基于D5000平台下二次设备自动巡检系统的设计及实现

刘海峰，陈宏，姜健琳，尹浙洪

（1.国网湖南省电力公司电力科学研究院，湖南长沙 410007；2.上海泽鑫电力科技股份有限公司，上海 201206）

近年来，许多电力公司推出了二次专业巡视工作。主要是对110kV及以上电压等级变电站的二次设备开展专业巡视。巡视的内容主要包括压板、定值、模拟量、开关量、历史告警信息、GPS对时等装置运行信息的核对及端子排红外测温、压板电位测量等。通过专业巡视对发现问题的集中处理，消除了设备隐患，大大降低了日常消缺工作量。专业巡视工作与继电保护状态检修工作有机的融合在一起，成为其基础数据来源之一。通过专业巡视工作也提高了各单位对设备运行状况的掌握程度，对消除设备隐患，提升继电保护正确动作率起到了关键作用。但随着大二次专业的融合及电网规模的不断发展，二次班组从事的专业范围越来越广，工作量也越来越大，班组工作量与承载能力之间的矛盾也越来越突出。目前专业巡视工作周期是半年一次，无法及时发现中间过程的设备隐患。依靠人员力量的专业巡视工作已经达到了一个瓶颈，无法有更进一步的发展，迫切需要新的技术手段来提升专业巡视工作的精益化程度和实时性。

1 二次设备巡检技术

目前，国内外对设备在线监测的研究主要集中在一次设备领域，二次设备在线监测的研究主要集中在智能变电站领域，而且在线监测功能的研究还比较滞后。对于常规变电站的二次设备在线监测技术的研究还比较少，主要是难以实现数据的采集，而目前电网运行中存在的大量变电站都是常规综自站。国调D5000系统建设规范中明确要求系统集成二次设备在线监视与分析应用功能，并部署了继电保护信息处理系统的子站，实现了数据的采集功能。二次设备在线监视系统可以实现通讯状态监视、告警事件和动作事件查询，录波文件读取、定值召唤、模拟量和开关量及软压板的召唤等基本功能。

但这些功能主要是对装置现有运行信息的采集及简单归类，无法实现对运行数据正确与否的自动巡检，也无法监视到装置运行是否异常，高级分析功能还比较弱。并且相关信息均需要汇总到主站系统来进行处理，子站仅起到数据采集的功能，这就需要主站系统具备强大的处理能力，整体架构设计并不够合理。二次设备在线监测技术的研究已经具备了基础条件，自动专业巡检技术的研究还属于一片空白，而自动专业巡检则是基于二次设备在线监视系统上的高级应用功能，二者可以实现很好的结合，从而进一步提升生产指标，全面掌控全电压等级变电站二次设备的运行状况及动作情况。

1.1 二次设备巡检技术特点

目前基于微机的继电保护和故障录波设备在国内变电站已经普及使用，这些二次设备本身信息化、智能化水平很高，且提供各种方式的通信接口，具备远程信息获取和管理的基础，通过继电保护信息处理系统子站对这些智能设备的相关信息进行快速的收集和获取，可将信息远传到调度端D5000平台。作为基于D5000平台的一个子应用系统，可直接通过总线方式从D5000平台获取子站上送的继电保护各类基础数据，然后通过对收集设备的基础信息进行有效的过滤及二次加工分析，实现对继电保护等二次设备运行状况（如设备自检告警、开关量、压板状态、定值、模拟量等）的在线监视和自动巡检。本文所提出的二次设备自动巡检技术具有以下特点：

1）首创性的将对全网继电保护设备的运行状态监视、故障信息收集与整理、故障分析、定值压板等在线核对、专业巡视、信息共享与发布等功能集成于统一平台完成，形成了针对电网继电保护设备全方位、信息化管理的一体化解决方案。

2）实现了对全网所有变电站中继电保护设备日常运行状态的监视、自动巡视及告警功能，便于运维人员及时发现设备异常，并快速进行消缺处理，提高了继电保护设备检修、巡视工作的针对性和有效性，降低运维人员日常巡视工作量，避免电网重大事故发生。

