智能变电站保护设备在线监视及智能诊断技术研究

戎世华

（国电南瑞科技股份有限公司，江苏 南京 211106）

0 引 言

作为智能电网的重要节点，智能变电站具有电能分配、输送以及汇集等功能，我国现今拥有变电所的数量超过5 000座，极大地促进了电网在未来的可持续性发展。在投入大量智能变电站后，利用软件逻辑和光缆替代了传统意义上的二次回路，使得二次回路变为了无法触碰的虚连接，这也是与普通变电所相比的突出差异，结构较为复杂。由于智能变电站的自身应用特点，使得即使是一座规模普通的变电站（500 kV）也包含着大约50个的保护装置与2 000余个压板信号。此外，不同的厂家所生产的压板在设置方面有着诸多差异，导致在智能变电站出现故障时维修人员难以在第一时间定位到故障点，从而影响到故障处理效率，导致产生大量经济损失。

1 智能变电站保护设备在线监视与智能诊断方案设计

1.1 二次设备在线监视方案设计

1.1.1 系统架构

智能变电站由于其特殊的结构使得其应用的二次系统具有远程遥控设备动作、开关变位以及搜集告警信息数据等一系列功能。本文重点阐述的监视信息包含设备的日常运行状态和参数配置等信息，其主要包括以下3点。一是以厂站端保信子站通信为基础核验智能变电站的应用环节，该种方式的应用能将所获取到的实时信息为依据准确判断设备的具体运行状态[1]。二是使用D5000数据平台，帮助相关工作人员获取到电网实时运行数据以及一次模型等。三是应用录波装置，获取包含了录播简报和受到保护的录波文件等信息。

当下所应用的规约具有多样化的特点，因此需要充分考虑平台在后续使用中的可拓展性，并遵循开放原则更好地推进后续的平台设计进度。若有新式规约装置的添加需要，则应为其构建单独模块以充分发挥其应用效果，将监测系统的基本架构分为子站端与主站端两个部分，其中主站端的作用为在线监视，而子站端能够采集二次设备的数据，并深入分析运行状态[2]。通常情况下，主站系统安置在地调控制中心，利用电力数据网将其包含的所有子站连接在一起，而其中的二次设备直接与主站进行通信，能够在子站主动采集装置的帮助下使主站随时监控装置的运行状况。子站系统中同样存在着数据的优先级，其定义的数据筛选技术，能够在第一时间得知保护动作信息并将其归入到预先设定的数据库中。

1.1.2 软件架构

智能变电站的智能诊断与在线监视装置包括数据收集与管理两部分，数据采集利用过程层网络部署采集过程层信号，继而完成设备数据的回溯任务，但应注意遵循保护小室的原则以更好地完成配置任务[3]。对应的数据管理单元通过站控层联合数据采集单元获取数据，并在获取数据采集单元信息后进行深入分析，充分利用MMS网络，完成MMS报文。

对于调度端来说，其所囊括的所有保护装置及其中具有在线作用的实时监视模块均为独立存在，且在调度端的主站软件系统中表现出集成应用效果。该系统以J2EE和B/S技术架构为基础，实现了各类录波保护数据的云储存，为满足二次设备在线监视主站端业务的需求提供了基础条件。

基础层、基础业务层、高级业务应用层以及展示层是二次设备在线监视主站端软件系统的主要层级。基础层的作用是为厂站提供需要接入的规约类型，并分析数据采集服务，基础业务层提供服务类型的主要内容包括全部保护系统所包含的数据查询，且具有信息查询的实时性，高级业务应用层涵盖了统计管理、平台中所包含所有数据的深入处理分析以及对系统各个管理模块进行全面维护等功能，展示层展示的二次设备能够对监视系统进行分层次展示[4]。

1.1.3 功能架构

层次化界面展示具体如图1所示。

图1 层次化界面展示示意图

功能架构的构建实际上是以展示设备中所包含的在线功能的实时监视系统相关业务需求为基础，目的是在显示层面将其阶段性的运行需求完全表现出来。为确保系统应用的有序性应将其划分为不同的模块类型，如全景监视模块和历史数据模块等。需要注意的是，想要充分发挥出该类系统在应用过程中简单化和实用化的应用优势，就应在设计系统架构时充分考虑所涵盖间隔回路层的具体功能，做好设备展示、安全策略检修、间隔回路以及整体监视4个层级的相关工作

1.2 以二次设备为基础的在线监视智能诊断方案设计

智能变电站需要在二次设备在线监视系统的基础上收集所涉及到的电力系统信息。以此为基础的所有理论分析环节均能够作为对输电线路进行距离保护和差流保护计算的重要基础，从而全面分析故障以充分利用所收集到的在线监视数据，使得所得出的故障分析结果具有实效性。

