二次设备故障在线诊断及预警平台设计

李剑

（国网太原供电公司 山西省太原市 030012）

在现代科技的推动下，电网建设、电力生产、电力企业管理都在朝着智能化的方向发展。互联网平台在线监测系统、设备状态管理系统以及无线通信技术的应用在提升电力企业管理效率的同时，电能生产也越来越安全和稳定。二次设备是电网运行的基础保障，设备状态将会对整个电网的安全性造成直接影响。通过电网设备故障诊断及预警系统，可以有效收集电网设备的状态信息，建立设备的数据档案，通过算法分析以及数据库对历史故障信息进行比对分析，生成设备状态评价结果。由此可见，二次设备故障在线诊断及预警系统是电网安全、平稳运行的重要保证，对于电力企业未来发展有着非常重要的意义。

1 二次设备故障诊断技术评价

电网二次设备主要用于对发电机、变压器、继电器等高压电气设备进行保护、控制、监测的辅助设备，虽然不主动参与电能生产，但是对电网运行的稳定性和安全性有着非常重要的作用，在电力系统日常运行过程中，如果某个设备或者单元出现故障无法继续工作，此时继电保护装置可以有选择、快速的切断故障设备，确保非故障设备正常运行，避免整个电网出现瘫痪。随着电网规模不断扩大，电力设备种类和数量不断增加，对于电网运行的稳定性要求越来越高。因此，二次设备运行状况就成为人们关注的焦点。

电厂二次设备结构复杂，受到影响因素较多，常见的二次设备故障系统主要针对绝缘老化、仪器精度下降、指示灯不亮、线路接触不良，设备发热故障以及人为因素造成的设备损坏等。这些都会对二次设备运行的可靠性和安全性造成不良影响。如果出现二次设备故障，则继电保护装置无法正常动作，引起更为严重的事故。设备使用过程中受到各种因素的制约，对其使用期限产生不同程度的影响，设备老化是电力设备常见的故障之一。老化的设备不仅会影响元器件的工作精度，造成设备参数偏离和扰动。传感器工作环境十分复杂，而且关联性极强，容易出现一系列连锁故障，如果出现传感器故障需要对其进行在线诊断，及时进行处理。传统故障检修方法主要依靠人工操作，检修人员需要在现场进行检查，调试二次设备开关，一旦出现误动作则会产生更为严重的事故。人工检修通常是在电网故障发生后，通过寻找事故发生的原因采取针对性的维护措施，无法通过故障预警从源头上降低电网故障发生的概率，大地影响了电网故障维修效率。

在对二次设备进行故障诊断时，需要准确掌握故障发生的原因，通常故障发生时会伴随着一些隐藏故障因素，这些隐藏故障当下并没有明显的故障表现，但是却具有很强的不确定性，如果没有进行有效预防，将会在日后的运行中造成更为严重的事故。因此，对于故障预警的需求将变得尤为迫切。二次设备故障在线监测及预警系统可以进行充分的数据采集和详细的比对分析，得到准确、有效的结果，通过仿真分析模拟设备运行状态，对故障隐患进行有效预警。

2 二次设备故障在线诊断及预警平台设计

二次设备故障在线诊断及预警系统，基于现代通信技术以及传感器技术实现二次设备运行状态的在线监测，通过采集设备的运行状态数据，建立模型模拟操作日常操作过程中可能存在的安全隐患，并进行有效预警，及时发现问题修正安全措施，制定有效地预防措施。通过二次设备故障在线诊断及预警系统，实现对电力设备的智能化管理，提高电网管理效率，最大程度降低电力生产过程中的安全风险。同时，该系统符合国网公司要求的全面提高站内二次系统运维检修的总体智能化水平的发展方向，有利于提升电网安全稳定运行水平。

二次设备故障在线诊断及预警系统采用分层级设计，具体包括站控层、间隔层、站控层三层网络结构。站控层包括二次设备故障监测平台，实现二次设备的监视、控制、警报以及信息交互功能，完成数据采集和监视控制等功能；间隔层包括变压器综合监测单元和断路器综合监测单元；过程层主要由变压器、断路器、隔离开关、电流、电压互感器等一次设备及其所属智能组件和独立的智能电子装置。系统运行框架如图1所示。

图1：二次设备故障在线诊断及预警系统框架

2.1 结构设计

二次设备故障在线诊断及预警系统，为保证ADPSS 核心仿真软件模块的实时性和独立性，其将独立运行在专用模块的专用实时操作系统上。系统中需要保证实时性的接口模块具备可配置、可扩展、专用硬件配置的方式实现，构成系统的统一“硬件层”；技术系统的核心功能构成了“功能层”；其上是应用软件层；整体上构成一个软硬件一体化的智能站调测平台。

