继电保护远方智能检验技术研究

黄国平，黄华斌，许丹盈

（1.南方电网广东佛山供电局，广东 佛山 528000；2.南方电网广东广州供电局，广东 广州 510000）

0 引言

继电保护是快速正确地切除电网故障设备，防止事故扩大，保障电网安全稳定运行的第一道防线［1-3］。因此要保证电网安全、可靠、稳定运行，就必须加强继电保护装置及其二次回路的维护。目前，国内外广泛采用的是定期停电检查保护装置本体和二次回路的功能和状态。传统停电定检方法存在工作量大、停电风险及有效性不足等弊端，必须探索继电保护定检新技术、新方法。随着继电保护装置信息开放及共享程度的提高［4］，继电保护系统支持连续监测关键的状态信息，并支持以通信的方式输出这些信息［5-6］，利用多种自动化手段和计算机技术集中存储、综合分析、统一展现［7］，利用冗余信息还能加强信息准确性，将有效提高保护的性能等等［8］，使得突破传统停电定检模式的远方不停电定检新模式成为可能。

国内外许多专家或学者对继电保护的定检新方法进行了一些研究和探索。文献［9］建立描述各组件在不同运行状况下的故障率分布模型DTDS（Degradation-Threshold and Degradation-Shock），以实现智能变电站继电保护系统的检修策略优化。文献［10］智能变电站故障信息模型的继电保护在线监测方法可实现继电保护关键状态的辨识，并实现精准的故障定位。文献［11］探索提出了保护装置高保真不停电检验新技术，只是通过保护装置面板下达分闸指令，并未真正实现保信主站远方不停电传动的尝试。文献［12］-文献［13］主要涉及检修相关技术研究。文献［14］-文献［15］主要涉及继电保护二次回路故障诊断技术研究。文献［16］主要涉及跳合闸回路监测技术研究。文献［17］主要涉及间隔设备定检作业的智能系统研究。文献［18］南方电网《继电保护通用技术规范》对保护装置提出了界面菜单不停电传动功能的技术要求，线路保护不停电传动操作后能快速跳闸和重合闸，从而检验保护动作行为和跳合闸回路正确性，但也没有要求保护远方不停电传动功能。 文献［19］专利CN201910341499.5《一种适用于线路保护装置的远方不停电传动校验方法》主要通过智能远动机遥控下达不停电传动命令给正常供电线路的保护装置，由线路保护装置本体判断各条件满足后执行不停电传动出口跳开断路器，智能远动机没有实现远方不停电传动条件的判断，不能对远方不停电传动进行在线监视及智能诊断，只能人工查看分析保护装置和测控后台的信息，没真正解决保护装置如何实现远方不停电检验的问题。文献［20］-文献［31］主要涉及继电保护二次回路的技术研究。以上文献均未对继电保护远方不停电检验技术的研究。

本文拟通过研究保信主站实现继电保护不停电检验技术，是通过保信主站下发“远方不停电检验预判条件”命令到智能录波器，智能录波器获取该保护设备的开入、开出开关量、保护定值区及定值、电压电流模拟量、出口回路、重合闸充电状态等信息，进行不停电检验条件判断并形成报告上传给保信主站，条件判断符合远方不停电检验技术要求后，保信主站下发“远方不停电传动检验”命令，通过智能录波器触发保护装置出口的方式进行远方不停电检验，并自动形成不停电检验报告。因此，保护装置应建模增加远方不停电传动控点支持远方不停电传动。

由于远方不停电检验是在远方进行的，必须有保证其安全性的措施，因此，采用保护装置、智能录波器、保信主站三道安全防线保证其远方不停电传动的安全性，应在各级远方不停电传动前判断是否满足传动条件，确定保护是否允许传动，做到安全传动。最后，通过实际工程试点应用，验证其正确性与有效性，为远方不停电检验取代传统停电检验提供有力的技术支撑和依据。

1 继电保护传统停电定检效率低及有效性不足分析

传统停电定期检验效率低和有效性不足主要表现如下：

1）效率低主要表现

①调度必须进行运行方式转换、进行负荷转移，定检完成后又要恢复运行方式及转移的负荷；

②运行人员必须进行一次设备的停电操作并做好安全措施，定检完成后又要恢复安全措施并进行一次设备送电操作；

③继保人员必须提前一天办好工作票，次日到变电站等待运行人员许可；许可后做好二次安全措施并按照检验作业指导书设定的要求开展定检；定检完成后又要恢复措施并结束工作票；

