智能变电站二次设备在线监测与故障诊断

胡定林++陈飞建++周仕新++代飞++贾贵云++蒋政权

摘 要 本文主要是从二次设备的监测方法和故障诊断策略两个部分来研究智能变电站的二次设备的在线监测和故障诊断。二次设备自检信息的监测，二次设备对时状态的监测，二次设备通信报文的监测是提出的三种监测方法，集自检信息诊断、对时信息诊断、报文信息诊断三种诊断于一身的综合故障诊断是新建立的故障诊断策略。

【关键词】智能变电站 二次设备 在线监测 故障诊断

1 智能变电站的发展

智能电网的核心是智能变电站，其快速的技术革新和大面积的建设，有效的带动了智能变电站的发展，同时对智能变电站提出了更高的要求。智能变电站在运行过程中的可靠性直接受站内二次设备的在线监测与故障诊断的影响，对一次系统的监视和智能变电站数据采集都是通过二次设备来完成的，此类问题不容忽视。二次设备里的保护、合并单元、故障录波、智能终端等智能电子设备，采用相同协议、相同建模语言、相同建模方式，IED模型中存有自检数据，通讯和交互在各IED之间来回，这些有效信息为建立二次设备的在线监测和故障诊断提供有效依据。

系统结构网络化、信息传递智能化、共享信息标准化是智能变电站的主要特点，每个子系统之间都是相互关联的，多种先进技术融合于IEC61850规约中，自由地进行信息的交互传递，智能变电站中的信息得到了充分的共享机会。站控层、间隔层、过程层三层和站控层网络、过程层网络两网组成了智能变电站的“三层两网”。

二次设备的在线监测和故障诊断在设备检修方面有重大作用，可发现人工定期检修时不易被发现的异常故障等，避免或消除安全隐患，能及时找到故障原因，强化此项工作，可提高智能变电站的运行安全。有很多方法可应用于故障诊断，譬如：模糊集理论、粗糙集理论、人工神经网络、Petri网、贝叶斯理论、多种智能算法相结合等。在线监测系统可将采集到的数据以数字图形的形式发送给操作者，操作者可根据数字图形及上下限判断设备是否正常运行，如有异常，及时处理，降低故障发生率。

2 自检信息的在线监测

由智能终端、测控装置、合并单元、保护装置及故障录波多种装置组成的二次设备是存在于站控层、过程层和间隔层之中的。对自身的状态情况、功能性能等自动检测后形成信息，将数据存储于模型中，这是二次设备的一种自检功能。设备是否正常健康，通过自检信息的反馈情况就能了解。

IEC61850-7标准是对变电站内智能设备信息模型的介绍说明，同时提出了数据集概念，方便数据的传送和输出。相同数据属性的集合即数据集。二次设备自检信息按照IEC61850-7标准数据集的概念以数据集的方式管理，站内的配置文件对数据集中的各数据详细的描述，分析解读配置文件，从二次设备中提取有用信息，用动态形式体现自检信息在二次设备中的运行实况。

智能变电站涵盖了整个变电站及站内，其中配置文件是对IED进行信息模型，文件由SCL语言对装置信息模型和装置通信配置以统一格式对IED进行描述。智能电子设备能够利用自身配置互相读取解析其配置文件，完善自身的配置文件，实现双方通信的可操作性，不同厂家生产的都可以进行此操作。由ICD、SSD、SCD、CID四类文件组成了智能变电站的配置文件。文件采用XML标准格式，符合SCL定义，来保证信息交互格式的一致，以立体树状结构层次化的方式描述设备信息。

二次设备信息模型的建模是以面向对象的方式进行建模，信息模型详细的描述解读是通过站内的配置文件完成的。及时收集存在于逻辑节点中的以数据集形式储存的自检数据，以数据集形态分别传送实时传输和慢些传输的数据。利用交换机连接，自检信息收集，解析站内配置文件。站内所有二次设备如需监测，解析SCD文件即可；只一个二次设备需监测，解析ICD文件即可。

3 对时状态在线监测

智能变电站中所有信息必须以同一时间断面的数据，同步完成相应功能。从对时状态自检和时钟偏差测量两方面监测出发可完成对时状态监测。利用设备自身数据概况预知故障是对时状态自检的一种方式，可监视时钟，受自身数据设计限制，发现的问题不全面，有局限性，但利用自身数据发现故障的速度还是比较快的。时钟偏差测量以被监测外围无法预知故障的另一种监测，以对时报文形式传递。各种监测如下：

（1）对时信号状态监测，可监测信号有无，对校验码检测，确定对时信号是否准确；

（2）对时服务模块运行情况或设置装置时钟是否成功可通过对时服务状态进行监测；

（3）在同步时钟设置装置时间下，监测装置时间非正常跳动可用装置时间连续性进行监测。

时钟设备和被授时设备共同配合才能完成时钟同步，所以对两者都要进行监测。时钟设备有灵活性特性，而PMU、故障录波器、保护设备以及测控装置共同组成被授时设备。

间隔层和站控层自检信息利用MMS网络传输到监控后台，过程层自检信息利用GOOSE网络传输至间隔层，再由间隔层通过MMS网络上送监控后台。自检信息可通过主动上送、定期上送、人工召唤三种方式來完成。

乒乓原理的时钟精度监测是通过SNTP在客户端与带有时标的SNTP报文来传递的，时间偏差和网络延时利用客户端与两个时标信息通过计算可得出，由此判断被授时设备的对时状态是否正确。

