变电站继电保护二次回路的在线监测及故障分析

国网江苏省电力有限公司盐城供电分公司 祁 观

1 引言

为了保证变电所的继电保护和电力系统的正常运行，必须科学、合理地利用二次回路报警系统，以便对各种异常如交流回路短路等进行精确的监测。二次回路的断线问题，势必引起继电保护的失效，从而严重地影响到电网的总体稳定与安全[1]。因此，采用在线状态监测技术，可以对各类设备的工作状况进行实时监测，而要做到这一点，必须采用与继电保护装置相结合的方式进行监测。但是，在进行电力系统的监测时，由于其运行状况的复杂性，必须根据电网的工作环境和具体的条件，采取适当的措施来实现监测，确保相关设备的正常运转。

2 智能变电站继电保护二次回路简述

在进行电力系统的在线监测和故障诊断之前，必须对其组成与特点有一个全面的认识。首先，作为电力运行中的一种保护手段，其主要作用是对存在安全隐患的电力设备和电力设备进行保护，从而保证电力系统的正常运行。其次，二次保护电路是一种能对设备进行检测、控制、调整和保护的电气电路，主要由二次设备组成。二次设备是低压电器设备，能够对一次设备进行检测、控制、调整和保护。如各种测量仪器，控制设备，安全自动设备，信号设备等。二次保护系统由控制回路、调节回路和安全自动设备回路组成。无论采用何种方式，均能检测并反馈一次回路的故障[2]。在此过程中，技术人员可以建立在线监测和故障诊断系统，实现故障的自动监测、诊断和反馈。这种方法比传统的手工测试方法简单、直接、有效。

3 在线监测与故障分析的重要价值

在智能技术的推动下，变电站采用信息共享、网络通信、数字传送等技术，使其工作效率得到了较大提高，而继电保护则是以电力系统故障为中心，针对系统内部的风险和隐患，为系统运行创造一个稳定良好的环境。

为了防止内部元件和缆线的损伤，必须合理地使用保护设备。也就是说，根据系统的敏感程度，对内部的操作进行判断，但是这种判断必须是长期的，而且要在整个系统的操作中都能起到作用。为了保证整个电网的安全、高效，一些变电站采用了二次回路报警系统，对交流和直流回路的故障进行实时监测。但是由于实际情况的制约，很难将二次环路和继电保护区分开来。为了达到对故障进行准确的分析的目的，需要对故障进行实时监测。其具体的优点有以下两方面。

一方面，保证电力系统的安全运行。随着电力系统智能化程度的提高，变电站的智能化管理与控制已基本完成，虽然保证了电网的运行安全，但也不可避免地会产生一些不利的影响。例如直流回路接地、交流回路短路等，当二次回路发生故障时，会有相应的报警信号，但由于受现场环境的影响，使其报警功能不能完全发挥。因此，在线监测和故障分析就能很好地解决这个问题，对系统的运行状况进行动态监测，及时地发现和处理这些问题。

另一方面，提高设备的维修工作效率。目前，我国电力行业的快速发展已经较大满足了对电能的需求，但同时也存在着许多问题。如电力故障是很常见的，而这种情况一般都是在设备维修的时候发生的。电力设备是电厂的重要组成部分，其运行过程中的各种因素往往会影响其正常工作，使其发生故障，使检修、维护工作人员面临相应的安全隐患，并有可能引发事故。通过在线监测与故障分析，可以在事故发生的初期，及时反映出设备的异常，并将有关的情况反馈给工作人员，以便进行及时的防范，提高维修的效率和质量。

4 变电站继电保护二次回路隐患产生的原因

4.1 环境因素产生的隐患

在二次回路种，由于元件老化、温度突变、工作电源变化等因素，在继电器的操作过程中，二次回路存在较多安全问题。如在温度较高的地方，会对电子元器件的性能产生很大的影响，而供电方式的改变会对一个特定电位的改变产生很大的影响；二次线路的外部老化会造成多次接地，或由于接线板的松动，会造成诸如CT 开路等问题。构成了一种不能充分发挥二次保护作用的寄生电路。

