控制功能進行自動調(diào)節(jié)，若自動調(diào)節(jié)無法解決時，可由人工方式二次修正。既減少了人工作業(yè)量，也使系統(tǒng)檢修效率大幅度提升。在系統(tǒng)的巡檢中，讓系統(tǒng)巡檢變得更加高效，智能變電站自身的診斷技術(shù)具有自動化特征，在運行過程中，只要出現(xiàn)微小異常，系統(tǒng)能夠快速進行修正，同時分析原因以供工作人員參考。該模式讓變電站巡檢效率大大提高，可以減少巡檢頻度，讓變電站成本有效降低，電力企業(yè)的經(jīng)濟收益有所增加。

2 繼電保護二次回路的在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)的整體構(gòu)架

在變電站中，傳統(tǒng)的二次回路逐漸被通信網(wǎng)絡(luò)所取代，應(yīng)用通信網(wǎng)絡(luò)，利用數(shù)字信號，能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備之間的互相連接，實現(xiàn)在線監(jiān)測。在系統(tǒng)構(gòu)架中，包含了主站系統(tǒng)、后臺系統(tǒng)、遠動裝置及站端裝置，主站系統(tǒng)設(shè)置在調(diào)度控制中心，其余設(shè)置在變電站內(nèi)。因此，新建智能變電站需要應(yīng)用在線監(jiān)測以及診斷的裝置，在數(shù)據(jù)采集端對運行情況進行分析，發(fā)揮出實際應(yīng)用性。

（1）主站系統(tǒng)建立在網(wǎng)絡(luò)記錄分析設(shè)備和保護設(shè)備基礎(chǔ)之上，兩者通過網(wǎng)絡(luò)或線路有效的連接在一起，從而能夠提取必要的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)上傳到網(wǎng)絡(luò)中進行數(shù)據(jù)分析，數(shù)據(jù)分析可以在調(diào)度端實現(xiàn)。在很多新建的智能變電站中，在線監(jiān)測和在線診斷是設(shè)置在數(shù)據(jù)采集端的基礎(chǔ)上。

（2）站端裝置的作用是采集和整理繼電設(shè)備的信息，同時對信息進行過濾和配置。在通信網(wǎng)絡(luò)中，如果出現(xiàn)了故障信息，故障信息能夠以最快速度被輸送到站端裝置，隨后將接收到的信息收集起來，經(jīng)過處理之后傳給后臺，同時通過遠動裝置傳遞給主站系統(tǒng)。在這個過程中，對于信息的收集和診斷需要建立在后臺監(jiān)控系統(tǒng)或主站系統(tǒng)，并將分析的結(jié)果呈現(xiàn)在監(jiān)控畫面上，以直觀的形式完成對故障的分析。

3 在線監(jiān)測信息

（1）運行狀態(tài)信息。裝置的運行信息主要包含：①軟件硬件自動檢查信息，自動檢查信息包含運行過程中裝置的溫度信息、電壓信息等，這些信息決定了繼電保護設(shè)備在線監(jiān)測的功能，向系統(tǒng)直接反映了設(shè)備的運行情況。②采樣值，也就是電流的信息，包含支路電流信息及差動電流信息，在電路運輸中如果出現(xiàn)故障情況，電流信息也會出現(xiàn)和往常不一樣的變化，因此需要檢測采樣值信息。③開關(guān)量，在長期運行的設(shè)備信息監(jiān)測中，不僅能監(jiān)測到故障情況，還能在數(shù)據(jù)記錄下對運行數(shù)據(jù)進行收集儲存，為系統(tǒng)日后的維護提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和依據(jù)。

（2）保護動作信息。在線監(jiān)測信息的保護動作信息，包含保護動作信號及動作出口信號。保護動作信號信息是指涉及到保護啟動、保護元件這一類運行信息。動作出口信號信息是指出口信息及動作時間信息。

（3）警告信號信息。在二次回路出現(xiàn)異常情況時，警告信號能夠準確反映出故障點的信息，能更加快速、準確地找到故障問題和運行信息，同時信息也能應(yīng)用于檢修工作中，便于智能變電系統(tǒng)的維護。警告信號信息主要包含，①采樣值的異常警告，如SV（Sampled Value，采樣值）鏈路終端信息、CT（Current Transformer，電流互感器）斷線信息、檢修狀態(tài)信息等，在運行過程中，監(jiān)測到的信息和平常情況不符合時，就會發(fā)出警告信號。②開入量的異常警告。開入量的異常信息包含GOOSE異常信息、開入量異常信息及鏈路中斷信息等，當監(jiān)測到異常情況時系統(tǒng)將會發(fā)出警告。③裝置異常警告。當系統(tǒng)出現(xiàn)閉鎖或失電情況時，系統(tǒng)將會發(fā)出警告信號。

4 在線監(jiān)測和故障診斷技術(shù)應(yīng)用

4.1 技術(shù)原理

（1）對SV/GOOSE鏈路診斷的原理。在系統(tǒng)運行當中，接收端的設(shè)備是按設(shè)定好的頻率運行，運行過程中能夠自動接收信號，如果設(shè)定頻率下沒有接收到信號，系統(tǒng)將會自動發(fā)出警告。GOOSE（Generic Object Oriented Substation Event，通用面向?qū)ο蟮淖冸娬臼录┚W(wǎng)絡(luò)是傳輸過程層和間隔層之間的數(shù)據(jù)和狀態(tài)量。系統(tǒng)中的保護裝置和終端間，使用的是GOOSE點點對應(yīng)的方式通信。SV是應(yīng)用在傳輸過程層和間隔層兩者之間的采樣值，系統(tǒng)中保護裝置和合并單元兩者間也是點點對應(yīng)的形式介入SV數(shù)據(jù)。由于系統(tǒng)的觀測源是一致的，將接收裝置的觀測源和接受裝置的監(jiān)測進行對比，然后根據(jù)警報裝置對故障進行定位分析。

