基于智能變電站環(huán)境下繼電保護(hù)二次回路監(jiān)測(cè)及故障診斷研究

湛江中匯電力咨詢有限公司 徐煜韜

隨著智能技術(shù)發(fā)展，變電站繼電保護(hù)二次回路質(zhì)量不斷提升，變電站逐漸朝著智能化管理的方向發(fā)展?？茖W(xué)化的檢測(cè)和高效率的診斷能保障變電站工作順利開展。須對(duì)相關(guān)工作給予足夠重視，不斷總結(jié)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，推動(dòng)監(jiān)測(cè)及故障技術(shù)不斷發(fā)展。

1 繼電保護(hù)相關(guān)概述

1.1 繼電保護(hù)與二次回路發(fā)展現(xiàn)狀

我國的電力行業(yè)起步較晚，但隨著近十幾年的發(fā)展，繼電保護(hù)可靠性的提升和智能化電力系統(tǒng)已經(jīng)成為電力安全與穩(wěn)定的重要保障，整體水平也在逐步提升。目前國內(nèi)已形成了一套完整的繼電保護(hù)技術(shù)，無論是在繼電器保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、開發(fā)、安裝、調(diào)試、維修等方面，均已臻至高水準(zhǔn)，并在微機(jī)保護(hù)領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。利用計(jì)算機(jī)技術(shù)可對(duì)繼電器進(jìn)行全面的保護(hù)。目前包括神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、自適應(yīng)繼電器、暫態(tài)保護(hù)等先進(jìn)的智能安全技術(shù)，都在不斷地發(fā)展。未來，繼電保護(hù)將會(huì)越來越一體化、越來越智能化。另外，計(jì)算機(jī)技術(shù)在各種輔助設(shè)施的功能整合與優(yōu)化中得到了較好地運(yùn)用，使得自動(dòng)化控制功能得到了明顯地改善。在智能電網(wǎng)建設(shè)與發(fā)展過程中，必須從基礎(chǔ)技術(shù)層面進(jìn)行研究，以便在未來的競爭中取得有利地位。

國內(nèi)外電源技術(shù)。在智能變電站的日常工作中，采用通信網(wǎng)絡(luò)取代傳統(tǒng)的二次回路，以數(shù)字信號(hào)取代物理信號(hào)，完成繼電裝置的信息管理。其中，網(wǎng)絡(luò)消息裝置是一種實(shí)時(shí)監(jiān)控裝置，用以對(duì)智能網(wǎng)絡(luò)的工作狀況進(jìn)行記錄與分析，能夠?qū)ο⑿畔⑦M(jìn)行存儲(chǔ)與分析，并對(duì)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，從而對(duì)工作狀況進(jìn)行檢測(cè)；目前二次回路的監(jiān)測(cè)工作。本文從網(wǎng)絡(luò)消息的角度對(duì)二次回路的故障成因進(jìn)行了分析。但消息的數(shù)據(jù)量很大、而且很復(fù)雜，所以網(wǎng)絡(luò)消息裝置要做轉(zhuǎn)播。為了進(jìn)行全面的分析，核心消息信息的目標(biāo)提取與二次回路的工作有很大關(guān)系。目前，對(duì)次級(jí)電路進(jìn)行在線監(jiān)控和故障檢測(cè)是目前實(shí)現(xiàn)的主要思路。

1.2 技術(shù)總體架構(gòu)

通過對(duì)該技術(shù)體系結(jié)構(gòu)的理解，可以為智能變電站繼電保護(hù)二次回路的在線監(jiān)控和故障診斷提供有針對(duì)性的指導(dǎo)。在使用過程中，系統(tǒng)會(huì)將數(shù)據(jù)收集指令發(fā)送給智能終端。通過智能終端對(duì)繼電器二次回路的工作狀況進(jìn)行數(shù)據(jù)和信息的采集，在采集了大量的數(shù)據(jù)、信息之后，通過交換器將其傳送給網(wǎng)絡(luò)報(bào)文記錄和分析設(shè)備，對(duì)二次回路的運(yùn)行情況進(jìn)行分析，從而對(duì)二次回路進(jìn)行故障診斷。一旦診斷完畢，就會(huì)立刻將信息傳送給監(jiān)控和診斷設(shè)備，監(jiān)控和診斷設(shè)備根據(jù)收到的信息來判定有無異常。

