智能电网二次设备状态监测内容分析

2021-04-03王堃张立中冯国礼刘家琦

中国设备工程 2021年10期

王堃，张立中，冯国礼，刘家琦

（国网宁夏电力有限公司信息通信公司，宁夏银川 750001）

1 背景介绍

智能电网涵盖的范围十分广泛，包括电力监管、软硬件的研发和应用、系统运行等内容。在电力系统日益完善、电力体制不断革新的过程中，为了使电网能够满足安全性、经济性、稳定性方面的要求，应积极引入最新的技术，搭建统一的信息平台，在此基础上进行有效的监控和分析。过去的调度系统仅涉及到一次系统信息，难以跟上智能化、集成化的步伐，一体化调度系统应该将一、二次系统信息都涵盖在内，完成对二者的建模、信息采集等工作。当前最先进的智能电网调度系统能够对二次设备进行监视和分析，但仅能采集继电保护设备、故障录波器的信息。未来，二次设备的检修会朝着智能化方向发展，而相关信息的采集和监测是状态检修的前提。如果能够对二次设备进行智能化的检修，就能够避免很多传统的检验项目和工作，节省检修成本、缩短检修导致的停电时间，同时使二次设备能够更加可靠的运行。鉴于此，本文对二次设备运行状态的监测展开了研究和分析。

2 当前电网二次设备运行情况

在现实中，二次设备导致电网故障的事件层出不穷。对二次设备的异常分析可知，根本因素是调试人员经验、设计部门、厂商及电网基础建设等有待完善。针对局部区域设备缺陷的研究表明，硬件方面的缺陷占比高于50%，剩下的缺陷以软件和运行管理为主。其中，常见的设备故障包括了死机、重启，以及零部件老化、通信不稳定等。动态跟踪二次设备的运行状态，能够有效的降低其故障率，减轻传统检修工作负担。二次设备状态检修，需要利用自动化的监测以及自诊断技术，综合应用各方面的历史资料，完成二次设备的评估，据此编制检修方案。状态检修的核心体现为设备状态监测、诊断以及检修决策。其中，状态监测是检修的前提；设备诊断需要利用监测出的状态，兼顾设备的历史信息，综合应用各种技术，反映出设备的实际状况。

3 二次设备状态监测内容

3.1 电源系统监测

电源系统发生异常状况，有可能造成二次系统的彻底崩溃，通常情况下，电源系统都是独立的，然而就二次设备系统而言，电源系统是非常重要的构成部分之一。另外，电源系统的故障率和原因，这两方面的信息同样需要统计，针对这一系统的监测内容包括：在线监视直流电源系统母线正对地绝缘、在线监视直流电源系统母线负对地绝缘、直流电源系统母线正电压、直流电源系统母线负电压、在线监视直流电源系统各支路正对地绝缘、在线监视直流电源系统各支路负对地绝缘、直流电源系统备用控制母线电压、蓄电池电压、直流电源系统合闸母线电流、蓄电池电流、蓄电池充放电记录、蓄电池温度补偿。在现实中，电源监测系统通常都会集成各式各样的霍尔传感器，在CPU的控制下运行，从而采集各方面的数据，然后运用科学的传输技术，把数据发送给告警中心。主站端和厂站端的电源系统并不是完全相同的，一般来说前者采用的是交流供电方式，驱动计算机服务器及通信设备的运行，而后者通过直流方式供电，其核心在于保持三相负载的均衡，避免供电电压出现大幅的波动，保障优质的供电。

3.2 设备开入开出回路监视

在二次设备工作时，松动、接触不良等缺陷难以察觉到，尤其是智能变电站技术的广泛应用，使很多设备就地部署，在恶劣的工况下运行，发生二次回路接触不良缺陷的可能性很高。若这样的缺陷出现在保护出口回路上，就会出现保护拒动的问题。

当前，针对开入开出回路，主要利用双重化的采集配合数据辨识技术对其进行监视。在二次回路监视这一事项上，随着变电站智能化水平的提高，其监测的主要对象将会变成智能组件和通信状况。

3.3 互感器二次回路的监视：TA和TV断线告警监视

保护电流互感器（TA）二次回路容易发生接触不良缺陷，即便是常规检验也难以察觉到。在正常状况下，TA二次回路中的电流不为零，若该回路中产生了接触不良问题，接触电阻因此而提高，局部部位出现严重的温升现象。如此一来，接触面加速氧化，导致接触电阻进一步提高，由此陷入到恶性循环中，进而引发开路故障，出现保护拒动或误动事件，严重时绝缘击穿，设备报废，甚至是造成人身安全事故。

对于上述问题，可以采用导体温度测量红外测温，判断有没有发生接触不良的问题，并准确的定位缺陷。若检查出同一电流回路中两个位置的温度存在明显的差异，此时就需要对TA二次负载进行检测。然而，这一方案只能通过巡检方式实现，不能通过在线监测实现。在线监测的原理，是基于电流回路的不同信号进行逻辑判断，比较交流信号数值，举例来说，三相电流长期的失衡，采用负序电流和零序电流综合判断等方法发现预告问题，马上予以排查。电压互感器（TV）断线故障，利用监控设备获取三相电流、电压等数据，然后进行逻辑综合判断，就能够及时的发现并给出警告信息。

3.4 二次设备系统绝缘监视

二次电缆处在恶劣环境下，绝缘性能老化速度加快，这一问题的常用监测手段，是采用绝缘检测装置跟踪评估支路的绝缘性能，而该方法能够检测出的最大绝缘数据偏小，通常是几十KΩ，而保护装置需要回路绝缘超过1MΩ，所以这种方法在该场景下并不太适用，结合实际的需求研究新的监测方法是很有必要的。

3.5 二次设备通信通道状态监测

变电站内布置的各种装置，比如直流屏、智能电能表等，其在运行的过程中，会利用通信网络发送遥测、遥信、遥控、故障等多方面的信息，尤其是在异常状况下，需要传输的信息更多。具体的通信方式包括：简单串行通信（如RS-232，RS-422，RS-485）、现场总线方式(CAN，longwords等)、以太网通信（电缆、光纤）。利用装置通道异常告警监视方法，可以动态的跟踪设备通信通道状况。

这种方法能够自动的监视和统计设备的通信通道异常状况，提供异常告警的发生时间、状态及其持续时间等方面的信息；通道异常告警信息可以根据装置来自定义；上述数据的历史信息会被自动保存起来，方便后续的查询，以及总计发生次数和故障率等数据的计算。最后，监测信息和统计结果发送给调度端，在后续的设备考核过程中使用。

3.6 二次设备工况监测

工况监测的对象主要为二次设备软硬件系统资源，通过它能够反映出实时的CPU 的使用率、内存容量、磁盘空间等，除此之外，还能够设定资源使用率的上限，一旦实际使用率达到该上限时，就会提供警报信息。在以往，针对二次系统研究以其整体可靠性为主，而如今更加强调的是从系统设计以及元件重要性方面着手，以找到薄弱之处，为设计者编制更加合理的设计方案指明方向，同时使系统能够更加可靠的运行；除此之外，兼顾系统设计和元件的重要性，有助于促进维修资源分配的优化，在此基础上编制更加科学、合理的维护计划。