基于智能录波器的二次系统在线监测技术在500 kV智能变电站的应用实例分析

陈 滔

（广东电网有限责任公司韶关供电局，广东 韶关 512006）

近年来，广东地区智能变电站的建设和发展进入加速期，二次设备、二次回路及信息传输向集成化、网络化及虚拟化全面转型，由此也给二次系统的运维带来了显著变化[1]。其中500 kV 智能变电站设备量大且复杂、运维难度高，二次系统的健康运行直接关系到电网稳定，对二次运维人员来说是不小的挑战，因此必须借助智能录波器中的二次系统在线监测技术，建立完整的监视、预警和分析链条，为维护和检修提供支撑，及时消除异常和隐患。

目前运维人员对智能录波器二次系统在线监测技术的认识，多停留在变电站投运前的调试阶段，原因之一是智能录波器的应用刚起步，缺少在运行站点的实际应用样本。本文通过对500 kV丹霞站的数个应用实例进行分析，研究其在500 kV智能变电站二次系统的日常运维、异常分析及隐患消除等方面的作用，并对不足之处提出改进思路，探讨其在提高智能运维水平和检修效率方向的应用前景。

1 智能录波器网络结构

智能录波器由管理单元和采集单元组成。采集单元具备模拟量记录、开关量接入、GOOSE报文采集、数据处理、录波存储等功能，布置于过程层网络中，与管理单元通过专用网络进行信息交互，将从一次设备及过程层网络中所采集的原始数据通过MMS 机制上送至管理单元[2]。管理单元是智能录波器高级应用的集成装置，由录波文件分析、网络报文分析、二次系统在线监测、智能运维等功能模块组成，其中二次系统在线监测功能包含二次设备状态在线监视、二次虚回路在线监视、故障诊断定位、监视预警等功能[3]。管理单元部署于站控层网络，对下通过站控层公用网络与保护测控等二次设备进行信息交互，对上通过调度数据网或专线网络与调度端远程运维主站通信。

图1 智能录波器网络结构

在传统录波器的基础上，智能录波器增加了对一次系统的运行状态及二次系统的故障录波信息、自检及告警信息、保护动作信息、网络实时流量、GOOSE链路状态信息等数据的采集，实现二次系统的在线监测，通过对大量数据的筛选优化和综合分析，能够及时发现异常和隐患、定位故障点，并上送至调度端进行可视化展示，以便迅速启动处置流程[4-5]。

2 二次设备故障诊断定位应用实例

500 kV 丹霞变电站在正常运行过程中，智能录波器监测到公用测控接收220 kV游溪乙线、220 kV丹樱乙线、220 kV丹董甲线等间隔主二智能终端B2网GOOSE断链告警间歇性发出，经几ms至几十ms不等后复归。查看智能录波器报告，发现断链均集中在220 kV的三台公用测控与220 kV线路的主二智能终端之间。220 kV公用测控装置、220 kV线路主二智能终端、220 kV GOOSE B2 网过程层交换机的厂家、型号、版本如表1所示。

表1 异常相关设备厂家、型号及版本

该站GOOSE 传输采用组网模式，公用测控与智能终端分别接入间隔交换机后再经由中心交换机进行信息交互，所有交换机均采用静态组播方式对GOOSE报文流量进行管控。三台公用测控均连接于过程层220 kV GOOSE B2 网的1 号间隔交换机，220 kV线路主二智能终端分别连接于2～4号间隔交换机。其中1 号交换机组播地址条目数为81 条，其余交换机条目数12～22不等。通过智能录波器二次系统可视化模块，查看相关设备之间的虚、实回路连接关系，以#1公用测控装置为例，公用测控、智能终端、过程层交换机三者的网络拓扑与连接关系如图2所示。

图2 装置间网络拓扑与连接关系

智能录波器根据以上设备的光纤接口监测信息，以及链路异常告警信息进行综合分析，公用测控除订阅智能终端的4 个数据集外，还同时订阅了保护装置的1个数据集，智能终端4个数据集对应的控制块均发生过断链，而保护装置数据集对应的控制块未发生过断链，可排除是公用测控装置问题；其他订阅智能终端数据集的装置，也未发生过断链，排除智能终端及智能终端所连接交换机问题；经由中心交换机转发的其他装置也未发生过断链，排除中心交换机问题；最终将故障点定位在公用测控装置所连接的B2网1号间隔交换机，智能终端传输至公用测控的报文经该交换机后出现了丢包现象。

运维人员对可能存在异常的交换机的配置进行核查，发现流控及传输配置中，GOOSE限速值设成了2048 kbit/s，而按照过程交换机规范，单路GOOSE 控制块的默认控制阈值应为2 Mbit/s，即该参数值应设为2000 kbit/s，由此判断断链现象与此参数设置错误有关[6]。继续对交换机进行测试，最终得出结论为该型号交换机流控功能存在家族性缺陷，当交换机配置的GOOSE 组播地址条目数超过28 条时，且流控功能的GOOSE 限速值配置为非1000 kbit/s 整数倍时，由于交换机缓存空间分配机制不当，存在概率性触发流控丢包。

智能变电站二次设备间存在大量SV、GOOSE报文交互，依靠运维人员来完成大量报文的排查，不仅效率低，而且准确性也无法保证，对于某些较为复杂的故障或者偶发性无规律的故障，通过人工排查定位故障点更加困难[7]。此案例中的GOOSE断链异常现象持续时间短，故障点较隐蔽且对二次系统可能产生较大影响，若发生在保护连接的交换机则存在保护拒动风险。利用智能录波器的二次设备故障诊断功能，迅速定位故障点，成功消除了500 kV变电站保护拒动的隐患。