若出現(xiàn)異常，應(yīng)立即啟動(dòng)變電站的保護(hù)方式，并對(duì)其故障進(jìn)行詳細(xì)地分析。一旦定位了故障點(diǎn)，就能根據(jù)以前數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行故障排除，提高操作效率。在故障排除過程中，若無法在數(shù)據(jù)庫中發(fā)現(xiàn)同類或相似的故障信息，則應(yīng)在界面上標(biāo)注“未發(fā)現(xiàn)此類故障，請(qǐng)現(xiàn)場勘查并處理”，以保證故障排除的有效性[1]。

1.3 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

該技術(shù)可以確保電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，提高電力設(shè)備的運(yùn)行可靠性。

確保電力系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全運(yùn)行。隨著電力行業(yè)的不斷向智能化、自動(dòng)化方向發(fā)展，電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行也逐步向智能化的方向發(fā)展。在電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中，由于各種原因?qū)е碌墓收?，比如直接回路接地故障，交流回路短路等。在發(fā)生故障時(shí)，繼電保護(hù)二次回路會(huì)發(fā)出警報(bào)，但它易受到實(shí)際操作環(huán)境的限制，造成了故障處理的延時(shí)，從而在一定程度上影響了電力系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定。采用實(shí)時(shí)監(jiān)控和故障診斷技術(shù)，可以有效地解決這個(gè)問題。通過對(duì)繼電器二次回路的工作狀況的分析，可以對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)的、動(dòng)態(tài)的監(jiān)控。通過對(duì)二次回路的分析，找出故障的原因、部位，并及時(shí)排除故障，防止給電網(wǎng)帶來重大的損失。

提高電力設(shè)備的故障修復(fù)工作效率。隨著社會(huì)生產(chǎn)力的提高，電力的需求量也在不斷增加。隨著智能化變電站的不斷發(fā)展，它所遇到的故障問題也越來越多。智能變電站二次回路故障主要是由電力設(shè)備引起的，對(duì)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行造成很大的影響。電力設(shè)備是變電站的重要設(shè)備，它在使用過程中會(huì)受多種因素的影響而發(fā)生故障。采用繼電保護(hù)二次回路的在線監(jiān)控和故障診斷技術(shù)，能夠在故障發(fā)生的早期就發(fā)現(xiàn)故障，并對(duì)其進(jìn)行有效地處理和預(yù)防，提高了設(shè)備的維修工作效率。

2 繼電保護(hù)二次回路在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用

2.1 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)二次回路的優(yōu)點(diǎn)

隨著我國電力系統(tǒng)的不斷更新和升級(jí)，智能化電網(wǎng)已經(jīng)成為電力系統(tǒng)的一個(gè)主要發(fā)展方向。智能電網(wǎng)的建設(shè)能夠有效地改善電力系統(tǒng)的運(yùn)行，保證電力系統(tǒng)的安全和經(jīng)濟(jì)效益。電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。由于繼電保護(hù)二次回路是電力系統(tǒng)的重要組成部分，它具有結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低廉、體積小、質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)。二次回路能夠迅速地進(jìn)行二次電路的維護(hù)與維修。二次保護(hù)裝置的內(nèi)部構(gòu)造比較復(fù)雜，從整體上改善了保護(hù)裝置的工作效率，使故障判定更為精確，從而充分驗(yàn)證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

采用二次回路，實(shí)現(xiàn)了對(duì)繼電器的自動(dòng)控制。及時(shí)處理操作中出現(xiàn)的問題，保證對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行全天候、實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)，保證電力系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。此外，電力系統(tǒng)還可以增強(qiáng)保護(hù)繼電器所用的次級(jí)電路的電磁屏蔽性能?？傊?，在電力系統(tǒng)中采用二次電路，既能節(jié)約大量的人力、物力，又能有效地增加供電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

2.2 警告信息

警告信息包括：開關(guān)值異常警告、采樣值錯(cuò)誤警告、設(shè)備錯(cuò)誤警告等。在智能變電站運(yùn)行過程中，開關(guān)值異常警告表示GOOSE 鏈路故障，在GOOSE 系統(tǒng)的維護(hù)過程中會(huì)有很大的偏差，從而使所有的數(shù)據(jù)和信息都不準(zhǔn)確。采樣值錯(cuò)誤警告表示SV 鏈路在智能變電站的操作過程中發(fā)生了不正常的情況。同時(shí)，由于系統(tǒng)的維護(hù)狀況不統(tǒng)一，導(dǎo)致了線路出現(xiàn)故障，對(duì)智能變電站的運(yùn)行造成了很大的影響。設(shè)備錯(cuò)誤警告表示電源裝置發(fā)生故障，并造成停機(jī)。為了解決上述問題，采用該技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)各種故障的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。工作人員能夠通過異常的數(shù)據(jù)和信息，迅速地進(jìn)行故障診斷。從而確保了智能變電站繼電保護(hù)二次回路的工作穩(wěn)定。