3）能够实现定值和软压板的远程修改和校验工作，为实现远方修改定值提供了可靠的技术基础。

4）为实现基于量化指标体系的继电保护状态检修工作提供基础数据和监测手段，从而真正实现基于设备状态可监测的状态检修。

1.2 二次设备自动巡检技术研究内容

1.2.1 保护定值核对

1）基准定值单的设置

可能实现的方式有3种：①是收集电网下属单位在用的各类型继电保护设备的定值单，按设备类型进行核对，并最终形成全网统一格式的定值单；②是与定值整定计算程序接口，开发专用的格式；③是通过召唤继电保护装置内的当前定值，通过人工核对后固化为定值核对的基准。

2）定值核对

支持手工选择指定保护或自动对选定的批量保护召唤实际运行定值，与选定的基准值进行比对，不一致时差异、高亮显示，并给出告警。

3）核对结果

核对完毕后，可生成全部设备核对记录表，并对异常的定值单和装置给出告警信息。

1.2.2 硬压板、软压板和开关量状态核对

1）基准状态管理

支持设置各保护基准开关量及软硬压板状态，设置方式：先召唤实际状态量，确认无误后直接保存为基准值；支持基准值的编辑和查看。

2）开关量核对

支持手工选择指定保护或自动对选定的批量保护召唤实际状态量，与设定的基准值进行比对，不一致时差异、高亮显示，并给出告警。

3）核对结果

开关量核对完毕后，支持生成全部设备核对记录表，并对异常量和装置给出告警信息。

1.2.3 模拟量校核

1）召唤模拟量

支持手工选定保护或设定批量设备自动进行模拟量召唤。

2）三相电流电压平衡检查

对保护设备的回应的模拟量结果进行分析计算，检查幅值和相角是否平衡。

3）与主（备）保护一致性检查

核查同个一次设备下主、备保护或同一个间隔下多个保护、测控之间的三相电流、电压值的一致性，对比误差大于5%时按不一致处理。

4）告警

对于发现不一致、越限或越变化率的情况进行告警提示。

5）校核结果

校核完毕后，支持生成全部设备检查记录表。

1.2.4 保护告警统计

1）告警分类

支持对告警信息灵活分类、定制，将表征保护故障告警（如模拟量采集错、ROM错、EEPROM错、SRAM自检异常、FLASH自检异常、跳闸矩阵定值错等）和运行异常告警（如CT断线、跳位异常、长期有差流、远跳开入异常、通道环回长期投入、差动压板不一致、纵联保护地址错等）进行明确区分。同时对各类告警信息进行严重等级分类，对于影响保护正常运行或会引起保护不正确动作的告警应作为一级信息，瞬时自动上送，以及时提醒专业技术人员进行判别处理。对于其余告警信息，根据其性质合理划分等级，自动上送主站。力求告警信息清晰可见，解决大量重复的垃圾信息的湮没效应。

2）告警统计

支持对指定时间段内指定的单个或批量保护设备的告警情况进行统计，并形成统计结果表。

1.2.5 数据总线服务

1）多客户端支持

该系统应支持多台（不少于10台）运维工作站并行使用，不得因为多台运维工作站同时工作造成系统问题。

2）通信服务

通信服务应保持畅通，对于多个客户端同时下发的各类命令能够快速传输到指定的子站，并将子站回送结果正确返回各客户端，通信服务软件应满足电力系统自动化软件的要求。

3）数据同步

该系统应实时共享平台所采集的全部基础数据，同样各客户端所形成的结果也应实时同步于各运维工作站，可以被各客户端共享。

1.2.6 权限管理

权限管理主要包括对系统授权的相关设置，如登录用户增加、编辑、保存、密码修改及为不同用户定制不同权限等，确保该系统及功能只被授权用户使用，避免出现未授权非法用户可能给系统带来的负面影响。

2 二次设备自动巡检系统总体结构

系统由前台界面操作、后台分析处理及数据总线服务3部分组成。系统总体结构如图1所示。

图1 二次设备自动巡检系统总体结构Fig.1 Overall structure of the automatic inspection system of secondary equipment

