智能变电站继电保护二次回路在线监测

2018-03-28吴福明

设备管理与维修 2018年17期

吴福明

（国网苏州供电公司，江苏苏州 215000）

0 引言

随着我国变电站技术快速发展，通信网络化已逐渐取代二次回路，继电保护也在朝着智能化和网络化发展。但仍有很多企业使用的是传统的检测方式，以网络报文的方式进行设备和系统的分析和检修，而这个过程中因受到多种原因的影响，而导致各种问题的不断出现。因此需要加强对在线监测和故障诊断技术的研究，加强智能检测系统的广泛应用。

1 智能在线监测和故障诊断技术的优势

（1）在智能变电站的发展中，不断融入网络通信、数字传输、信息共享，让变电站智能化水平不断提高，变电站工作效率明显提升。作为变电站中的关键部件，继电保护装置对于变电站智能水平有着重要影响。在传统的变电站运行中工作人员发现异常情况时，会进行手工调解相应的设备；定期对继电保护设备进行巡检，若在检测中发现不正常情况及时进行相应处理，或填报缺陷，或要求停运故障设备，经过检修调试正常后，才能继续投入使用。相比于传统的继电保护装置，在全面的测控技术下，智能继电保护装置改变了传统的工作方式，变被动检修为主动监测，让继电保护效率大幅度提高，也节省了人工费用，减少了员工精力投入，让继电设备稳定性大幅提高。

（2）智能变电站继电保护设备具有更先进的调试方式，能够从多个线路同时进行，设备中的配合性也得到提高。在日常运行时若电网中出现异常情况，继电保护装置将通过智能控制功能进行自动调节，若自动调节无法解决时，可由人工方式二次修正。既减少了人工作业量，也使系统检修效率大幅度提升。在系统的巡检中，让系统巡检变得更加高效，智能变电站自身的诊断技术具有自动化特征，在运行过程中，只要出现微小异常，系统能够快速进行修正，同时分析原因以供工作人员参考。该模式让变电站巡检效率大大提高，可以减少巡检频度，让变电站成本有效降低，电力企业的经济收益有所增加。

2 继电保护二次回路的在线监测与故障诊断系统的整体构架

在变电站中，传统的二次回路逐渐被通信网络所取代，应用通信网络，利用数字信号，能够实现设备之间的互相连接，实现在线监测。在系统构架中，包含了主站系统、后台系统、远动装置及站端装置，主站系统设置在调度控制中心，其余设置在变电站内。因此，新建智能变电站需要应用在线监测以及诊断的装置，在数据采集端对运行情况进行分析，发挥出实际应用性。

（1）主站系统建立在网络记录分析设备和保护设备基础之上，两者通过网络或线路有效的连接在一起，从而能够提取必要的数据，并将数据上传到网络中进行数据分析，数据分析可以在调度端实现。在很多新建的智能变电站中，在线监测和在线诊断是设置在数据采集端的基础上。

（2）站端装置的作用是采集和整理继电设备的信息，同时对信息进行过滤和配置。在通信网络中，如果出现了故障信息，故障信息能够以最快速度被输送到站端装置，随后将接收到的信息收集起来，经过处理之后传给后台，同时通过远动装置传递给主站系统。在这个过程中，对于信息的收集和诊断需要建立在后台监控系统或主站系统，并将分析的结果呈现在监控画面上，以直观的形式完成对故障的分析。

3 在线监测信息

（1）运行状态信息。装置的运行信息主要包含：①软件硬件自动检查信息，自动检查信息包含运行过程中装置的温度信息、电压信息等，这些信息决定了继电保护设备在线监测的功能，向系统直接反映了设备的运行情况。②采样值，也就是电流的信息，包含支路电流信息及差动电流信息，在电路运输中如果出现故障情况，电流信息也会出现和往常不一样的变化，因此需要检测采样值信息。③开关量，在长期运行的设备信息监测中，不仅能监测到故障情况，还能在数据记录下对运行数据进行收集储存，为系统日后的维护提供数据基础和依据。

（2）保护动作信息。在线监测信息的保护动作信息，包含保护动作信号及动作出口信号。保护动作信号信息是指涉及到保护启动、保护元件这一类运行信息。动作出口信号信息是指出口信息及动作时间信息。

（3）警告信号信息。在二次回路出现异常情况时，警告信号能够准确反映出故障点的信息，能更加快速、准确地找到故障问题和运行信息，同时信息也能应用于检修工作中，便于智能变电系统的维护。警告信号信息主要包含，①采样值的异常警告，如SV（Sampled Value，采样值）链路终端信息、CT（Current Transformer，电流互感器）断线信息、检修状态信息等，在运行过程中，监测到的信息和平常情况不符合时，就会发出警告信号。②开入量的异常警告。开入量的异常信息包含GOOSE异常信息、开入量异常信息及链路中断信息等，当监测到异常情况时系统将会发出警告。③装置异常警告。当系统出现闭锁或失电情况时，系统将会发出警告信号。