2.3 設(shè)備操作信息

設(shè)備操作信息是該技術(shù)中的一個(gè)重要內(nèi)容，它包括采樣數(shù)據(jù)、開關(guān)數(shù)據(jù)和自檢數(shù)據(jù)。常用的設(shè)備操作信息包括運(yùn)行溫度、供電電壓、支路電流等。采用該技術(shù)，能夠?qū)ρb置的運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。然后通過與數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，判斷出電源設(shè)備有沒有發(fā)生故障。在確認(rèn)電力設(shè)備的運(yùn)行異常后，需要對(duì)有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確、詳細(xì)地記錄，并對(duì)其進(jìn)行及時(shí)地維修，以保證設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定、安全[2]。

2.4 SV/GOOSE 狀態(tài)信息和動(dòng)作保護(hù)

SV/GOOSE 的狀態(tài)信息與動(dòng)作保護(hù)是智能變電站常用的一種信息，它包括診斷數(shù)字消息和消息格式。SV/GOOSE 的狀態(tài)信息主要包含了相位的精確性。在二次回路運(yùn)行過程中，當(dāng)次級(jí)回路發(fā)生故障時(shí)，SV/GOOSE 的狀態(tài)信息會(huì)發(fā)生混亂和丟失。采用該技術(shù)，對(duì)SV/GOOSE 的運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控與分析，方便對(duì)其進(jìn)行故障判斷，并對(duì)其進(jìn)行及時(shí)地處理，提高了處理的效率。

3 繼電保護(hù)二次回路故障診斷技術(shù)的應(yīng)用

3.1 SV/GOOSE 鏈路診斷

SV/GOOSE 鏈路診斷是一種常用的故障診斷方法。在智能變電站繼電保護(hù)二次回路運(yùn)行過程中，若不能向接收裝置（SV/GOOSE）傳輸網(wǎng)絡(luò)消息記錄與分析裝置（SV/GOOSE）的信息及數(shù)據(jù)，則將發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警。SV/GOOSE 鏈路狀況對(duì)智能變電站繼電保護(hù)設(shè)備的數(shù)據(jù)及信息的采集有很大的影響。在SV/GOOSE 鏈路出現(xiàn)異常時(shí)，鏈路應(yīng)該被切斷并發(fā)出警報(bào)，通過站點(diǎn)控制層（MMS）進(jìn)行信息和數(shù)據(jù)傳輸。同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)消息記錄與分析裝置也必須保持在同步采集信息和數(shù)據(jù)的狀態(tài)。在智能變電站繼電保護(hù)二次回路運(yùn)行過程中，由于網(wǎng)絡(luò)采集與網(wǎng)絡(luò)跳回環(huán)路之間有同一觀測(cè)源，使多臺(tái)接收機(jī)能夠相互連通。通過對(duì)各裝置的接線報(bào)警和數(shù)據(jù)分析，判斷智能變電站繼電保護(hù)二次回路的工作狀態(tài)，從而進(jìn)行后續(xù)的故障處理。

3.2 交流電路狀態(tài)診斷

交流電路的狀態(tài)診斷是通過網(wǎng)絡(luò)消息記錄、分析、繼電保護(hù)等手段采集數(shù)據(jù)，對(duì)智能變電站繼電保護(hù)二次回路的流量進(jìn)行實(shí)時(shí)采集與分析。同時(shí)，通過使用雙重AD 來達(dá)到雙保險(xiǎn)的目的。在交流電路的故障診斷中，可以直接獲得MMS 所傳輸?shù)碾pAD 的取樣值、并與之進(jìn)行比較，從而判斷是否有異常，并將由網(wǎng)絡(luò)消息及分析裝置所傳輸?shù)娜淤Y料與變電站所測(cè)得的資料進(jìn)行對(duì)比。如果有誤差就說明存在故障，要針對(duì)不同的問題進(jìn)行處理，這樣才能提高處理的效率[3]。