（2）對交流回路診斷的原理。在智能系統(tǒng)運行過程中，對二次回路流量的監(jiān)測，使網(wǎng)絡(luò)記錄分析裝置和保護裝置相結(jié)合，對信息進行對比后才能進行故障診斷。智能變電站在采樣過程中，通過合并單元才能實現(xiàn)A/D的轉(zhuǎn)換，其中關(guān)鍵點是對采樣數(shù)據(jù)的同步問題。通過對采樣數(shù)據(jù)對比，分析數(shù)據(jù)是否屬于正常范圍，對二次回路的狀態(tài)進行判斷。當誤差超過正常范圍情況時，繼電保護裝置并沒有發(fā)出任何異常的信號，那么就有可能是繼電保護的交流回路出現(xiàn)了異常情況。

（3）對保護動作的診斷原理。對交流回路的運行情況監(jiān)測，是通過對單重化保護裝置和模擬量的對比，將監(jiān)測位置信號作為指標來判斷回路的運行情況。單重化裝置保護配置運行情況包括保護動作邏輯和保護模擬量，并結(jié)合保護動作的精準性進行分析。在雙重化裝置保護配置中，通過對保護裝置檢測來分析裝置動作的準確度。在診斷過程中，首先進行的是對動作元件及時間方面的檢查，在做好時間差計算的基礎(chǔ)上進行對比，才能保證保護動作具備精準性。

4.2 在線監(jiān)測和故障診斷技術(shù)應(yīng)用

（1）二次回路輸入開關(guān)量狀態(tài)的監(jiān)測和診斷。在智能變電站中，繼電保護裝置使用開關(guān)量輸入的二次回路作為保護裝置對相關(guān)信號進行收集，如閉鎖信號、保護信號等，然后才能對運行性能進行判斷。使用在線監(jiān)測診斷技術(shù)，使保護裝置具備了自動檢測和自動診斷功能，實現(xiàn)了開關(guān)量輸入的二次回路狀態(tài)檢測。

保護接點的動作開入量對二次回路狀態(tài)進行檢測時，要保證繼電裝置準確性需引入開關(guān)量分析，如變壓器的保護動作要連接電壓閉鎖。例如，在斷路器失靈情況下進行的保護動作，可對保護邏輯進行檢測。正常情況時失靈保護需要啟動開關(guān)量為0，在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時開入量是1，此時進行繼電保護動作時，需要對故障進行切除。在這個過程中，若保護裝置檢測到開入量為1，同時時間＞10 s，可得出開入量及開關(guān)回路存在異常情況。在單套保護裝置中需引入保護動作的開入量，根據(jù)判斷邏輯對系統(tǒng)在線情況進行檢測。

在雙套保護裝置中，根據(jù)相關(guān)信息可以了解到，是開關(guān)量的輸入在接入二次回路的時候，需要使用雙重化的配置。一般情況下，同樣的間隔包含兩套保護，對應(yīng)的開入量也應(yīng)該一致。因此，應(yīng)用保護信息系統(tǒng)在裝置內(nèi)對狀態(tài)信息進行收集和分析，如果兩者狀態(tài)信息不能互相對應(yīng)，則可判斷出二次回路出現(xiàn)異常情況。使用該檢測方法，能準確判斷出不同類型的異常情況，包括二次回路的斷線故障、絕緣故障及接點粘連等情況，這樣也就實現(xiàn)了在線監(jiān)測和在線診斷。

（2）二次回路中斷路器狀態(tài)監(jiān)測和診斷。在智能變電站中，斷路器二次操作回路是由智能終端和操作箱構(gòu)成。對裝置的保護需使用網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測的手段，對二次回路則需進行實時檢測。根據(jù)相關(guān)規(guī)范和要求，對狀態(tài)進行檢修時，在系統(tǒng)中跳合閘接點是處于密封的狀態(tài)，不能直接得到其運行情況，使用傳統(tǒng)檢查手段，無法快速而精準的檢測。因此，需要使用其他方式進行檢測。例如，使用雙接點的串聯(lián)，對裝置進行在線監(jiān)測。

使用在線監(jiān)測和在線診斷技術(shù)，能對保護裝置運行情況進行檢測，使故障問題能被及時發(fā)現(xiàn)。使用雙AD形式采樣，對電路進行有效監(jiān)控，能及時發(fā)現(xiàn)兩者誤差是否在閾值范圍內(nèi)，可快速發(fā)現(xiàn)異常和提出警示，檢修人員能更加快速掌握系統(tǒng)異常的原因。在對故障進行診斷時，重要的步驟是對故障的精準定位，使用該方法，能準確確定故障保護裝置和變換位置，可有效減少故障時間，讓供電性能更加安全可靠。

5 結(jié)論

基于智能在線監(jiān)測和故障診斷技術(shù)的優(yōu)勢，分析在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)的整體構(gòu)架，以及在線監(jiān)測信息等，包括運行狀態(tài)信息、保護動作信息及警告信號信息。通過研究在線監(jiān)測和故障診斷技術(shù)在繼電保護二次回路中的應(yīng)用，既可用于二次回路輸入開關(guān)量狀態(tài)的監(jiān)測和診斷，也可用于二次回路中斷路器狀態(tài)的監(jiān)測和診斷。