4 在线监测和故障诊断技术应用

4.1 技术原理

（1）对SV/GOOSE链路诊断的原理。在系统运行当中，接收端的设备是按设定好的频率运行，运行过程中能够自动接收信号，如果设定频率下没有接收到信号，系统将会自动发出警告。GOOSE（Generic Object Oriented Substation Event，通用面向对象的变电站事件）网络是传输过程层和间隔层之间的数据和状态量。系统中的保护装置和终端间，使用的是GOOSE点点对应的方式通信。SV是应用在传输过程层和间隔层两者之间的采样值，系统中保护装置和合并单元两者间也是点点对应的形式介入SV数据。由于系统的观测源是一致的，将接收装置的观测源和接受装置的监测进行对比，然后根据警报装置对故障进行定位分析。

（2）对交流回路诊断的原理。在智能系统运行过程中，对二次回路流量的监测，使网络记录分析装置和保护装置相结合，对信息进行对比后才能进行故障诊断。智能变电站在采样过程中，通过合并单元才能实现A/D的转换，其中关键点是对采样数据的同步问题。通过对采样数据对比，分析数据是否属于正常范围，对二次回路的状态进行判断。当误差超过正常范围情况时，继电保护装置并没有发出任何异常的信号，那么就有可能是继电保护的交流回路出现了异常情况。

（3）对保护动作的诊断原理。对交流回路的运行情况监测，是通过对单重化保护装置和模拟量的对比，将监测位置信号作为指标来判断回路的运行情况。单重化装置保护配置运行情况包括保护动作逻辑和保护模拟量，并结合保护动作的精准性进行分析。在双重化装置保护配置中，通过对保护装置检测来分析装置动作的准确度。在诊断过程中，首先进行的是对动作元件及时间方面的检查，在做好时间差计算的基础上进行对比，才能保证保护动作具备精准性。

4.2 在线监测和故障诊断技术应用

（1）二次回路输入开关量状态的监测和诊断。在智能变电站中，继电保护装置使用开关量输入的二次回路作为保护装置对相关信号进行收集，如闭锁信号、保护信号等，然后才能对运行性能进行判断。使用在线监测诊断技术，使保护装置具备了自动检测和自动诊断功能，实现了开关量输入的二次回路状态检测。

保护接点的动作开入量对二次回路状态进行检测时，要保证继电装置准确性需引入开关量分析，如变压器的保护动作要连接电压闭锁。例如，在断路器失灵情况下进行的保护动作，可对保护逻辑进行检测。正常情况时失灵保护需要启动开关量为0，在系统出现故障时开入量是1，此时进行继电保护动作时，需要对故障进行切除。在这个过程中，若保护装置检测到开入量为1，同时时间＞10 s，可得出开入量及开关回路存在异常情况。在单套保护装置中需引入保护动作的开入量，根据判断逻辑对系统在线情况进行检测。

在双套保护装置中，根据相关信息可以了解到，是开关量的输入在接入二次回路的时候，需要使用双重化的配置。一般情况下，同样的间隔包含两套保护，对应的开入量也应该一致。因此，应用保护信息系统在装置内对状态信息进行收集和分析，如果两者状态信息不能互相对应，则可判断出二次回路出现异常情况。使用该检测方法，能准确判断出不同类型的异常情况，包括二次回路的断线故障、绝缘故障及接点粘连等情况，这样也就实现了在线监测和在线诊断。

（2）二次回路中断路器状态监测和诊断。在智能变电站中，断路器二次操作回路是由智能终端和操作箱构成。对装置的保护需使用网络监测的手段，对二次回路则需进行实时检测。根据相关规范和要求，对状态进行检修时，在系统中跳合闸接点是处于密封的状态，不能直接得到其运行情况，使用传统检查手段，无法快速而精准的检测。因此，需要使用其他方式进行检测。例如，使用双接点的串联，对装置进行在线监测。

使用在线监测和在线诊断技术，能对保护装置运行情况进行检测，使故障问题能被及时发现。使用双AD形式采样，对电路进行有效监控，能及时发现两者误差是否在阈值范围内，可快速发现异常和提出警示，检修人员能更加快速掌握系统异常的原因。在对故障进行诊断时，重要的步骤是对故障的精准定位，使用该方法，能准确确定故障保护装置和变换位置，可有效减少故障时间，让供电性能更加安全可靠。