4.2 互感器多点接地

一是多点式电流互感器接地问题。在相同的电流环路中，由于接地电位差的作用，多个接点之间的接点会产生附加的电流，从而导致变压器负载的增加，导致变压器的误差增大，甚至达到饱和，从而影响到保护设备的可靠性，导致不合格或失效。二是电压互感器多点接地。N600型互感器在多个地点接地时，一旦系统出现故障，则会有大量的故障电流涌入电网，造成N600互感器两端的电势差，造成中性点电压的偏差，即在辅助循环种，这种情况十分危险。在进行保护取样时，会对相位电压的相幅值及零序电压产生一定的影响，从而导致保护失效。

4.3 回路误接线

在设备的安装中，需要确保所有的线缆都是相连的。但是，如果安装人员本身的技术水平不高，对图纸的理解不到位，在安装时会出现虚连接、端连接错误等问题。在采样回路中，若发生接线错误，例如相序错误、极性反接等问题，会影响到继电器的正常采集，造成故障。由于线路故障，无法将硬接点信号通过测控设备传输至监控后台，会对无人值守的智能变电站的正常工作产生一定的影响。当线路发生线路故障时，即使保护设备正常工作，也无法将信号输入到断路器，从而导致故障。使继电器无法正常工作。在仪器的检验中，有关的检验人员没有按照要求进行操作，很可能会带来安全风险。在新建的变电所或者技术改造工程中，线路故障会更加常见。

5 系统框架

为了实现二次回路的实时监控和故障分析，还应进一步优化数据的选取、过滤和关联，并从全局出发，制定系统的方案。随着监控和分析技术的发展，各个装置之间的数字信号可以相互连通。从其体系结构上来看，包括主站、站端、后台等多个部分。

对主站来说，根据电厂的工作状况发布调度命令是整个系统的首要任务。数据分析和保护设备是最重要的，可以根据网络进行数据交换，分析和监控数据。

对站端而言，其作用是与主站的交互作用，可以进行信息的过滤和配置。当装置处于挂网状态时，一旦发现故障，就会通过通讯网络将其传送到终端，然后进行筛选，最终将数据传送给主站。所有的信息都在后台进行处理和诊断，然后将其显示在监控屏幕上，以便工作人员能够及时地了解和解决问题。

6 在线监测内容

二次设备运行状态的信息主要包括两个方面，即白检查和链路异常，难以完全满足系统的故障分析，因此需要对系统的运行特点和常见的故障进行综合分析，并对其进行分类。在监控信息上，以保护行动、运行状况和报警为主要内容。其中，保护行为类包含了诸如“出口”“行动”等的信号内容，也就是“特定的时问”“内容”等；“运行环境”包含了电压、电流、软件、硬件、温度等信息，主要是对网络设备的实时显示，以方便以后的维护工作。报警类型包含短路、设备异常、故障信息等，对维护工作的质量起到了一定的保证作用。

6.1 动作信息

动作信息主要包括两个方面：一是继电保护的操作信号，也就是操作单元和启动类型的信号。第二，为操作输出信号，也就是出口相别以及整组动作时长。

6.2 装置运行信息

一是自身的软硬件信息，主要包括电压、光强、温度等方面的知识。二是对各分支的取样值，也就是各分支的电流细节。三是开关量，也就是对重要设备的开关量进行监控，以了解设备的实际使用状态，为以后的维护工作打下了良好的基础。对这些资料进行长期的监控，可以为今后的维修工作提供充足的参考。

6.3 告警信息

一是采集数据中的报警信息是否存在异常。一般情况下，保护装置取样值出现异常报警的原因是SV 线路自身质量不过关、检修工作与常规工作不相符等。二是故障报警，包括GOOSE 故障异常导致的故障。三是设备故障报警，包括闭锁与失电两种。在发生以上报警信号时，应立即对故障状态进行分析，并及时判断其具体位置，保证维修工作的高质量。

