智能变电站继电保护二次回路及状态评估分析

国网浙江省电力有限公司温州供电公司 蔡诚裕 陈宗萍 柯益脉 陈 星

1 引言

智能变电站也称为智能站，其显著优势是具有站控层网络、过程层网络等一些层级网间的信息实时共享、占地面积较小且二次回路简单，是现阶段智能变电站发展的必由之路。传统的变电站二次回路的实现通常是利用电缆直接完成的，这期间会有不同程度的二次回路盲区，很难对其不足之处进行评估和监视，智能站中二次回路一般是利用网络通信将传统电缆二次回路直接代替，数字信号直接取代以往的信号模拟方式实现传输，这种方式能够将二次设备传输量值的信息化目标有效实现。基于SV 和GOOSE 等一些二次回路网络中所具有的通信可以实现数据和信息的有效交互，还能大幅度提升变电站保护和运维的信息化水平[1]。

2 智能变电站继电保护二次回路及状态评估分析

智能变电站继电保护设备自身所具有的“自检”能力，一定程度上为运行状态评估检修技术打下了坚实的基础。与此同时，利用数字信号可以有效传输二次设备信息，需要具有完备的预警机制和自动闭锁机制，变电站中全部和保护有关的信息都是在实时评估和监测下获取的[2]。所以，智能变电站能够动态性、全面性评估运行状态。若想对设备的状态信息实现保护，就对多种因素进行综合性分析，其中包含设备运行环境、绝缘情况、硬件中配的信息状态等。经实践研究显示，若是设备的整体运行情况比较恶劣，会促进装置元件快速老化，还会将故障出现的概率增加。温、湿度太高同样会弱化劣质的电气元件的整体性能，使得设备具有的功能失效。除了设备运行状态外，若想对继电保护运行状态和性能进行评估，则需要综合性分析厂家批次生产的产品无故障时间和工作效率等内容，原因在于状态评估的作用不只是对被监测设备的检测，还需要发现其不足或者故障风险进行预警。智能变电站继电保护状态评估的主要目标是全方位监测电器二次回路的整体运行情况，不仅要对合并单元的装置状态信息和智能终端的信息进行监测，同时还要监测IEC61850协议的光纤通信链路状态和智能站配置文本电路的逻辑状态[3]。

3 智能变电站继电保护二次回路及状态评估的作用

继电保护二次回路属于电网系统管理的主要内容，关乎电力系统的运行状态，传统变电站的二次系统经常出现故障，对于专业技术的要求强，所以，使得故障处理难度加大，除了系统自带的装置软件和引发的故障之外，二次设备所出现的技术故障或者安全隐患无法接入设备的运行状态精准获取，但其中存在的安全隐患又不能放置不管，所以，传统变电站无法实现的标准则是线上评估和监测继电保护二次回路的运行状态。对此，智能变电站借助检查GOOSE、SV 网络具体的运行状况，可将供电系统内危机保护二次回路无法完成的可视化造成的安全隐患直接控制与规避。二次回路出现故障较多的则是变压器、断路器以及隔离开关等，如由于环境潮湿，使得二次回路电缆出现发霉或者湿度较高的情况，使得设备中一些结构或者二次回路会存在接触不良或者短路的情况；电流互感器、电压互感器二次回路短路或者开路[4]。二次回路在实际运行过程中，极易因维护检修工作者未第一时间发现或维护，使得安全隐患一直存在，螺孔和螺丝接触不良、将电缆自身所具有的绝缘作用弱化等也极易引发不同程度的故障；在维护期间若是因为设计或者纰漏设计不合理，如磨损、渗水等情况极易出现短路。设计工作者没有依照最新标准或者规范设计，使得施工者的具体操作无法达到特定标准等，都很容易造成二次系统很难运行的情况，如果情况严重，还会造成设计、施工错误等不良后果，会对系统稳定运行带来影响。对于上述情况，能通过可视化运行二次回路或者配置审核二次回路传输的信息数据的方式将其解决。

