智能變電站繼電保護(hù)在線運(yùn)維系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的研究及實(shí)現(xiàn)

楊曉曦

摘 要：隨著智能變電站的不斷應(yīng)用，進(jìn)而對(duì)變電站當(dāng)中的繼電保護(hù)設(shè)備運(yùn)維要求也逐漸提升。傳統(tǒng)定期檢修運(yùn)維模式不能對(duì)當(dāng)前供電較強(qiáng)的可靠性要求進(jìn)行滿足。在線的運(yùn)維系統(tǒng)能夠更好的完成狀態(tài)檢修以及檢測(cè)，其實(shí)提升變電站運(yùn)維水平的重點(diǎn)。在這種背景之下，本文分析了在智能變電站技術(shù)環(huán)境下怎樣建立機(jī)電保護(hù)在線運(yùn)維系統(tǒng)，同時(shí)對(duì)和繼電保護(hù)密切有關(guān)的保護(hù)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)以及二次回路狀態(tài)檢測(cè)等關(guān)鍵的深入的研究。

關(guān)鍵詞：智能變電站;狀態(tài)檢修;二次回路;繼電保護(hù)

對(duì)于確保電力系統(tǒng)安全性和可靠性方面，變電站繼電保護(hù)設(shè)備起到了重要效果。在智能變電站技術(shù)環(huán)境當(dāng)中，機(jī)電保護(hù)設(shè)備廣泛應(yīng)用了網(wǎng)絡(luò)化、智能化以及數(shù)字化等有關(guān)技術(shù)，讓傳統(tǒng)人工定期檢修運(yùn)維方式更繁瑣。狀態(tài)檢修已經(jīng)變成變電站檢修未來(lái)發(fā)展的方向^[1]。通過(guò)智能設(shè)備和運(yùn)維系統(tǒng)自己狀態(tài)采集和評(píng)估水平，給繼電保護(hù)的運(yùn)維人員帶來(lái)一定的參考，更好的實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行的工作狀況來(lái)檢修，準(zhǔn)確對(duì)故障進(jìn)行定位，減小停電的檢修時(shí)間，最終大大提升供電的可靠性。

1 繼電保護(hù)及相關(guān)設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)

傳統(tǒng)變電站的繼電保護(hù)設(shè)備運(yùn)行時(shí)主要上送3類信息：裝置告警信息、保護(hù)動(dòng)作信息及保護(hù)狀態(tài)信息^[2]。其中裝置告警信息可以初步反映繼電保護(hù)設(shè)備本身的一些運(yùn)行工況，包括設(shè)備工作環(huán)境自檢、設(shè)備硬件運(yùn)行工況、設(shè)備軟件運(yùn)行工況、通信狀況（包括設(shè)備內(nèi)部通信狀況和設(shè)備間的通信狀況）、外部回路自檢等。但是傳統(tǒng)的裝置告警信息只能反映設(shè)備“正?！被颉爱惓！钡臓顟B(tài)量信息，無(wú)法辨識(shí)設(shè)備狀態(tài)的變化過(guò)程并起到預(yù)警作用。所以要求繼電保護(hù)設(shè)備能夠支持連續(xù)監(jiān)測(cè)關(guān)鍵的模擬量信息，并能通過(guò)通信方式向監(jiān)測(cè)系統(tǒng)輸出這些模擬量^[3]。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過(guò)長(zhǎng)期記錄這些模擬量，可發(fā)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)的變化規(guī)律，并結(jié)合設(shè)備損壞時(shí)的狀態(tài)特征，實(shí)現(xiàn)基于這些狀態(tài)信息的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與檢修。目前，在國(guó)家電網(wǎng)頒布的《IEC61850工程繼電保護(hù)應(yīng)用模型》企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中已明確定義了3個(gè)用于監(jiān)測(cè)繼電保護(hù)設(shè)備狀態(tài)的模擬量，包括溫度監(jiān)測(cè)、通道光強(qiáng)監(jiān)測(cè)和電源電壓監(jiān)測(cè)，并按照IEC61850規(guī)范對(duì)這些設(shè)備狀態(tài)信息進(jìn)行了建模。下面以通道光強(qiáng)監(jiān)測(cè)為例，介紹實(shí)現(xiàn)在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)的方法。

