智能变电站继电保护状态监测与故障诊断系统研究

汪希伟，李 超，郭启伟，侯慧军，孙 岩

（国网山东省电力公司检修公司，济南 250118）

智能变电站继电保护状态监测与故障诊断系统研究

汪希伟，李 超，郭启伟，侯慧军，孙 岩

（国网山东省电力公司检修公司，济南 250118）

智能变电站已经获得大规模普及与应用，其继电保护二次回路为不可见虚回路，不同于常规变电站中的可见二次电缆，导致对继电保护的故障排查难度加大。为确保继电保护可靠运行，方便回路问题排查，实现对继电保护运行工况的实时监视，提出了智能变电站继电保护状态监测与故障诊断系统设计方案。该系统网络结构主要包含服务器、工控机、站控层和过程层，通过SCD文件实现智能变电站二次设备的管理，经站控层网和过程层网获取合并单元、智能终端及保护装置等信息，实现对二次设备的运行监视、智能诊断和故障分析。实践证明，该系统有效缩短了检修人员的消缺时间，在提高运检水平上取得了显著成效。

智能变电站；继电保护；状态监测；故障诊断

0 引言

随着数字化智能变电站的大规模普及与应用，其继电保护设备相较于常规变电站出现故障的概率较大，且故障种类繁多。由于将常规变电站中的可见二次电缆变成了智能变电站中的不可见二次虚回路，导致对继电保护设备的问题排查难度加大，对当前人员的运检水平也提出了新的要求。为了增强智能变电站继电保护设备运行的可靠性，提升运检水平，需要对继电保护运行工况进行实时监视并进行在线分析诊断。

近年来，智能变电站的广泛建设以及计算机技术和通信技术的发展，为继电保护系统的状态监测和故障诊断提供了良好的基础条件。基于IEC-61850标准的数字化智能变电站“三层两网”结构体系，将常规变电站中传统的不可在线监测的二次电缆变成了可在线监测的光纤网络，同时基于该标准的IED设备（继电保护装置、合并单元、智能终端、安全自动装置、交换机等）模型构建，使得对保护装置、合并单元、智能终端、安全自动装置及交换机关键信息的监视能力越来越强，为智能变电站继电保护状态监测和故障诊断提供了良好基础［1-5］。 为此，提出了智能变电站继电保护状态监测与故障诊断系统设计方案，并在500 kV柴府变电站中实现了工程应用［6-8］。

1 继电保护状态监测与故障诊断系统

1.1 功能

智能变电站继电保护状态监测与故障诊断系统能实现全站SCD文件管控、继电保护状态监测及定值管理、虚端子、虚回路可视化监视、智能安措、智能分析所采集到的数据，并进行诊断告警。

信息采集范围涵盖合并单元、保护装置、智能终端、安全自动装置、过程层交换机、站控层交换机及构成保护系统的二次联接回路。系统能基于SCD文件以友好直观的方式将智能变电站保护系统的运行状况反映给变电站运维人员和检修人员，为智能变电站二次系统的日常运维、检修、异常处理及电网事故智能分析提供决策依据。

1.2 网络结构

继电保护状态监测与故障诊断系统由部署在变电站端的继电保护状态监测及故障诊断系统和部署在调度端主站系统的继电保护状态监测模块共同完成。

变电站端的继电保护状态监测与故障诊断系统由数据采集单元和数据管理单元组成。数据采集单元通过过程层网络获取过程层设备数据；数据管理单元从数据采集单元和间隔层网络获取数据并进行分析处理，实现状态监测和故障诊断功能，并将诊断信息上送至调度端。该系统网络结构如图1所示。

图1 继电保护状态监测与故障诊断系统网络结构

调度端的继电保护状态监测模块集成于调度端主站软件系统，为一个独立的功能模块。

1.3 功能实现

1.3.1 继电保护SCD模型文件管理

系统通过全站SCD模型文件获取过程层虚回路与软压板逻辑关系描述、调度命名和一二次关联关系、二次回路虚端子连接、通信参数、二次回路状态监测信息、过程层网络拓扑配置。当继电保护SCD模型文件变更后，数据管理单元通过装置过程层虚端子配置CRC与继电保护SCD模型文件相应CRC进行在线比对实现SCD变更提示，并界定SCD变更产生的影响范围，并将影响范围定位到IED装置。