该类系统的主要应用优势在于设备信息的高度共享性，这也是对所包含保护数据进行深入分析的前提条件。从距离保护的角度来看，其所使用的为线路中所包含端路电压电流的基本信息，而从其实际的运行原理角度来看，该系统能够消除过渡电阻的影响，继而帮助提升测距精度，为产生故障的故障点定位提供可靠数据，保证了供电恢复的及时性，其同样也是电力系统稳定运行的关键因素。

对变压器母线与线路进行差流分析能够对元件发生区与故障差流的变化过程有一个全面的了解，并为技术人员全面掌握差流形成的基本原理提供基础数据，及时发现存在于回路中的故障隐患，突显其应用的重要价值。在线监视功能的实现对保护控制装置系统的优化过程有着极为重要的作用，其同样能够为站域提供具有现实属性的基础保护条件。

2 智能变电站保护设备监视与智能诊断系统开发

2.1 在线监视模块

2.1.1 全景网络监视

智能变电站中的二次回路将运行过程中的特征表现由物理状态转变为数字形式，但同样也由于此种变化使得后续的操作缺乏安全性，继而导致无论是监视手段还是保护手段均无法保证应用效果，从而失去了充分发挥手段运行优势的支撑。此时应选择利用SCD和其他类型的中间文件实现网络拓扑和物理连接，并使用图形化的方式进行展示。在图形结合方面，该监视模式能够保证设备运行状态显示的及时性，如数据流通和光缆连接等均可进行实时的状态监视。

2.1.2 二次回路监视模块

利用该种类型的模块能够以图形的方式展示光纤回路的连接状态，并能够利用保护装置完成监测各类设备光纤接口执行信息的任务。在获取到与链路相关的报警信息后，可以快速确定故障位置并保证定位的准确性。

二次虚回路的功能体现在以下几点。首先是能够将变电站中所显现出的虚回路运行状态以图形的方式表现出来，其中所显现出的箭头代表着针对虚端子的发布与订阅的情况以及具体方向。其次状态判断需要综合关联软压板工况、网络报文状态以及通信链路情况。最后数据的实时分析与收集需要以所展示出的设备情况为基础，以虚回路的运行状态全面监测保护设备的状态，包含了图、库以及模等具有一体化特征的技术，并以装置端口与交换机等物理连接信息为依据，在多类要素与数据的帮助下构建网络拓扑模型。

将层级关系作为展示完整回路状态的重要基础，保证智能变电站情况展示的完全性。在该种情况展示的基础上能够完成对虚回路的实时监视任务，并表现出不同的状态。以过程层数据信息为基础，不仅能够实时显示所涉及到的开关量，而且还能显示出模拟量的具体数值。

2.1.3 保护装置的在线监视

以保护专网GOOSE报文采集与分析为基础，能够监视与提取保护动作信号，并在与保护故障录波的情况相结合后实现对保护动作的综合性分析，并进行自我诊断。利用保护装置能够实时保存并处理诊断信息，主要为模拟量、软压板以及保护装置定值的信息召唤。以用户要求为依据能够处理检修涉及到的实时反馈回来的状态信息，另外也能够在接收到不确定事件所反映出的定值信号后在对应监视模块区域显示出相关信息。

主站中所应用的保护装置在线模块的图形界面较为直观，能够全面地显示出保护设备与诊断设备的状态和具体的装置通信情况。在监测保护设备的状态时，一旦出现装置通信的异常状况，则反映出的内容为告警形式，并在图形界面显示出对应诊断装置所检测出的故障位置与具体的诊断内容，此外还能够定期生成保护设备的诊断与状态检测的数据报告。

2.2 智能诊断模块开发

2.2.1 故障数据合成实现算法

联动环网是常用的二次设备采集单元的连接方式，一旦出现扰动或是故障将会触发采集单元。在此种情况下，所包含的全部管理单元均会自动收集单元故障数据，这也是后续形成具体故障文件的重要基础，为故障波形数据展示功能的实现提供了基础条件，同样也是深入分析设备跨电压等级的前提，将会在这一过程推进的基础上形成具有与全站同步特点的全景录波，保证了故障信息记录的及时性与分析处理的全面性。

2.2.2 故障特征量提取实现算法

将过程中具有同步性的所有采样故障数据作为对相应故障进行深入分析的重要基础，能够在基尔霍夫定律的帮助下联系节点与区域的具体位置实现对数值的测算，从而保证短路故障设备定位的及时性。以电力系统理论为依据，从多个角度分析故障特征数据能够构建出完善的体系结构，为实现电力系统保护大数据高级应用的功能奠定基础。具体的实施步骤为解析录波文件、确定故障时刻、提取局部故障特征量（多维度）以及构建故障特征量体系。

3 结 论

二次设备故障定位与预警功能实现的基础是智能变电站保护设备的在线监视技术。当前所获取到的保护设备的运行状态数据来源仍然较少，在智能变电站数量逐渐增多的情况下，深入研究该类型变电站在线监视工作的应用价值与意义将会不断突显。从实际情况来看，智能诊断系统的开发与应用，更是表现出了保护设备运行安全与提升运行效率的巨大优势，具有广阔的市场应用前景。