智能变电站继电保护二次回路在线监测与故障诊断技术分析

朱旭

(国网江苏省电力有限公司南京供电分公司 江苏南京 210000)

智能变电站的最主要特征就是可共用数据信息，通过节约投入节省了用地建筑面积，已形成未来发展的必然趋势。传统变电所设备大都是以光纤为主，而目前数据通信网络已经代替了以往的二次电路，通过数字信号代替了传统的物理电力信息，从而可以实现对二次设备的网络化，并且能够通过网络的通信数据进行传输，对二次电路的物理通断和逻辑的准确性进行了校验，可以有效提升变电所运营管理部门的智能管理水平。

1 电力系统继电保护二次回路优点

1.1 可靠性好

继电保护二级电路是确保电气系统安全工作的核心。在现今的情况下，虽然电力系统运行方式已经进行了优化，但在一些方面还在采取原有的保护方式，从而导致了动力系统在运行过程中出现更多的不安定情况，降低了供电系统的效率。现如今继电保护二次电路技术已经和现代社会的发展相适应，并在不断更新和优化，使其可以有效地对系统运行中出现的问题做出更有效的判断与解决，从而降低了危险情况的出现，提高了现代电力系统正常运行的稳定性[1]。

图1 二次回路原理图

1.2 性能强

目前，继电保护系统的二次电路主要是通过使用绝缘材料起到其防护功能的，由于这种绝缘材料都具备了较强的耐腐蚀性，即便在环境下也不至于产生很大的化学变化，因而大大提高了信号接收效果，保障了电力系统的顺利工作。

1.3 自动化控制系统

继电保护二次电路通过智能化控制器的使用，能够及时发现动力系统过程中出现的问题，并且能够迅速做出故障分析，提出合理的解决问题对策，进而有效降低故障对系统工作环境的危害，大大提高了电力系统管理工作的安全和稳定性。

2 电力系统继电保护二次回路检测常用方法

万用表是在二次回路测试流程中最常见的测试工具包，通过万用表的测量方法就能够直接对电流回路连接状况进行检测，例如在对保护屏电流连片二端施加1 A 电压之后，如果电压指示数值超过了1 A，就说明电压系统的传输电路已经接通正常，而反之则电路系统出现了开路故障。不过从二次回路测试的实际状况来看，这一测量方式并没有对电流互感器的极性做出合理判定。在保护屏的电流公共端：在保持正常连接状况的情形下，流经电流表的电流就能够直接通过在大地或者保护屏内部建立的电路。此时测量人员在检测工作进行过程中，可能在打开输出电压连片之后，对二端施加1 A 电压，一旦电流计指示的值为1 A 以上，就说明电路系统设计上处在正常的工作状态，但系统可能出现了开路故障。

通过对此类二次电路故障分析方法的研究，上述方法建立在人工测试技术的基础上，这些方法存在着过分依靠实验的缺陷，在现场测试项目实施过程中，上述方法可能出现相应的疏漏。

3 继电保护与二次回路现状分析

中国的电力行业在发展的早期阶段，尽管远远落后于国内和地区，但是随着近年来的快速发展，新型的供电设备如继电器、二次传输线路等，已逐渐成为中国电网的一块重要基础，整体的技术水准也越来越高。中国目前拥有完整的继电器防护科技体系，无论是在继电保护的设计与开发、安装、调试、维护等方面，均处于世界领先地位，这些技术已经在中国电力的应用领域取得了重大进展。利用电脑对继电器进行安全防护，可使装置得到完整的防护。目前，基于神经网络的继电保护、自适应继电保护、瞬时保护等，已有许多新的智能化保护技术不断发展。在未来，电力系统的综合、智能是继电器的重要组成部分。同时，现代电脑已经被高效地应用到了电力系统中，从而大大提高了系统的自动化监控能力。在电力系统建设和发展中，必须从基础技术问题入手，构建电力系统的关键技术基础，从而掌握电力系统发展的重大技术措施，这样才能在竞争中占据上风。在现代变电站的日常运行中，为了实现对继电设备的控制，采用数字信号代替了原有的二次电路，实现了对继电设备的控制。其中，网络通信是一种用于对智能网络的工作状态进行记录和分析的一种信息监视设备，这些设备都可以对报文进行存储和分析，并对网络业务进行监视，从而探测到网络的工作状态。目前二次回路监控技术已被运用于网络信息技术中来探讨二次回路的故障，然而因信息资料庞大且复杂，故必须进行转接。在此过程中，需要涉及报文的对象抽取以及辅助线路的操作，从而达到全面的分析目的。