3 二次设备状态监测应用实例

2021年12月，500 kV丹霞变电站智能录波器向调度二次运维主站上送异常报告，发现存在异常设备，异常等级为严重需检修。查看报告详细内容为，5023、5033、5053 断路器B 套保护及智能终端接收母线保护B 套GOOSE 断链告警；500 kV 2M 母线B套保护发“装置报警”“装置闭锁”“DSP2出错”等异常信号；异常告警信号持续约80 s 后复归。母线保护详细告警信息如表2所示。

表2 母线保护告警信息

通过智能录波器二次系统可视化模块，查看相关设备之间的虚端子订阅关系如图3所示。由图3可知，断路器保护及智能终端均订阅了母线保护的同一个数据集，若母线保护发生故障导致通信程序关闭，订阅端均会报GOOSE 断链，且订阅端其他链路未发生断链，初步判断为母线保护发生了异常，后自动重启恢复正常运行。查看站控层监控信息，也印证了这一推测。

图3 母线保护相关设备的虚端子订阅关系

二次运维主站收到异常后第一时间联系站端运维人员进行检查。500 kV 2M母线B套保护的厂家、信号及版本如表3 所示。现场运维人员协同保护厂家调取了装置的异常记录，从报文记录分析，确认装置2 号槽DSP 插件在执行数据调用时检测到发生内存软错误，导致DSP芯片的EDC功能生效，进而触发了装置的自动重启机制，装置自动重启后恢复正常运行。保护厂家确认装置采取了完善的保护+启动的跳闸出口方式，且装置发生此类异常时能主动闭锁，不会引起装置误动[8]。

表3 500 kV母线保护厂家、型号及版本

此次内存软错误异常为PCS-915C-DG-N型500kV母线保护在运行中首次被捕获，为保护装置的软硬件底层研究提供了宝贵的样本。

在传统变电站中，二次设备的运行状态监视主要依靠站端自动化系统进行，采集量主要是硬接点及部分软报文，能够提供的信息量有限，且调度员须面对整个地区的大量一二次设备信号，容易对二次设备短时告警后自动复归的信号造成忽视[9]。智能录波器的二次设备状态监测功能可以对二次设备的自检、运行状态、告警、对时状态等信息进行实时监视，实现对装置运行工况、网络连接状态、实时流量及负荷等信息的实时采集和统计，发现异常后及时上送至二次运维主站，能更有针对性地发现二次设备隐患，避免影响保护正确动作[10]。

4 监视预警应用实例

500 kV 丹霞站500 kV 线路在启动送电过程中，500 kV丹库甲线及500 kV曲丹甲线间隔主一集成辅A 保护频繁向二次运维主站上送双套监测不一致告警。双套监测不一致告警由智能录波器的监视预警模块进行判定，对采集单元及双套保护采集的模拟量三者之间进行同源比对，以电流模拟量采样为例，按照规范设定相角告警值的异常须关注阈值为3°，严重须检修阈值为8°。智能录波器同源比对逻辑如图4所示。

图4 电流采样同源比对逻辑

查看报告发现500 kV丹库甲线及500 kV曲丹甲线线路主一集成辅A 保护B 相电流采样角度与主二保护差值在8°左右，与采集单元差值在6°左右，如表4 所示，已超过了告警阈值，程序判断双套保护稳态同源比对结果不一致，每10 s 给主站发一次双套监测不一致告警。

表4 500 kV线路保护同源比对结果

500 kV曲丹甲线线路主一集成辅A保护、500 kV丹库甲线线路主一集成辅A 保护均为PSL-603UA5-DG-N 型，如表5 所示，二次额定电流为1A。经核实，保护用的电流变换器为满足大过载电流和有非周期分量的暂态过载电流，对于二次额定电流为1 A的电流变换器，一次匝数一般配置为5 匝，但为了防止1 A 电流变换器注入电流增大而使铁芯饱和，会适当减少一次匝数，以此提高暂态性能。该版本保护额定电流1 A 电流变换器一次匝数按3 匝配置，可较大程度提高电流变换器的暂态特性，但安匝数减小时角差会相对增大，小电流的情况下较为明显，并非装置采样出现异常。当电力系统发生故障时，短路电流较大，电流角度误差较小，不会对保护元件判别产生影响[11]。

表5 500 kV线路集成辅助保护厂家、型号及版本

智能录波器的监视预警功能可以通过捕捉二次设备的细微变化，如装置温度、装置电源电压、过程层端口发送/接收光强、模拟量和开关量等，根据同源数据比对、变化趋势、突变监测等进行故障预警，预警值可自定义且能通过可视化的方式展示并提示异常信息，提醒现场运维人员进行检查[12]。对于500 kV变电站来说，处理二次设备故障时影响面较大，而通过预警信息在设备未真正发生故障时提前部署，运维人员有充分的时间做好应对准备，将影响面降至最低。

5 结束语

本文通过500 kV 智能变电站的3 个应用实例，对智能录波器二次系统在线监测技术进行了简单介绍和分析，明确了其在智能变电站运维检修中发挥的巨大作用，为运维人员提供了更为具象的认识。另一方面，透过这些案例也看到现阶段二次系统在线监测技术仍存在一些功能亟待完善，在信息的分层分类显示、与一次设备的深度融合、辅助制定二次设备运维策略等方面仍有很大的提升空间[13]。为此，未来仍需要各条战线的二次工作者通过大量的工程实践进行研究和优化，以形成适应智能技术发展及符合运维需求的二次系统在线监测技方法。