3.3 保護(hù)動(dòng)作故障診斷

雙配置保護(hù)技術(shù)。重點(diǎn)是對(duì)保護(hù)設(shè)備AB 組的運(yùn)行情況進(jìn)行檢測(cè)，并對(duì)二次回路的故障進(jìn)行分析。如有問題應(yīng)立即進(jìn)行維修。從而確保了智能變電站繼電保護(hù)二次回路運(yùn)行正常、穩(wěn)定。時(shí)差的計(jì)算是基于GOOSE 的轉(zhuǎn)換時(shí)間。依據(jù)保護(hù)程序中各操作部件的特性，判定保護(hù)行為有無異常。

單配置保護(hù)技術(shù)。該技術(shù)采用了模擬單配偶的保護(hù)裝置、網(wǎng)絡(luò)消息記錄等技術(shù)，對(duì)各種保護(hù)設(shè)備進(jìn)行了綜合地分析、對(duì)比，并對(duì)交流線路進(jìn)行了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，對(duì)保護(hù)動(dòng)作進(jìn)行了分析。該技術(shù)可以將變量模擬與單一的保護(hù)邏輯結(jié)合起來，從而判斷保護(hù)行為是否正常。

3.4 運(yùn)行狀態(tài)故障診斷

在智能變電站繼電保護(hù)二次回路故障診斷技術(shù)中，運(yùn)行狀態(tài)的故障診斷是其中的一個(gè)重要內(nèi)容，它可以獲得二次回路的硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)的采樣值、開關(guān)量等數(shù)據(jù)，從而分析設(shè)備的運(yùn)行溫度、供電溫度等。通過對(duì)該技術(shù)的分析，可以對(duì)各種工況和工作狀況進(jìn)行長時(shí)間的診斷。通過對(duì)故障的成因、部位進(jìn)行分析，并給出了相應(yīng)的處理方法，從而確保了智能變電站繼電保護(hù)二次回路的安全穩(wěn)定運(yùn)行[4]。

4 繼電保護(hù)二次回路在線監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)化

數(shù)據(jù)和信息的獲取和處理。在運(yùn)用上述技術(shù)時(shí)，可以通過傳感器來獲得各種數(shù)據(jù)和信息。通過網(wǎng)絡(luò)分析器進(jìn)行數(shù)據(jù)和信息的傳遞，并把各種數(shù)據(jù)和信息存儲(chǔ)到處理中層對(duì)信息進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)。在分析結(jié)束后，通過MMS 的格式將數(shù)據(jù)和信息上傳至共享系統(tǒng)，極大地提高了故障處理效率。

物理鏈路監(jiān)控與診斷。為了使物鏈路中的光纖達(dá)到最優(yōu)，在采用上述技術(shù)的同時(shí)，必須確保接收端和光纖連接的充分對(duì)接。若光纖線路發(fā)生故障，接收機(jī)將不能收到回路操作資料。此時(shí)，必須將光纖鏈路和發(fā)射端口連接起來，才能解決這個(gè)問題。若故障主要發(fā)生在傳輸機(jī)，則必須將光纖與端口相連。從而確保物理鏈路系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，提高上述技術(shù)的使用成效。

邏輯鏈路監(jiān)測(cè)和診斷。要強(qiáng)化智能變電站繼電保護(hù)二次回路在線監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)使用成效，還必須加強(qiáng)邏輯鏈路監(jiān)測(cè)和診斷。為確保采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，須將SCD 文件導(dǎo)入監(jiān)控系統(tǒng)，并根據(jù)實(shí)際操作要求建立合理網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)集合；為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和信息的檢索，須建立FCDA 系統(tǒng)，建立與GSE、SMV 等系統(tǒng)的良好聯(lián)系，確保FCDA系統(tǒng)的工作性能；確保接收方與端口的信息一致。在對(duì)信息和數(shù)據(jù)進(jìn)行檢索的過程中，當(dāng)發(fā)送配置與接收配置間出現(xiàn)例外情況時(shí)系統(tǒng)會(huì)即時(shí)發(fā)出警告。同時(shí)，顯示出智能變電站繼電保護(hù)二次回路故障的成因及位置。此時(shí)可依據(jù)警告的信息和數(shù)據(jù)，進(jìn)行故障排除，確保智能變電站繼電保護(hù)二次回路正常運(yùn)行。