4 通信报文的在线监测

智能变电站的通信链路频繁断线、误码率高等异常状况的出现往往预示着智能电子设备将要发生故障，分析处理异常报文，设备异常就能发现。对设备通信状态的监视，可利用通信报文的故障提示功能，解析报文，提取IED间有效通信信息，来分析IED的通信行为。若分析的报文异常，就会发出告警信息，以此判定二次设备异常。

依靠智能变电站中网络报文记录分析仪来完成的报文的捕获、异常报文的存储及依靠站控层的报文解析软件来完成的异常报文的解码和故障告警是实现报文监测的三个过程。endprint

拥有强大数据存储器和处理器的网络报文记录分析仪，可接受处理整个变电站的通信报文。网络报文分析仪的采集分析单元与变电站SCD配置文件二者相结合，以网络和应用协议的形式分析捕获的网络报文，异常能够及时发现。对异常报文设置了專门存储器，以便日后查询。

GOOSE报文、SV报文解码和MMS报文解码是报文解码的两种解码情况。GOOSE报文和SV报文是EtherType值不同，都以以太网数据帧封装，解码过程相同；MMS报文解码与GOOSE、SV报文解码过程相类似，只是MMS报文格式不固定，需具体形式具体分析解码。报文分析内容如下：

（1）GOOSE报文分析内容有四种检查监测，分别为语法语意的一致性检查、符合性检查、报文连续和中断检查、报文流量检查，当不同检查监测出现错误时发出的告警信号有明显的区别。

（2）SV报文分析内容有报文配置与SCD文件是否一致、采样功能是否同步、流量的检测，当这三种检测发生异常时也会出现告警信息。

（3）MMS报文分析内容由ACSI应用分析、MMS层分析、ETHENET层分析三个组成，报文的收发顺序、控制命令和过程准确连续性均可通过这三层分析判断发现，也可发现通信中断等问题。

5 二次设备故障诊断

如果二次设备本身或设备间的通信报文的正常传递出现问题都会对智能变电站二次设备各项功能的实现产生影响，设备出现故障，发出警告信息，这将被在线监测系统采集，发送给故障诊断系统，系统进入处理状态，系统将告警信息归纳整理后，利用故障信息之间的联系和故障推理判断依据，可定位出故障的元件或设备。诊断系统通过设备的对时状态信息、自检信息、通信网络的三种报文监测发来的告警信息对合并单元、保护装置、测控装置、智能终端进行诊断。

二次设备故障诊断模型分四个层次，一层故障特征信息，是诊断模型的数据来源和基础；一层不同故障信息分类诊断类型，一层综合诊断，一层诊断结果的输出。故障诊断类型是由报文信息诊断、自检信息诊断、对时信息诊断三种子诊断和子诊断形成的综合诊断组成的。

（1）报文错码率、丢漏包、流量异常等发出的告警信息会通过报文信息诊断来体现。

（2）自检信息诊断可分为功能异常诊断和通信中断诊断，功能异常诊断信息来源于自检信息发现的自身故障，通信中断诊断依据自检功能监视的收发功率和报文故障时发出的告警信息。

（3）对时信息诊断即对时异常，可能由被授时设备对时信号、服务器异常、对时时钟设备异常等引起。

（4）综合诊断是根据报文、自检、对时告警信息，对二次设备进行的故障推理，判断故障元件。

6 结语

智能变电站二次设备在线监测与故障诊断随着IEC61850标准不断完善不断深入，IED模型中的信息也越来越多，这都为其创造了良好条件。在线监测技术是故障诊断的基础和前提，那是因为可经过在线监测发现故障后，故而进行故障诊断。

二次设备在线监测方法有三种，一种是利用自检功能，解析配置文件获取信息模型，动态读取信息的自检信息的实时采集；一种是有自检信息采集和乒乓原理时钟精度监测两种组成的对时状态监测，自检信息介绍了被授时设备对时状态和时钟设备数据信息模型，乒乓原理介绍了此种方式方法实现的原理，利用SNTP往返报文测量时钟偏差；一种是利用网络记录分析仪异常报文的实时读取，以GOOSE和SV报文及MMS报文两种模型进行解码，以此来判断二次设备的通信是否正常的异常报文解码。

故障诊断方面，对二次设备自检、对时、报文信息使用在线监测系统进行采集，三种子故障诊断模型及综合的故障诊断模型的建立，都以故障诊断模型为基础参考，利用发出的告警信息，对二次设备各部分故障诊断。

参考文献

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[3]宁楠.网络报文记录分析仪在数字化变电站中的应用[J].华电技术，2013，35（07）.

[4]何磊，田霞，韩永进等.IEC61850配置文件工程化测试探讨[J].电力系统保护与控制，2011，39（16）：147-150.

作者简介

胡定林（1986-），男，贵州省兴义市人。大学本科学历。工程师。主要研究方向为电力系统继电保护。

陈飞建（1980-），男，江西省上饶市人。大学本科学历。工程师。主要研究方向为电力系统继电保护。

周仕新（1984-），男，贵州省兴仁县人。大学本科学历。工程师。主要研究方向为电力系统自动化。

代飞（1987-），男，贵州省盘县人。大学本科学历。工程师。主要研究方向为电流系统继电保护。

贾贵云（1987-），男，贵州省兴义县人。大学本科学历。工程师。主要研究方向为电流系统继电保护。

蒋政权（1988-），男，贵州省盘县人。大学本科学历。助理工程师。主要研究方向为电流系统继电保护。

作者单位

贵州电网有限责任公司兴义供电局 贵州省兴义市 562400endprint