4 在线监测信息种类

二次装置运行状况资料主要包含了机械装置SV/GOOSE/MMS等故障信息，同时还包含了机器装置自身检测的数据。针对二次线路的实时监测与故障诊断，根据智能变电所中各种新型智能化辅助装置的工作特点，对其进行在线监测，主要包括电力装置运行状态信息、报警信息、保护动作信息等。

4.1 警告信息

通常，将其划分为3 种类型：切换参数错误报警、采样值错误报警、装置故障报警。在切换参数异常警报信息中，主要包括GOOSE连接中断、切换数值异常、GOOSE 状态不符合；样本资料异常信息主要包括SV异常信息、SV 保护状态不一致、SV 链断、CT/PT，包括切割等的异常信息主要包含非正常停止、非正常断电等。上述问题都是继电器的次级集成电路的普通非正常报警信号。当在线监测和故障诊断系统发出普通非正常警报消息时，技术人员应当迅速判断和排除故障。

4.2 设备操作信息

仪器的运行数据是设备在线监控与故障识别的主要数据来源，包括采样数据、开关数据、仪器自检数据、主要设备温度数据、电源电压、分支电压等。在线监控/故障识别系统能根据这些数据与数据库中的设置参数进行校验，从而快速地判断出装置是否处于异常状态，从而有效记忆和存储非正常工作数据，并加以合理的保护。

4.3 SV/GOOSE状态信息和动作保护

SV状态和GOOSE状态信息均采用已被标识的数字报文和报文，而不是在实际运行中所生成的文件。SV 条件的基本内容包括：相位精度、双AD 一致性、振幅精度和统计学效应。当二次保护IC发生错误时，SV状态和GOOSE状态的数据会显示为乱码、丢失或过度表达。在更大的时段内，可以对两个状态的信号进行观测和分析，使其更高效地判定是否存在故障[2]。

4.4 装置的运行状态信息

仪器运行状况数据主要有软件和软件自检数据、取样值和开关测量数据。软件和软件的自我检测数据包含了温度、通道光强、供电电压等。根据这些信息长期的监测数据，为进入状态检测提供了基本数据和检测基础。

5 继电保护二次回路在线监测与故障诊断原理

5.1 SV/GOOSE 链路诊断原理

如果在指定期间内没有向接收机发送正确的GOOSE和SV信息，则该网络将产生报警。因而，SV链路的故障会对保护装置获取到的系统数据产生直接的影响。这时，通过各个站点的监测层MoIS发送链路中断报警信息，通过该网络信息录制和该数据解析设备一起读出这一段信息。存在一个在网络捕捉与网络系统跳跃回圈之间的公共网络系统观察来源，能够观测并对比发射方与各个接收方间的链路状况，从而根据对每个设施所发出的链路告警消息精确地判断链路异常，继而做出系统分析。由于直接挖掘组与网络挖掘的SV端口相互之间具有较大区别，因此它们相互之间根本无法对比并监控链路。这也就是找不到问题所在的原因。其他的辅助设备，例如网络挖掘小组，可以通过继电保护管理系统，搜集有关所有的故障数据。而设备报警则会发现一个完全不能在跳跃周期中接收到特殊信息的错误[3]。

5.2 交流电路状态诊断

对二次电路交换容量的实时检测，可利用网络报文的分析系统与继电保护系统采集的交换数据进行分析。智能站一般使用了双AD采集，此外，还设定了一种双重防护，当两种保护方式之间的相对偏差均在一个临界值之内时，由继电器在MMS 上产生的两个AD信号的取样值与第二个保护信号的值进行对比；将其看作与两个AD 信号的采样符合，或两个保护措施的AC 二次源的工作能力已达标准；反之，若该较低的相对偏差超过该临界点，且该继电器没有发出与取样结果不符的警报，则可以判断为该继电器中的某一直流线路存在故障，由此获得与该继电器设备相应的故障二次供电线路。

通过对SV和MMS的SV数据进行了对比，发现两者之间的最大误差都在临界值之内，并且当SV 和SV没有发生SV 断链报警时，SV 二次数据采集电路仍然能正常工作；在继电保护系统取样回路正常后，如果电网和保护设备的取样值相差过一定的阈值，则可以认为是网络信息采集分析系统的AC取样电路有问题，从而得到与网络报文记录分析系统所对应的异常二次电路[4]。

