变电站继电保护二次回路的在线监测及故障分析

尹绍俊

（南京南瑞继保电气有限公司，江苏 南京 211111）

对于当下的变电站发展情况来说，原先的二次回路已经被通信网络完全代替，尤其是原先的电气信号都被替换成了光数字信号，达到了二次设备的网络化目标。这种发展变化导致各装置之间的连接不再以直观性为特点，且其中衍生出了海量复杂的数据报文，导致检修工作困难。继电保护作为变电站中重要的一部分，能使整体更具网络化与智能化特性。为使整个电站能实现顺利运行，需要加强继电保护二次回路的状态监测和诊断。原先的监测方式基本以人工模式为主，主要将物理信号作为评判标准，这样最终获得的结果准确程度难以得到有效保证。但在智能技术的迅速发展下，在线采集和分析数字信号的监测方式弥补了传统模式存在的不足，确保了最终结果的精准程度，为检修工作的开展提供了大量可靠依据。为此，极有必要对其在线监测和故障诊断进行详细分析。

1 在线监测与故障分析的重要价值

受智能技术的影响，变电站通过应用信息共享、网络通信以及数字传输等技术实现了智能化发展，极大提升了工作效率，作为其中的关键组成部分，继电保护就是将电力系统故障作为核心，针对系统内部危险行为和安全隐患，给系统运行打造出稳定优良的环境［1］。值得注意的是，这种模式并不表示该系统可以在内部自动解决各项事故，因此还需要做好前期预防工作及后期检查。为防止内部元件、缆线等损坏，还需对保护装置进行合理化应用。即基于系统灵敏检验设备对内部运行状况实施判断，但这类判断必须保持长期性，要能始终存在于系统运行之中。为使整体电力实现高效安全运行，越来越多的变电站开始应用二次回路报警体系实时监测交流回路以及直流回路当中的各项不良状况。但受到现实因素的影响，往往难以有效区别二次回路与继电保护这两者之间的异常。由于前者会引起继电保护设备异常，所以实施在线监测，以实现良好的异常分析。具体优势主要体现在这两点：

一方面，可以实现电网安全运行。在当前电力领域智能化水平不断提升之下，变电站也基本上实现了智能化管理和控制，这就使得电网运行安全得到了良好保障，但仍然无法避免其中不良因素的影响。比如直流回路接地、交流回路短路等等，一旦出现这些故障，二次回路就会自动报警，但一般受到现场相关因素的影响，导致其报警功能难以充分发挥出来［2］。所以在线监测与故障分析正好可以解决这一问题，实现运行状态的动态化监测，及时发现其中存在的异常并采取有效的解决措施。

另一方面，可以提升设备检修效率。现阶段电力领域的迅速发展，使得日渐增长的用电需求量得到了一定满足，但其中也不乏一些问题存在。比如经常会产生电力事故，而这类事故基本都出现在设备检修和维护当中。电力设备作为整个电站的关键内容，在运行时经常会受到各项因素的影响，从而出现故障，导致维修和维护人员面临相应的安全风险，极易引起事故。而在使用在线监测及故障分析系统之后，能够使设备异常状况在初期就及时体现出来，并将相关信息传递给工作人员，及时进行针对性预防，同时提升设备的检修效率和质量。

2 系统框架

要对二次回路实施在线监测与故障分析，还必须进一步优化采集数据的选择、过滤及关联，并从全局着手，确定出系统化布局（如图1所示）。原先的二次回路渐渐被通信网络所代替，尤其是监测与分析技术的发展使得各设备数字信号实现了彼此连接。从其系统框架来看，主要包含了主站、站端、后台等多项功能单元［3］。

图1 系统框架

对于主站而言，依照电站运行情况进行调度指令的下达，是整个系统的重中之重。在这之中，数据分析、保护设备等都是关键基础，能直接基于网络使各项功能实现数据互通，并分析采集监测到的数据信息。

对于站端来说，主要承担着和主站之间彼此协同的任务，能实现信息筛选和功能配置。当设备在挂网运行时，只要监测到故障信息，就会直接通过通信网络被传输到站端设备当中，再对其信息进行选择，最后把处理结束后的信息输送到主站［4］。信息传输都是在后台进行处理和诊断的，之后再显示在监控画面上，使故障信息及时被人员得知并解决。

3 在线监测内容

关于二次设备运行情况的信息基本包含了自检以及链路异常两部分，这很难满足故障分析需求，所以还需基于运行特征和常见故障实施全面分析，并把在线监测内容进行分类。在监测信息方面，主要以保护动作类、运行情况类以及告警类为主。其中保护动作类则包含了出口与动作等信号内容，即具体的时间、内容等；运行情况类包含了电压、电流、软硬件、温度等信息，重点是对各在网设备的具体状态进行直接呈现，并将其存储下来，便于后续运维工作的进一步展开；告警类包含了短路、设备异常、故障信息等相关内容，可以给运维检修质量带来一定保障［5］。