4 智能变电站二次回路状态评估的技术路线

4.1 基于物理链路故障的定位

智能站中的光纤链路所具有的通道监视，通常是由接收端智能电子设备所完成。如果智能变电站中的二次回路出现故障，站中会出现许多告警报文。如果是告警报文则需要采用比较特殊的设备进行接，在分析其故障来源时存在很大难度，原因在于通信传输期间牵扯到诸多环节，其中有板卡、装置、交换机、光纤等。二次回路状态监测可以全面了解整个站中链路的具体情况还能实现连接，结合过程层通信的拓扑结构，综合性评估每一个环节的故障点及原因，由此，可以精准定位故障点。借助统筹配置创建设备光纤链路物理端口的数据链路、设备链路以及全站过程层网络拓扑之间存在的异常。二次物理回路在线监测和评估系统处于正常运转期间，根据告警事件解析，可以获取对应事件中的信息组的播源地址、应用标识、虚端子拉线、路由表等拓扑信息，还会获取异常的端口集合与路径集合，而后根据特定的推理信息定位故障。

4.2 逻辑链路的状态分析

一般的电气二次回路构成有连接设备的电缆与继电器等，若是想借助线上方式完成对回路接线、继电器触点的精准度在线监测的等难度较大，经济实用性不高，智能站虚拟二次回路一般是利用装置逻辑联系图形与虚端子表的模式存在。回路涉及的信息包含通用面向对象的变电站事件输入与输出定义、网络地址分配以及采样值输入与输出定义等。根据IEC61850的要求，过程层的SV 与GOOSE 报文不但需要进行通信数据传输，而且要将配置数据传输出去，以此来将二次回路状态特征量在采集过程中存在的盲区直接清除，让逻辑链路通信在线监测目标有效实现。二次回路逻辑电路监测有效完善了智能变电站二次回路建构流程，还对智能站二次回路配置信息的逻辑的准确度进行验证。

5 智能变电站继电保护二次回路及状态评估方法

5.1 基于综合应用服务器的线上评估系统

智能变电站的在线监测评估系统是指借助传感器技术完成运行，其核心组件由光纤模块构成。二次设备选择的是具有光强传感器、温度等多样化功能的光纤模块，可以有效采集光口温度与激光功率。间隔层或站控层全部的流程层通信报文能借助整个流程层实现交换机的顺利获取，其中包含过程层交换机和能中心交换机，测控装置、保护装置的二次回路动作或者警报信息获取方式可利用站控层的交换机来完成。立足智能变电站继电保护的视角而言，对于站控层、流程层网络的稳定性较高。立足站控层视角而言，站控层旨在充分体现所有定制文件的有效传输，而后结合对应文件进行录播和修改。

在智能电网的整体框架中，出现最多的网络分析仪或者故障进入模块相当于状态检测系统的主要内容。关键的二次回路在线评估系统包含主站与子站系统，在生产调度方面，主站系统发挥的作用较大，二次回路评估功能模块与子站系统系统功能监测模块与二次回路评估功能模块，通常会在变电站故障录波器中置的报信业务模块或者管理单元中有效部署。网络状态分析记录模块可以精准地评估通信链路，还要对其中是否存在断链的情况进行检测。故障录波管理单元或保信综合服务器或者故障录波管理单元一般会在线监测与评估系统的整体运行状态。

如果二次回路存在故障，便可以在第一时间发现并预警，提供相应的诊断结果，还会把诊断结果直接传送至生产调度终端的变电站系统中。变电站中的监测评估系统一般是为了上报与统计信息，操作辅助系统和定值管理系统等一些辅助类的作业系统，可根据相应的故障问题情况或者标准创建专家系统，而后推断出常见故障问题，并给出解决方法。故障检测数据管理系统相属于状态维护管理的核心环节，在对机械设备状态信息推理和信息区分进行检测的过程中，能够将设备故障部位、特征以及原因等有效的评估出来，还可分析出诊断结果，有利于为系统维护和管理提供借鉴。