運(yùn)維系統(tǒng)通過(guò)與繼電保護(hù)設(shè)備進(jìn)行IEC61850通信，可以在線采集到裝置通道光強(qiáng)的數(shù)值LigIntes，在線監(jiān)測(cè)到裝置通道光強(qiáng)越限的告警信號(hào)Alm和預(yù)警信號(hào)Wrn、在線設(shè)置裝置通道光強(qiáng)的告警定值LigAlmSpt和預(yù)警定值LigWrnSpt。通過(guò)以上通道光強(qiáng)監(jiān)測(cè)的IEC61850模型，運(yùn)維系統(tǒng)可以建立起通道光強(qiáng)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)模型。

2 繼電保護(hù)二次回路的狀態(tài)監(jiān)測(cè)

智能變電站的繼電保護(hù)二次回路采用光纖組網(wǎng)代替了傳統(tǒng)變電站的電纜連接，采用數(shù)字信號(hào)傳輸代替了傳統(tǒng)變電站的模擬信號(hào)傳輸。繼電保護(hù)二次回路采用光纖組網(wǎng)進(jìn)行數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)膬?yōu)勢(shì)在于，可以通過(guò)數(shù)字信號(hào)的交互來(lái)對(duì)通信鏈路的狀態(tài)及通信內(nèi)容的正確性進(jìn)行監(jiān)測(cè)和校驗(yàn)。這使得對(duì)繼電保護(hù)二次回路的狀態(tài)監(jiān)測(cè)成為可能，改變了以往傳統(tǒng)變電站必須對(duì)電纜通信進(jìn)行定檢的運(yùn)維方式。繼電保護(hù)二次回路的狀態(tài)監(jiān)測(cè)包括物理鏈路狀態(tài)監(jiān)測(cè)和邏輯鏈路狀態(tài)監(jiān)測(cè)。

2.1 物理鏈路狀態(tài)建模

物理鏈路狀態(tài)監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)對(duì)智能變電站通信網(wǎng)絡(luò)（最重要的是過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)，也包括站控層及間隔層網(wǎng)絡(luò)）各個(gè)通信環(huán)節(jié)狀態(tài)的監(jiān)測(cè)和評(píng)估。要實(shí)現(xiàn)物理鏈路狀態(tài)監(jiān)測(cè)，首先要能清晰地描述物理鏈路狀態(tài)的模型。物理鏈路上涉及很多設(shè)備對(duì)象，如保護(hù)裝置、合并單元、智能終端、交換機(jī)等，設(shè)備對(duì)象之間的通信又經(jīng)過(guò)很多中間環(huán)節(jié)，如板卡、端口、線纜等。針對(duì)這些通信對(duì)象，第2版IEC61850規(guī)范中給出了統(tǒng)一的建模方法。

為了便于對(duì)物理鏈路運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，第2版IEC61850規(guī)范中還引入了一個(gè)新的邏輯節(jié)點(diǎn)：物理通信通道監(jiān)視（LCCH），該邏輯節(jié)點(diǎn)較為完整地描述和反映了物理鏈路的狀態(tài)模型，運(yùn)維系統(tǒng)可以通過(guò)邏輯節(jié)點(diǎn)屬性LCCH.ChLiv.stVal采集物理通道的通斷狀態(tài)。邏輯節(jié)點(diǎn)LCCH可以用來(lái)描述保護(hù)裝置、合并單元、智能終端等智能裝置的物理鏈路狀態(tài)模型，但對(duì)于像交換機(jī)這樣的通信設(shè)備，該模型還不夠完善，如交換機(jī)多端口的統(tǒng)計(jì)信息無(wú)法用該模型來(lái)描述。

綜上所述，運(yùn)維系統(tǒng)利用PhysConn元素可以靜態(tài)獲得物理鏈路上各個(gè)通信對(duì)象物理端口的配置信息及物理端口之間的連接關(guān)系;利用LCCH、LPST這2個(gè)新引入的邏輯節(jié)點(diǎn)可以動(dòng)態(tài)獲得智能裝置及交換機(jī)物理鏈路的通信狀態(tài)，基本可以滿足對(duì)物理鏈路狀態(tài)的建模需求。

2.2 物理鏈路狀態(tài)監(jiān)測(cè)