二次设备故障在线诊断及预警系统采用分层模块化结构设计，设备状态数据采集模块负责对二次设备实时数据和历史数据的采集，通过设备故障趋势分析模块对设备运行状态进行判断，包括继电保护装置、交换机、智能终端、配电设备运行的电流、电压数据，通过传感器将这些数据信息传递至设备故障预警规则库，同时负责变电站维护的安检人员可以随时调阅这些数据信息，为变电站二次设备的日常维护制定有效的行动计划，对于异常情况可以提前做好应对措施。

2.2 通信功能

通过信息化技术和手段，负责收集录入运维的历史安全措施记录。分析整理，按照间隔和继电保护场景形成一系列的典型的安全措施，组成二次设备安全数据库。二次设备故障在线诊断及预警系统在IEC61850 通信协议的基础上，支持多种形式的数据传输和远程控制功能，可以对远端数据中心进行数据调度。二次设备故障在线诊断及预警系统还利用强大的数据库功能，建立设备运行的健康档案，通过数据库共享平台可以实现电力系统设备信息的资源共享，同时，可以对各继电保护设备运行状况的修改，通过远程操控的方式完成对继电保护设备的故障预警和检修。二次系统运行状态通过持续的通讯链路维持链接，装置在检修维护前首先要将其运行状态转换为停运状态，对其进行安全的通讯隔离才不至于引发其他有关联的装置误动。二次系统运行状态的切换有多种方式，本项目主要研究通过有序的操作装置软压板的方式来实现装置的有效安全隔离及运行状态转换，有利于下一步利用自动化工具实现装置安全隔离及安措实施过程控制和可视化监测，更具备推广和实用价值。

2.3 模块化结构

二次设备故障在线诊断及预警系统具有强大的数据处理功能，可以完成对变电站继电保护二次设备运行状态信息的监控和管理，实现变电站的自动化管理。二次设备故障在线诊断及预警系统采用模块化设计，不仅具有广阔的应用场景，而且还拥有结构简单、性能稳定以及开发成本低等优势。此外，通过模块化设计，可以同时满足在线诊断及预警系统的功能属性和环境属性，可以缩短产品研发与制造周期，增加产品系列，提高产品质量，应对电网环境的变化。二次设备故障在线诊断及预警系统在变电站中的普及应用，不仅可以提升变电站智能化管理水平，同时可以确保电力企业持续高效、稳定的电能输出，让用户享受高质量的电力服务。

二次设备故障在线诊断及预警系统可以有效地监测配电设备的隐藏故障，利用设备故障预警规则库生成工具，定期进行巡检。并且二次设备故障在线诊断及预警系统还具备可视化功能，使用可视化软件对二次设备的运行状态数据进行建模，用户可以通过直观的图形查看设备之间的通信链路状态。可视化技术是基于二次设备运行状态模型和本地数据库进行相互映射形成的，通过矢量图表示各个装置站之间的通信连接。在二次设备故障在线诊断及预警系统中采用可视化技术可以大幅度缩短智能变电站检修过程，极大减少检修过程的误操作，提高安措隔离的可靠性过程，减少停电时间，大幅度提高供电可靠性。

由此可见，二次设备故障在线诊断及预警系统的核心功能是设备运行状态的实时监控，通过智能化传感器以及网络通信设备可以实现对二次设备运行状态信息的实时采集，通过可视化管理对设备故障进行准确定位和预警，数据库功能可以实现海量实时数据的高效存储，通过数据分析建立设备的健康档案，模拟设备运行的工况，综合分析二次设备运行的异常情况。变电站二次设备在线监测系统通过采集设备运行的状态信息，利用专家诊断系统实现对二次设备的在线诊断和监测。

3 总结

综上所述，在电网智能化发展的背景下，电网设备的运行将呈现出相互联动、相互影响的特点，任何一个设备出现故障，都有可能造成极为严重的事故。因此，对电网运行的稳定性和安全性就成为人们关注的焦点。通过二次设备故障在线诊断及预警系统实现对电网设备的故障监测和预警，在二次设备正常工作的情况下，通过数据分析建立设备的健康档案，通过判断特征参数判断设备是否存在故障。在故障诊断和预警过程中，设备运行参数提供有效的数据支持，将采集到的数据与阈值进行对比，增强继电保护二次回路的故障预警功能，同时还需要相关部门和工作人员提高对故障诊断技术的重视程度，科学合理的运用现代化管理技术，确保能够充分发挥二次设备故障在线诊断及预警系统的作用和价值，从而确保电力系统安全、稳定的运行。