2）有效性不足表现

①定期检验增加了人为作业对设备的影响。现有定检在将待检修设备隔离的过程中，由于需要在二次回路上进行大量的接线、解线工作，一旦作业失误，甚至会造成误碰、误接线等隐患，进而引发保护不正确动作。

②能反映单一间隔内加量时本间隔保护功能的好坏，但不能反映相邻间隔加量时本间隔的保护响应情况。

③能反映单一保护元件的状态，但不能反映不同保护元件间的响应配合情况。如主保护动作时后备保护的响应情况和动作时限的校验，以及主后备保护的时序配合。

④通常无法检验出保护原理中的异常。

2 保信系统远方不停电定检技术

基于停电定检模式效率低及有效性不足，本文提出了基于保信系统通过智能录波器获取保护装置状态信息并进行预判，实现保信主站远方不停电定检保护功能的新技术。保信系统远方不停电定检整体信息流如图1所示。

从图1可知，保信主站与站端智能录波器、站端智能录波器与保护装置和测控设备之间均采用MMS（Multimedia Messaging Service）网通信，主要传输跳闸命令、位置状态以及定检报告所需的其他信息；智能变电站保护装置与智能终端之间采用GOOSE（Generic Object Oriented Substation Event）网通信；常规站保护装置和操作箱采用以太网通信，主要传输跳闸命令、断路器位置、出口信号等信息。

图1 远方不停电定检整体信息流Fig.1 The overall information flow in remote non power outage

智能录波器的管理单元与采集单元及站内其他装置信息交互通信模式，如图2所示。

图2 智能录波器的管理单元与采集单元及站内其他装置信息交互通信模式Fig.2 The communication mode between the Management Unit of the Intelligent Recorder,the acquisition unit and other devices in the station

智能录波器接入变电站过程层与站控层的网络接口应采用相互独立的数据接口控制器，在任何情况下上述各网络接口之间均不应出现数据渗透。

1）管理单元信息交互

①保护装置通过站控层C1 网接入管理单元，采集单元通过站控层C2网接入管理单元；

②管理单元与保护装置之间信息交互：如MMS报文、文件（录波文件、定值文件、档案文件、告警文件和CID文件等；

③管理单元与采集单元之间交互信息内容见表1。

表1 管理单元与采集单元之间交互信息内容Table 1 Contents of mutual information between Management Unit and collection unit

2）采集单元信息交互

①保护装置、智能终端报文通过过程层网络接入采集单元，站控层报文通过站控层交换机镜像端口接入采集单元。

②过程层交换机可通过过程层网络或独立网络接入采集单元，采集单元与过程层交换机之间可通过GOOSE 报文获取交换机工作状态、告警等信息，也可通过MMS 报文获取交换机装置模型、配置文件、工作状态和告警等信息。

③采集单元应通过不同的通信插件分别接入过程层网络和站控层网络，采集单元与站内其他装置间交互的信息见表2。

表2 采集单元与站内其他装置间交互的信息内容Table 2 Information content of the interaction between the acquisition unit and other devices in the station

2.1 远方不停电定检监测预判技术的实现

由于远方不停电定检是在远方进行，必须对站端保护装置和测控装置状况、跳合闸回路状况、开关状况等进行检查，智能录波器通过DL/T 860 MMS与站控层保护装置和测控装置通信，可以获取到保护装置和测控装置的所有信息，其中包括与远方传动相关的位置信息、状态信息、电压电流采样、开入、压板、定值、重合闸充电状态等信息，并对相关信息进行不停电定检前的预判，目的是保证保护装置及回路无任何异常，同时，把预判分析的结果以报告方式传给保信主站。预判逻辑如下：

1）“运行状态”：检查当前时刻保护装置是否有启动或异常告警。因保护装置有任何启动或告警存在都不允许远方不停电传动，无启动且无告警点时为0，判断结果为正常，如果有启动或有任一告警时为1，判断结果为异常。此项在打开保护远方不停电传动界面时自动比对一次，然后实时判断实时显示。异常时支持查看当前的异常信息。