3.1 动作信息

这里重点包含了两类内容：第一，针对继电保护动作信号，即动作元件以及启动类的信号内容；第二，针对动作出口信号，即出口相别以及整组动作时长。

3.2 装置运行信息

一是软硬件的自行检测类信息，重点掌握保护设备的电压、光强和温度等具体内容。二是采样数值，即所有支路的详细电流信息。三是开关量，即监测关键的开入量状况，从而掌握保护装备的实际运行情况，给后续运维检修工作奠定基础。通过长期监测这类信息，能直接给未来的检修工作带来充分的参考依据。

3.3 告警信息

一是采样值当中告警内容的异常与否。通常情况下，保护设备采样数值的不正常告警主要有SV链路本身质量不过关、检修工作与常规不符等等。二是开关量的异常告警，涵盖了这类异常和GOOSE检修异常引起的链路中断［6］。三是装置的异常警报，包含了闭锁与失电两类。当出现上述告警信息之后，必须马上评估故障情况并即刻确定具体位置，以实现高质量的维护工作。

4 在线监测与故障分析

4.1 SV链路

整个在线监测系统需要在规定时间内对SV信息进行有效采集，不然就会进行提示或者报警。比如在一般的SV链路故障中，基本难以及时有效采集到相关错误信息，这是因为保护设备自身会被干扰，这时候就需要应用网络报文装置，以利用站控层上发链路断线异常信息，最后得到异常报文。这样就可以将收取的信息传输至大数据中心实施有效分析处理，进而更好地对网采回路数据等进行监测，最后再将上发数据和所得数据进行比较，达到精准化监测的效果。有时候，在寻找故障位置时还需要基于二次系统回路网采数据。因为网采端口本身各不相同，在直采回路之中要想实时监测其他链路具有极大难度，也不能精准定位故障位置，影响下一步的诊断和排查工作。在直跳回路中，难以得到和其相互关联的比对数据，可以直接参照保护设备收集的信息以及警告内容等进行故障判定［7］。

4.2 交流回路

良好的在线监测与故障分析都是需要在报文设备的支持下完成的，即通过采集所有的交流模拟量，再进行信息总结之后做出详细判断。为了使电站能实现顺利运行会实施双重保护。比如会设置AD采样通道，把采样值以及双重保护的实测值直接实施比对，利用最终的误差值进行二次回路状况判定。一旦差值比许用数值小，整个告警信号会有所矛盾，整体运行状况是正常的；一旦情况相反，且保护装置给出了不一样的警告故障，则表示运行异常或者出现了故障。所以，在应用报文设备收集SV信息的基础上，进一步整合保护设备的MMS采样值，以使最终的故障分析结果更为精准，使后续其他工作能顺利展开［8］。

4.3 保护动作

对于保护动作而言，其监测和故障分析都应该和双重保护设备之间协调应用起来，即监测与收集双路保护装置的实际动作信息，然后经由大数据分析，对保护设备的运行情况进行估计，以判定动作落实、信息记录等方面实施情况。此外，监测内容中还涵盖了GOOSE开关量的具体动作时间，并将出口时间差值当作所有校验的数据参考。整体比较简单的保护设备会通过对报文设备二次回路信息进行分析监测所有模块的模拟量，最后再经过比较，进行交流回路监测。其内容主要包括了既有位置信息、测控设备的实际测量数值等，对开关量回路进行监测，促使行为分析和评估更为精准。

5 实例分析

某一500kV变电站中应用了继电保护状态在线监测与故障分析系统，为使该系统实现有效运行，还需对其状况进行监测，具体开展流程为：一是先把SCD与CID文件导入专门的分析平台里，使关于二次回路的具体信息传输到数据库当中，明确所有设备的数据传输与通信配置联系，建立状态监测模型。二是通过画图工具将其接线图、网络拓扑图等绘制出来。三是让过程层的设备在经由SV/GOOSE网络后实施组网。这里主要应用了网络分析仪等开展工作，实际落实时过程层的设备把具体的通信状态信息传输到了间隔层设备当中，该设备再应用MMS网络控制后天主机，直到应用了站控层的网络抓包得到了二次回路的实际运行情况。然后，继电保护系统把得到的状态信息和SCD文件实施比较，掌握了具体故障种类，最后得到了故障分析结果。四是继电保护系统利用站控得到了遥测量、遥信量等内容。五是根据二次工作安全措施票以及典型操作票等进行检修工作的实际操作，使状态监测和故障分析的有效性得到全面发挥。

经由上述在线监测与故障分析流程之后，该变电站的继电保护系统实现了全面改良和完善，在这之前，其硬件故障确定时间基本都处在半小时左右，但应用该模式后，其故障确定时间得到了有效缩短，基本上十分钟就能解决问题，这充分表明，该模式具有良好的应用效果。

6 结论

总的来说，虽然当下智能化变电站的整体运维水平得到了极大提升，但仍然难以满足实际应用需求，为此极有必要探究继电保护二次回路的在线监测和故障分析技术。具体从系统框架、内容、在线监测与故障分析方面着手，以明确在线监测与故障分析的基本功能，促使有关人员能进一步强化对相关装置的优化和完善，进一步提升该项措施的适用程度与落实质量，促进变电站实现全方位持续性发展。