7 在线监测与故障分析

7.1 SV 链路

整个在线监测系统必须在一定的时间内对SV的数据进行有效的收集，否则将会发出警告或报警。如SV 链路故障，很难及时收集到相应的数据，这是为了防止设备受到干扰，所以必须使用链网络报文装置，通过站控层发送的异常数据来获取异常数据，从而实现精确的监控。

一般情况下，在查找故障点的同时，也要根据二次系统的网络采集资料进行回传。由于网采端口不同，直采回路上的其他链路难以实时监控，而且无法准确地确定故障点，从而影响到后续的诊断和检查。在直跳回路上，很难获得与之相关的数据，因此可以根据保护装置所采集到的信息和警示内容，来判断故障。

7.2 交流回路

要实现高效的在线监测和故障分析，必须借助报文装置，即对全部的交流仿真数据进行收集，并对数据进行汇总，从而作出详尽的判断。为保证电厂的正常运转，需要采取双重保护措施。比如AD的采样通道，可以将采样值和双重保护的实际测量值进行直接的比对，最后再根据最后的误差值来判断二次环路的状态。当误差值小于允许值时，报警信号就会发生冲突，总体工作状态是正常的；反之，如果报警系统给出不同的警报，那就说明系统不正常。因此，在利用报文装置采集SV 数据的同时，对MMS 数据进行了进一步的集成，以便对最终的故障进行准确的分析，对以后的工作能够顺利进行。

7.3 保护动作

在保护动作中，其监控与故障分析应与双重防护装置配合使用，即监控及搜集双回保护装置的动作信息，再进行资料分析，估算出保护装置的运作状况，判断动作执行、资料记录等执行状况。另外，在监控内容中，还包括了GOOSE 的特定操作时间，并将其作为全部测试的参考。整个较为简易的保护装置，会对各组件的仿真量进行分析，并对各组件进行对比，并进行交流回路监控。其内容主要是通过对已有位置信息、测控设备的实际测试数据等来监控切换量回路，从而使行为的分析与评价更加准确。

8 二次回路在线状态监测流程

针对电力公司的绝缘问题，需要用直流供电的继电保护设备，并对不接地的措施进行改进。因此，在进行系统的测试时，还必须对系统进行接地检查，在设备与地面之间设置一定的绝缘值，从而防止因设备接地而导致的故障。这是因为在电力装置的安全操作中，直流电源的绝缘性能并未达到预定的水平，因此系统不会发出警报，从而导致故障无法在较短的时间内被解决。从国内的绝缘测试技术发展来看，国内的绝缘技术在测量精度方面尚不能与国际接轨，因此测量结果与实际测量值存在着一定的偏差，从而严重地影响了测量的准确度和准确度。

二次回路设备中的继电保护主要包括断线检测、电流回路电阻检测等。由于绝缘测试技术发展较快，但其精度还不够高，无法达到一定的标准，因而采用绝缘测试技术所获取的测量结果与实际测量值有很大差距，从而会影响到防护设备，从而限制其防护效果。目前，我国电网企业在使用过程中，由于电力设备经常暴露在空气当中，其运行状态、绝缘品质都会受到自然因素的影响，从而引起各种故障，如故障接地等，从而制约了其对电网的探测与保护能力。在二次回路设备中，不仅包含了断线器的断开保护，而且还包含了电流回路的电阻探测保护，这是保证整个系统安全的重要手段，而目前微型数控装置控制技术的发展和成熟，为二次回路设备的安全提供了技术支撑。

9 结语

综上所述，目前智能变电站总体运行管理水平已有较大提高，但仍不能完全适应实际使用，因此对其进行在线监控与故障分析是非常有意义的。本文从系统框架、内容、在线监测与故障分析几个方面入手，以期更好地发挥在线监测与故障分析的作用，从而推动相关部门进一步加强对设备的优化与改进，提高实施效果和实施质量，推动变电站全面可持续发展。