5.2 基于多参量的在线故障诊断与评估监测方式

这种方式一般是利用智能站内报文格式对设备的部分特征功能进行综合性分析，根据报文格式或者设备记录下来的一些情况，合理判断其对应关系，提取重要的二级回路信息，而后在管理主机的终端实时传输一些格式数据信息，对其综合性能进行分析。另外，给出计算机保护设备、SV 和GOOSE 网络的链路状态在线评估监测的诊治方案。在系统运行过程中，通常是利用网络分析仪分析与记录的方式对报文进行识别。而后，全方位分析站控层、过程层的报文信息量，能够了解到，冗余且复杂的非关键信息特别多，大幅度增加系统生产调度数据则会使得网络运行缓慢。

通过网络分析仪获取到各项数据信息，而后将其统计和分类，依照系统运行过程中报文信息的显示状态及内容，把在线监测评估信息划分成运行状态文件、暂态过程、隐态过程，而后将与其匹配的链接信息筛选出来，进行文档转换。稳态报文主要是记录长期检测的信息文件，对通信链路状态进行检测的文件是状态文件。系统软件不但会将站内的信息有效存储，还能够完成综合性的分析与诊断。与此同时，整合设备产生异常过程中的一些特点都可以作为诊断评估及管理决策的依据，此方式能够将智能运维设备的运行效果有效提升。除此以外，监测智能变电站继电保护二次回路运行状态的方式还有双重化配置保护装置、单重化配置保护装置等。

5.3 根据SCD 和CID 文件的在线故障诊断方式和监测评估方式

此方式根据特定的工具，将智能变电站的SCD文件和CID 文件，以有效的方式在分析服务平台中导入，之后快速获取站内二次回路、设备有关系的一些数据信息，还可以对传输和通信设备的关联性进行了解，建立状态检测评估实体模型，评估设备根据GOOSE、SV 组网方案，系统软件可利用相关的故障记录抓包软件，对二次回路、设备的运行情况进行全方位检查，可知，其结果类似于网络分析仪，全程层机设备可以为管理设备传输通讯信息，管理设备则会将信息传输到远端主站设备与后台管理的监控机内，系统抓包软件也可以结合站控层的网络，直接将站内通信链路获取，两个系统软件可以同时获取到二次设备、回路的具体状态信息，以此来验证SCD 数据配置的一致性，而后将评估结论输出。二次回路的在线评估诊断层次有逻辑数据信息链路状态和物理链路通信状态。在逻辑链路通信状态稳定的条件下，发送方与订阅方都属于整个流程层区间层的智能设备与组件，也是流程层的交换机。结合报文MAC 地址的引导与实时传输。在此期间若是存在异常，发布方很难对通信电路的良好状态进行判断，原因在于发布方仅仅负责数据信息的推送。

考虑到接收方若是在特定的时间段并未收到相应的数据信息，接收方能够直接作出决定。除此以外，监控控制模块能够借助接收机在线评估和监控实际通信链路，逻辑电路在线评估的最终目的是促使SCD 的数据配置可以与通信电路配置更好地适配。基于IEC61850的协议内，GOOSE、SV 的数据信息设备开展在线评估和验证，如果订阅与发送设备出现不匹配的情况，则会出现报警信息。所以，结合SCD 文档中配置的相关信息数据开展分析，进而能够管控与审核报文格式在整个站中集成配置、SCD 推送配置的统一性。若是存在异常，在线评估监测系统软件则会立即将报告结果发送出去，还能对评估故障精准定位。

6 结语

现阶段，比较常用的诊断与评估技术需要基于变电站的网络结构才能完成。基于IEC61850标准的网络传输，能应用与共享通信数据和信息，立足技术视角，将二次设备的管控效果显著提升，借助网络结构、计算机设备和系统功能开发，可推动继电保护的快速进步和发展。基于网络技术与智能电网的迅速进步与发展，二次回路可视化和智能运维、辅助作业等功能的健全与完善，可对智能变电站继电保护二次回路实际的运行状态开展综合性评估，应用前景极为开阔。