運(yùn)維系統(tǒng)通過(guò)智能裝置或交換機(jī)主動(dòng)上送的告警信號(hào)，能夠快速捕捉到物理鏈路狀態(tài)的異常信息。但是對(duì)于網(wǎng)絡(luò)通信而言，大多數(shù)情況下發(fā)生通信告警的設(shè)備往往并不是真正發(fā)生通信故障的設(shè)備，所以常常需要在整個(gè)物理鏈路上搜索和定位故障設(shè)備。傳統(tǒng)的做法就是人工排查物理鏈路，逐步定位到故障設(shè)備。對(duì)于智能變電站龐大復(fù)雜的通信網(wǎng)絡(luò)，這種人工排查的方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力，大幅延長(zhǎng)了故障恢復(fù)時(shí)間。更為關(guān)鍵的問(wèn)題是依靠這種人工排查的方法不一定能夠消除通信故障，有時(shí)網(wǎng)線連接完好，網(wǎng)卡指示燈正常，但是仍有可能收不到報(bào)文，報(bào)網(wǎng)絡(luò)通信異常。此時(shí)運(yùn)維系統(tǒng)可以利用故障診斷功能來(lái)自動(dòng)識(shí)別和定位通信網(wǎng)絡(luò)中可能存在的故障設(shè)備。如前所述，通過(guò)PhysConn元素的Cable屬性，運(yùn)維系統(tǒng)可以快速地構(gòu)建整個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)溥B接關(guān)系。同時(shí)，通過(guò)IEC61850通信，運(yùn)維系統(tǒng)可以搜集到所有智能裝置及交換機(jī)主動(dòng)上送的物理鏈路通信異常信號(hào)。基于靜態(tài)配置的拓?fù)溥B接關(guān)系和動(dòng)態(tài)獲取的通信異常信號(hào)，輔助一定的分析算法，運(yùn)維系統(tǒng)就可以診斷并定位到通信網(wǎng)絡(luò)中的故障設(shè)備，并給出相關(guān)的檢修建議。

2.3 邏輯鏈路狀態(tài)監(jiān)測(cè)

邏輯鏈路狀態(tài)監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)對(duì)智能變電站過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)報(bào)文的在線解析和監(jiān)測(cè)，其目的是有效保證過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)通信內(nèi)容的正確性和有效性。正確性是檢驗(yàn)通信報(bào)文格式及內(nèi)容是否正確，檢驗(yàn)內(nèi)容包括報(bào)文格式是否符合規(guī)范，報(bào)文中一些計(jì)數(shù)器的狀態(tài)是否正確、報(bào)文是否重復(fù)等。有效性是檢驗(yàn)通信內(nèi)容的工程配置與預(yù)期配置是否一致，如果不一致，實(shí)際運(yùn)行時(shí)可能會(huì)帶來(lái)諸多問(wèn)題，如信號(hào)丟失、采樣錯(cuò)誤、出錯(cuò)告警等，嚴(yán)重的可能會(huì)影響繼電保護(hù)設(shè)備的正常運(yùn)行。目前，智能變電站存在大量的GOOSE和SV工程配置工作，配置出錯(cuò)在所難免，一旦出錯(cuò)，依靠人工檢查很難及時(shí)發(fā)現(xiàn);即使發(fā)現(xiàn)出錯(cuò)，也很難快速定位到錯(cuò)誤，傳統(tǒng)的做法只能通過(guò)人工抓取網(wǎng)絡(luò)報(bào)文，與工程配置進(jìn)行人工比對(duì)來(lái)定位到錯(cuò)誤，排查的效率非常低;另外，GOOSE和SV的配置經(jīng)常會(huì)改變，這種事后查錯(cuò)的機(jī)制也無(wú)法滿足高可靠性的要求。

3 結(jié)語(yǔ)

繼電保護(hù)在線運(yùn)維系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)智能變電站繼電保護(hù)設(shè)備及二次回路狀態(tài)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和預(yù)警，為繼電保護(hù)設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與檢修奠定了基礎(chǔ)。本文介紹了運(yùn)維系統(tǒng)的主要功能，討論了相關(guān)建模、通信及架構(gòu)等關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，并給出了工程應(yīng)用案例，對(duì)運(yùn)維系統(tǒng)的進(jìn)一步推廣應(yīng)用具有借鑒意義。

參考文獻(xiàn)

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