5.3 防护性操作诊断原理

（1）一种双重结构的保护器。对保护装置AB组进行了严密的动态测试，以保证保护装置的正常工作，并加强保护装置的定时。通过使用GOOSE开关时间，可以准确地估算出时差，通过比较保护工作流程中的动力元件的特征，使控制系统了解到保护行为是否合理。（2）单一地重新分配保护设备，通过充分比较模拟的单分布保护设备和网络信息记录和分析设备，能够对交流线路进行科学的监控。通过与以上装置的数据进行比较，可以更全面地了解开关电路的工作状态。同时，将变化量仿真与单一的运行逻辑结合起来，可以更好地判定保护的适用性。快速识别二级线路的故障是判断二级线路的重要环节。目前，智能变电所的辅助线路主要是电缆隧道和光电转换装置，该系统可以快速识别出信道内的异常，并对保护、交流、特定区域等进行故障判断。节省了搜寻的时间，减少了光纤辅助设备的故障，从而保证了电力供应的稳定。利用站点所能提供的网络消息、设备状况监测、设备的交换、设备的网络结构、SCD 设置、物理接口等，能够精确地识别出信道的故障[5]。

6 智能变电站继电保护二次电路在线监控及故障诊断等技术的运用与效果

6.1 如何应用技术

6.1.1 信息的获取和收集

在现代变电站中，对电力系统中的二次线路进行了实时监测与故障诊断。第一，通过监控与控制设备来传输资料。当次级回路运行时，该控制系统的传感器也可以：实时地获得运行信息。第二，通过GOOSE、SV 网络的信息传输到监控设备。监控设备收到信息后，会第一时间处理。然后将这些信息转化为目标信息，再通过数据传输到监控系统中。这样，操作人员就可以看到二次循环的运行情况。第三，在二次环路设备启动操作时，经由网络分析器传输数据信息，并且将该信息传输到网络分析器。当数据包被拦截后，网络分析器将其存储到处理层，同时对内容包进行在线监控。在完成分析之后，这个消息会被传送到一个MMS中，并且用于企业的应用程序[6]。

6.1.2 物理链路监控和故障诊断

以物理链路内的全部光缆线路为例。假设系统正在工作，那么接收机就需要进行对整个系统内光缆通信情况的监控；如果光缆线路变得非正常，那么接收机就将无法收到次级线路的正常运行数据。此时，就代表次级回路内的全部光缆线路都已出现了问题。而当与特殊光缆线路对应的全部输入终端互相对应时，则问题就一般聚集在信号发送器、光缆和连接终端上。人员即可通过上述操作判断次级线路问题的成因。假若全部光缆线路都非正常且对应的输入插件彼此一致，如果是这样的话，就能确定是不是插头的问题。这时，工作人员只需修复辅助电路的插头就可以解决问题。如果所有的光纤线路都是不正常的，那么相应的传送装置也是一样的。二次线故障的判定是发射端设备引起的。在这个时候，马上对以上的设备进行维修，以便解决问题。

6.1.3 逻辑链路监视和故障诊断

技术人员可以通过对这条信息进行检测，来判定副线路（保护继电器）的逻辑回路是否存在问题。其具体做法有以下几种。首先，一个从SCD 文档中输入的联机探测装置。读取GOOSE网络配置，SMV和资料集合。其次，当读取到的资料后，立即建立FCDA，建立与GSE及SMV的联系。最后，通过查找主要通信节点可以判断发出者、接收者和终端信息能否准确。当通过以上途径查找时，系统发出设置信息与实际收到配置之间可能出现的偏差。同时系统立刻发出预警信息，并且通知有关方面的逻辑连接有问题。此外，雇员还可以根据该系统所提供的告警资讯，判断并解决该问题，以确保副电路的逻辑联结工作[7]。

6.2 技术的应用效果

通过模拟实验，证明了这种方法在二次回路失效时的有效性；通过对故障的实时监控和诊断，可以对故障进行快速的判断。上述测试数据的分析表明：采用网络探测和故障诊断技术可以提高二次环网的监控效率，提高系统运行的可靠性和可靠性[8]。

7 结语

鉴于目前国内缺少一般智能站的两级线路的在线监测和诊断功能，因此，综合考虑了二次设备的实际配置，对其进行了优化和改进，使得其具有较强的适应性。一种可容错的智能变电所中继电器已经正式上市。该系统可以提供辅助及故障分析的辅助及故障判断，并为整个网络系统设定继电保护级别，只用于侦测、比较及综合分析相关通信信息。维护的效率和利益。这对提升电网运行和管理水平、推动电网企业的发展具有重要意义。