2）“采样状态”：将保护的采样值与其他设备的同源数据比较，如果误差在允许范围内（一般为±3%）则认为采样的判断结果正常，否则判断结果为异常。优先考虑与智能录波器采集单元的采样值比对，其次考虑与另一套线路保护的采样值比对，第三考虑与测控的采样值进行比对。若智能录波器未配置采集单元或采集单元不支持上送采样值，220 kV保护可采用与另一套线路保护的采样值比对的方式，110 kV保护可采用与测控采样值比对的方式。此项在打开保护远方不停电传动界面时自动比对一次，然后为定时比对。异常时支持查看采样值比对差异情况。

3）“定值状态”：对保护召唤一次定值，将其与标准值做比较，如果完全一致则判断结果为正常，如果有定值不一致则判断结果为异常。此项在打开装置的远方不停电传动界面时自动触发比对。异常时支持查看定值比较差异情况。

4）“压板状态”：取实时库中当前压板状态，与预先设置的基准值比较，如果完全一致则判断结果为正常，如果有不一致则判断结果为异常。此项打开装置的远方不停电传动界面时自动比对一次，然后为实时判断实时显示。异常时支持查看压板状态差异情况。

5）“重合闸充电状态”：实时检查重合闸是否充满电，只有在充满电时才符合远方不停电传动的前提条件。

6）“远方操作硬压板状态”：远方操作硬压板是否投入，只有在投入时才符合远方不停电传动的前提条件。

7）“检修硬压板状态”：检修硬压板是否退出，只有在退出时才符合远方不停电传动的前提条件。

8）与上次传动时间间隔是否超过1 min。如未超过1 min将不能进行远方不停电传动，以确保保护装置及回路恢复正常条件的时间。

上述8 个条件全部满足则判断结果为正常，其中有一个不满足均为结果异常。结果异常时，自动将“下发传动命令”按钮闭锁，不允许进行远方传动操作。其中重合闸充电满+远方操作硬压板投入+检修硬压板退出的条件在保护收到不停电传动命令时也会判断，但为进一步保证操作安全，在智能录波器中提前进行预判。智能录波器实现远方不停电传动预判流程图如图3所示。

图3 智能录波器远方不停电传动预判流程图Fig.3 Prejudging flow chart of remote recorder for intelligent recorder

基于设备运行信息的预判检验可实时进行，无需变动现有二次回路，通过智能录波器综合分析数据既可确认设备的关键状态，提前判别状态变化的趋势，并把相关信息直接传送给保信主站，保证了远方不停电传动的可靠性。

2.2 保信主站远方不停电定检技术的实现

保信主站通过主子站IEC61850 规约与智能录波器建立通信。保信主站首先要判断各通信状态是否正常，对应厂站保护装置模型是否一致。当从保信主站发起远方不停电传动时，保信主站通过智能录波器获取预判报告（包含保护重合闸充电状态、开关位置、运行区定值、告警状态等）确认保护装置是否具备安全出口条件后，针对保护装置下发远方不停电传动控制令。在传动结束后，接收智能录波器形成的传动报告。保信主站远方不停电定检流程图，如图4所示。

图4 保信主站或子站端远方不停电定检流程图Fig.4 Flow chart of remote non outage regular inspection at the main station or sub station of SINOSURE

保信主站发起远方不停电传动，首先需要选择线路间隔的保护装置，选择正确后再向保护装置下发“远方不停电传动”命令，保护装置在收到选择+执行命令时均有显示记录。保护装置收到不停电传动控制令后，保护装置也将自检是否满足不停电传动条件，满足后执行控制命令出口跳闸并重合，保护自检不满足不停电传动条件时会禁止执行控制命令并返回控制失败命令，保护会将不停电传动控制过程中的所有信号上送至智能录波器，智能录波器再上传给保信主站。

远方不停电传动定检完成后，智能录波器能及时形成定检报告，报告内容包括传动前装置状态、传动过程中的收到命令时间、开关跳闸时间、重合闸时间、传动结果结论、定检人员签名等。保信主站能将定检报告导出成WORD或者PDF格式文件。

2.3 远方不停电定检的安全风险管控

远方不停电传动需要优先考虑安全问题，避免误传动或因传动造成停电事故。因此，采用保护装置、智能录波器、主站三级传动三道防线安全阻断原则，在各级传动前应判断传动条件，确定保护是否允许传动，做到安全传动。

