智能变电站二次设备状态监测研究综述

李新春

摘 要：设备之间的信息共享和互操作是智能变电站的主要特点，提供了丰富的二次设备运行和状态信息，给二次设备的状态监测和维护带来了极大的方便。然而，对于开关信息建模等辅助设备状态监控的研究还存在不足。在此背景下，首先讨论了智能变电站二次设备状态监控对象的概念，其次分析了关键技术和方法的信息建模和监控数据分析，并给出了网络拓扑结构的建模方案。最后总结了利用状态监测数据进行二次设备故障诊断的几种方法，分析了这些方法的优缺点及应用情况。最后，结合我国二次设备状态监测的研究现状和实际应用情况，展望了未来的研究方向和应用前景。

关键词：智能变电站；二次设备；状态监测

近年来，随着我国输变电技术的发展，电网规模不断扩大，输变电电压水平不断提高。因此，电力设备的数量和复杂性不断增加，设备的维护成本在电网总运行成本中所占的比例也越来越大。继电保护设备的维护工作量急剧增加。确保在这种设备数量、高复杂性的设备条件下的电网是稳定的和可靠的操作，降低成本和控制改革的成本，减少检验工作，电力设备维护策略是由过去的预防性维护国家改革[1]。

定期维护和状态维护是预防性维护。定期维修的缺点是大修周期相对固定，不能根据设备的健康状况及时进行维修，容易造成维修不足、维修过度等问题。和状态检修是通过使用先进的状态监测手段对所有设备的状态参数，这些状态参数反映了设备根据实际工作条件，故障的早期征兆、故障位置、故障严重程度和发展趋势的判断，以确定最优维护设备的时间维护的一种方式。

1.二次设备状态监测的概念

在智能变电站的大力建设和IEC61850标准深入推广应用的情况下，国内外对变电站一次设备的状态监测已做了充分的研究。随着一体化调度自动化系统的部署，需要实现一、二次系统的同步建模、采集与分析。虽然目前调度自动化系统对二次设备的在线监视与分析主要处理与解决的是继保设备、故障录波装置的相关信息，但是二次设备的状态检修是未来智能变电站及站内智能设备检修的重要部分。而作为状态检修基础的二次设备状态监测工作就势在必行，亟待开展。对二次设备状态监测不同于一次设备状态监测——通常需要单独安装监测设备来实现对主设备的监测；由于微机保护已十分成熟，二次设备通常具备较强的在线自检和通信功能，因此无需另外安装监测设备，使用设备自身集成的自检、通信功能即可完成状态监测的任务[2]。在IEC61850标准的统一规范下，综合考虑二次回路负载及安全性，对二次设备实行嵌入式状态监测是合理且妥当的。

2.二次设备信息建模

在实施状态监测的过程中，首先需要对设备的信息进行建模。建模的目的是为了获得各种设备运行过程中的状态参数的规范表达。因此建模的要求是應对智能变电站内所有设备进行统一建模，并使用统一的、被广泛认可的标准来进行建模。在智能变电站中，二次设备已通过IEC61850标准实现了通信和互操作，针对二次设备的信息建模也多围绕该标准，采用变电站配置言（Substation Configuration Language， SCL） 或统一建模语言（Unify Modeling Language， UML）进行。目前国家电网公司已着手开展智能变电站内二次设备的信息建模工作，并形成了一些二次设备状态监测的标准。当前在智能变电站中实际开展的二次设备状态监测基本依靠网络分析仪对GOOSE/SV/MMS报文的连续性、合法性、时延以及通信链路、网络流量进行监测和告警。而设备的自检信息、二次回路信息等信息虽然能够采集到，但并没有通过报文上送，设计人员在变电站设计过程中也没有将这些数据列入虚端子表中[3]。

2.1二次设备信息建模的研究现状

研究人员在二次设备信息建模方面进行过一些研究。有关研究将过程量、开关量、特征量根据IEC61850标准进行建模，客户端通过主动召唤和报告相结合的方式获取IED数据。还有相关研究结合二次设备状态监测的实际特点和功能需求，采用面向对象的建模技术，主要监测了站内二次设备和二次回路，以及设备的铭牌、标识和健康状态；提出了一种把变电站整个二次系统和二次回路作为统一监测对象整体来建模的思想。

2.2一种交换机及网络拓扑建模方案

以交换机及站内网络拓扑建模为例，在目前智能变电站专用交换机尚未投入实际应用，而二次设备状态监测又需要交换机及网络拓扑的情况下，本文提出以下建模方案。针对一般的通用交换机，其建模目的可暂不要求向外报告自身状态，如接口的光功率、网络流量等等，而着重于对网络拓扑和设备物理连接关系的描述。根据相关标准，可以利用IEC61850-6中规定的节点来描述设备之间的物理连接关系。

3.二次设备状态监测数据的分析处理

目前针对智能变电站二次设备状态监测数据的处理的研究对象主要为变电站网络中的告警、变位报文，从状态监测系统的设计、警报处理和故障诊断等角度开展。

3.1在线式自我状态监测系统

在线式自我状态监测系统的架构，该系统利用设备自检和设备之间的互相监测来实现二次设备的嵌入式监测。该系统的架构是一种总线型架构，即间隔层各种二次设备将采集到的状态监测数据通过运行服务总线（Operation Service Bus，OSB）发送到监控后台，由监控后台进行状态评估、故障诊断、健康状态可视化等功能。提出了将二次设备状态监测分为分布式和集中式两种形式，并就集中式的监测提出了比较双套保护装置的相同间隔的采样值、开关量、状态量以判断装置是否存在故障的方法。

3.2自我状态监测系统

自我状态监测系统在针对常规二次设备运行状态数据进行状态分类、故障诊断时主要采取比较法和趋势分析法，对SV、GOOSE等智能变电站特有的报文监测时，主要针对其报文连续性和报文正确性，按照报文序列应有的规则进行监测和告警。

4.结论

状态检测是一种可靠、经济的维护方式，状态维护的正确有效实施需要先进的状态监测技术和准确的状态监测数据作为支撑。本文讨论了智能变电站二次设备状态监测的概念和目标。本文综述了智能变电站二次设备信息建模的现状及状态监测数据的分析与处理方法。基于现有的标准和规范，提出了一种利用SCD文件中的节点来描述二次设备网络拓扑的方法。分析了各种状态监测方法在智能变电站中的数据源、优缺点及其各自的应用。

参考文献：

[1]许婧.王晶.高峰等.电力设备状态检修技术研究综述[J].电网技术.2015.24（8）：48-52.

[2]黄雅罗.黄树红.发电设备状态检修[M].北京：中国电力出版社.2016（22）：4-23.

[3]廖天明.我国状态监测技术和状态检修工作综述[J].供用电.2016.29（4）：13-16.25.