系统采用模块化、分布式设计，系统通过D5000平台接口获取保护实时运行信息及设备运行参数信息，并充分利用二次设备在线监视数据模型，以此为基础展开对与继电保护专业巡视相关运行信息的周期获取、分析、比对，并实现对继电保护专业巡检相关应用结果的展示、查询统计及导出、打印等工作。

3 二次设备自动巡检系统各子模块设计

3.1 数据总线服务

一方面通过D5000平台从厂站端获取基础数据，另一方面实现对数据及其分析结果的自动分发，确保各工作站及数据库信息的自动同步，如图2所示。

图2 数据总线服务结构设计Fig.2 Data bus service structure design

3.2 数据分析处理服务

1）保护运行信息获取

接收界面下发的召唤命令或根据配置自动周期对指定设备的指定信息发起召唤，并将命令通过平台接口发送给子站；待子站返回结果后，一方面分发给界面，另一方面分发给信息核对模块；支持多任务并行执行。

2）事件分类整理

根据事件分类配置，对从收到的事件信息进行分类统计，按保护实时记录各类事件的发生次数，若一定时间段内事件发生次数越限，则生成告警信息并发送给告警发布模块。

3）模拟量采样异常分析

包括三相电压、电流平衡性，主备保护相对应的采样值误差是否越限及单项采样值值是否越限等判断，发现异常时，及时生成告警并发送给告警发布模块。

4）运行信息核对

对收到的运行信息，按照保护设备、信息类型逐一与对应的基准值进行核对，发现不一致时，生成告警信息并发送给告警发布模块。

5）处理结果告警、分发

根据定制规则，将收到的各类告警信息进行及时分发，并保存到数据库。具体流程如图2所示。

3.3 故障分析处理

根据一二次设备模型及关联关系对收到的录波、动作信息自动进行区内、区外故障识别与分析，并形成对应的动作分析报告。

3.4 界面设计

前台界面作为人机交互接口，主要实现如下功能：

1）模型与配置管理

对保护基本模型信息的读取、浏览、修改及保存；对于进行专业巡视所需要的保护基准值的管理，如定值单、压板状态基准值、模拟量越限值及关联配置等。

2）运行信息查看

针对选定的设备执行指定的召唤及核对操作，包括定值、软压板、模拟量、开关量的召唤及与基准值核对结果的显示，对于不一致的高亮显示，并自动生成异常告警提示。

图3 故障分析流程Fig.3 Fault analysis flow chart

图4 数据分析处理流程Fig.4 Data analysis and processing flow chart

图5 专业巡视系统定值校核界面Fig.5 Calibration interface of the professional inspection system

3）分析统计报告

针对保护告警、事件信息分类统计结果及区内、区外故障分析报告的格式化展示，支持直接导出、打印，解决班组人员原先靠人为收集、统计而导致的费时费力问题。

从以上界面图中相关人员可以直观、迅速的获取故障的相关站点、线路的信息，并自动判断故障类型，给出故障的详细信息，生成故障报告，并提出下一步需开展的工作及拟采取的措施。

图6 专业巡视系统报告浏览界面Fig.6 Report browsing interface of the professional inspection system

图7 生成录波分析报告Fig.7 Generated wave analysis report

图8 故障报告详细信息Fig.8 Failure report details

图9 故障分析报告Fig.9 Failure analysis report

4）历史信息查询

针对历史信息的查询，如设备历史定值单、历史基准值、历史事件、历史产生的异常告警通知及分析报告等。

图10 专业巡视系统启动分析界面Fig.10 Start-up and analysis interface of the professional inspection system

5）异常结果告警

针对手工或自动执行专业巡视工作期间，系统后台分析处理发现的异常情况进行告警提示，如模拟量越限、三相不一致、定值项与定值单不一致等，这都是运维人员分析判断设备运行情况的重要依据。

图11 专业巡视系统自动告警界面Fig.11 Automatic alarm interface of the professional inspection system

4 结语

本文提出了基于D5000系统平台下的二次设备在线监视及自动专业巡检系统的设计与实现方法，将各已有的类基础数据进行深度挖掘，建立保护报文及故障录波数据之间的逻辑识别关系，实现了二次专业自动巡视及智能故障诊断分析，为后续深入探索继电保护的全自动化状态检修技术奠定了牢固的技术基础。

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