1.3.2 继电保护及二次回路状态监测

系统接收合并单元、智能终端、保护装置、交换机上送的信息并进行分类管理、存储；并通过直接采集过程层网络报文实时监视与分析网络通信状态。

1.3.3 继电保护故障智能诊断

系统接收合并单元、智能终端、保护装置、交换机上送的信息并进行分类管理、存储；并通过直接采集过程层网络报文实时监视与分析网络通信状态。

根据装置的硬件级告警信息、监测信息及其他巡检信息对装置硬件的运行状态进行评估，并根据监测信息的统计变化趋势进行故障预警。用于监测预警的装置硬件级信息包括：装置温度、装置电源电压、装置过程层端口发送／接收光强和光纤纵联通道光强、装置差流。

根据监测信息实现装置硬件异常的故障定位。用于故障定位的监测信息包括：装置光纤接口监测信息、装置链路异常告警信息、装置报文。

变电站端实现交流回路、跳闸回路、合闸回路、失灵启动回路、闭锁回路、软压板状态及功能描述的图形化显示。调度端实现保护装置内部动作逻辑、动作时序、故障量及保护定值的图形化显示。

2 系统应用

在2016年投运的500 kV柴府变电站中，投运了智能变电站继电保护状态监测与故障诊断系统，该系统架构如图2所示。

图2 继电保护状态监测与故障诊断系统

继电保护状态监测与故障诊断系统的实施流程为：

1）通过配置工具导入全站SCD文件，将在线监测信息提取录入数据库，建立继电保护状态监测模型；

2）通过画图工具，绘制变电站主接线图、保护装置屏柜运行图、保护装置详细运行信息图、装置网络链路图、虚端子图和网络拓扑图；

3）通过过程层交换机，接收保护装置、智能终端、合并单元和交换机的监测信息；

4）通过站控层交换机，接收装置的遥信量、遥测量以及MMS报告；

5）通过配置典型操作票和二次工作安全措施票，实现对装置的检修操作正确性和隔离措施实施结果的确认。

采用该系统后，通过指标比较可看出其具有显著成效，如表1所示。

表1 系统采用前后指标比较 min

3 结语

针对智能变电站继电保护二次回路为不可见虚回路，其故障排查难度较大，提出了智能变电站继电保护状态监测与故障诊断系统设计方案，通过SCD文件实现智能变电站二次设备的管理，经站控层网和过程层网获取合并单元、智能终端及保护装置等信息，实现对二次设备的运行监视、智能诊断和故障分析。该系统已在500 kV柴府变电站中进行了应用，能够帮助运维检修人员快速定位站内继电保护设备故障点，有效缩短了消缺时间，方便了运行人员对二次设备的监视，在提高运检水平上取得了显著成效。

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Research on Condition Monitoring and Fault Diagnosis System of Relay Protection for Intelligent Substation

WANG Xiwei，LI Chao，GUO Qiwei，HOU Huijun，SUN Yan
（State Grid Shandong Electric Power Maintenance Company，Jinan 250018，China）

With the popularization and application of intelligent substation， the secondary circuit of the relay protection becomes not visible which is different from the visible circuit in conventional substation，and it makes the troubleshooting of relay protection equipment more difficult.In order to ensure the reliable operation of the relay protection equipment and to facilitate the circuit problem investigation， the condition monitoring and fault diagnosis system of intelligent substation is presented.The system mainly includes server，industrial computer，station control level and process level.Through the SCD file， intelligent substation secondary equipment management is realized.Through the merger unit， intelligent terminals，protection devices and other information obtained from station control level and process level，the operation monitoring，intelligent diagnosis and fault analysis of the secondary equipment are realized.Practices have proved that the system can effectively shorten the missing time of maintenance personnel，and have achieved remarkable results.

intelligent substation；relay protection；status monitoring；fault diagnosis

TM734

B

1007－9904（2017）02－0055－03

2016-10-26

汪希伟（1981），男，工程师，主要从事电力系统继电保护工作。