2.3.1 保护装置安全传动

保护装置是远方不停电传动命令的执行者，保护应在运行状态完全正常情况下执行传动操作，否则闭锁传动，拒绝远方不停电传动命令，筑起安全传动的第一道防线。线路保护传动条件如表3所示。

表3 线路保护传动条件Table 3 Transmission conditions of line relay protection

2.3.2 智能录波器安全传动

智能录波器界面实时监测保护运行状态完全正常，才能执行传动操作，发起保护远方不停电传动命令，否则闭锁智能录波器界面传动操作，筑起安全传动第二道防线。智能录波器的线路保护传动条件如表4所示。

表4 智能录波器的线路保护传动条件Table 4 Transmission conditions of line relay protection in intelligent recorder

2.3.3 保信主站安全传动

主站实时监测保护运行状态完全正常，才能执行传动操作，发起保护远方不停电传动命令给智能录波器，再由智能录波器转发给保护，否则闭锁主站界面传动操作，筑起安全传动第三道防线。

主站传动条件信息来源于智能录波器上送信息，主站传动条件与智能录波器基本一致，也可扩展增加其他传动条件。

3 远方不停电定检的效果分析

3.1 检验效能对比

基于保信系统的远方不停电定检技术在广东省佛山市220 kV松夏站进行实例化应用，减负增效效果显著。以110 kV 松红联线定检为例分析远方不停电定检与传统停电定检在安全性、可靠性、减负增效等方面的差异。定检对比流程图如图5所示。

由图5 可知，采用远方不停电定检可以减去工作负担：①办理工作票；②线路停电操作；③二次措施单；④绝缘检查；⑤逻辑校验；⑥端子紧固及整组传动；⑦措施恢复；⑧办结工作票；⑨送电操作；⑩出定检报告；工作人员减少；定检时间大大减少。

其中④绝缘检查包括交流回路与直流回路绝缘检查，交流回路绝缘检查可由同源不同绕组采样对比替代检查并可靠，因为TA、TV 同源不同绕组采样应一样，如不一样，说明某绕组的二次回路绝缘有问题，必须进行缺陷处理。直流回路绝缘检查可由直流系统绝缘监测装置完成。⑤逻辑校验，因为微机保护的逻辑非常成熟，出厂及验收校验后，保护装置本体的软硬件缺陷由于在外部扰动前就被发现，运行中逻辑出错的几率几乎为0；⑥端子紧固及整组传动，验收时全面紧固端子后，基本上没有发现松动的端子；反而发现由于停电定检进行紧固端子，由于用力不当造成端子螺丝滑丝而引起事故的发生；远方不停电传动就是完成整组传动；⑩出定检报告，即时自动形成报告并可以打印，无需人员输入检验数据，比停电定检出具报告要快速；工作人员减少，工作人员从6人（继保人员最少4人、运行人员最少2 人在现场）减至3 人（继保人员2人、运行人员1 人在现场或无需人员在现场）；定检工作时间大大减少，从2 d（包括停送电时间）减少至2 h；大大实现了增效减负。

3.2 两种定检方式的故障处理一致性

1）远方传动开关时，如有闭锁传动的条件产生，说明保护装置有异常，必须进行处理，也达到了定检的目的。

2）远方传动开关，如开关拒动，说明开关机构有问题，定检的目的就是要提前发现设备缺陷而进行消除，从而转检修流程进行处理。

3）远方传动开关，如开关拒重合，说明重合闸回路或合闸回路有问题，定检的目的就是要提前发现设备缺陷而进行消除，从而转检修流程进行处理。

4 结语

通过分析传统停电定检方法效率低及有效性不足，提出基于保信系统的继电保护远方检验新方法。保信主站通过主子站IEC 61850 规约与智能录波器建立通信，智能录波器通过DL/T 860 MMS与站控层保护装置和测控装置通信，获取到保护装置和测控装置的所有信息并进行“远方不停电传动”条件预判，8 个预判条件全部满足才能进行远方传动。通过“远方不停电传动”触发保护装置出口，使保护跳闸后再重合，并自动形成检验报告。

充分考虑了不停电传动的安全性，并与传统停电检验方法进行了效能对比，有效解决了一次设备停电困难、停电定检效率低、存在误触碰风险等问题，为今后继电保护装置不停电检验的推广提供了重要参考。