变电站二次设备在线监视及远程维护系统研究

狄军峰　王力　李俊刚　刘虎

摘要：继电保护装置作为电力系统安全运行的重要屏障，是电力系统不可缺少的部分。但是，所有这些二次设备目前在电网中基本上是独立运行的，缺少功能集成和数据利用上的综合考虑，大多数变电站监控系统不能完全接收和传输保护送出的所有事件、定值和录波信息，信息的缺失给电网安全带来隐患。本文分析了使用通信技术对二次设备进行在线监视以及远程维护，减轻工作人员工作负担以及随时掌握二次设备健康状况，保证电网安全、经济、稳定运行。

关键词：变电站二次设备 在线监视 远程维护。

中图分类号：TM764 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）09-0107-02

变电站二次设备在线监视及远程维护是集二次设备运行情况、故障信息收集整理、二次设备管理及统计、继电保护故障信息远传与自动归档、继电保护装置远程自动巡检、保护装置远程控制于一体的信息化系统，对于提高继电保护专业的信息化管理水平以及适应未来智能电网发展具有积极意义。

但是，电网故障诊断研究仍停留在理论探索阶段，实用化方面一直没有太大进展，究其原因主要有两点：

（1）己有的故障诊断方法在处理多重故障、保护或断路器不正确动作的复杂故障以及畸变故障信息时仍存在一定问题；

（2）由于以往技术和配置的原因导致故障信息资源比较有限，已有产品大多仅依托于变电站内综合自动化系统或调度SCADA系统的信息。

因此，本系统提供的丰富的故障信息可以为研究新的故障诊断方法提供基础，大大丰富了电网故障诊断的内涵。

1 二次设备在线监视

电气设备根据功能不同可分为一次设备和二次设备。电气二次设备主要包括继电保护、测控、安全自动装置、故障录波器、远动等实现电气量采集、分析、处理、控制的设备。二次设备及相关回路构成了电网运行的二次系统，或称之为电网控制系统，其正常可靠运行是保障电网稳定和电力设备安全的关键。状态监测目前主要在一次设备上实施、推广，电力二次设备的状态监测基本还没有开展。

状态监测及状态分析的目的不在于准确诊断设备究竟存在何种缺陷，这在目前或许是不现实的。这里分析的目的是基于设备的状态信息，对设备状态做出一个初步的评价，作为安排检修的一个依据。至于不良状态的设备的缺陷原因、性质，需在检修前后针对个案进行深入分析。

1.1 系统结构

系统采用分布式架构，系统结构如图1所示。系统可分为上下两部分，其中上半部分为无人值守变电站二次设备在线监视及远程维护主站系统（简称：主站）部分，下半部分为无人值守变电站二次设备在线监视及远程控制终端（简称：子站）部分。

子站部署于110kV无人值守变电站内，接入继电保护、故障录波器等二次设备，采集数据并通过电力数据网与主站系统进行通信。每个变电站应至少配置一套子站系统。因为远方控制功能的需要，子站系统部署于电力系统安全I区。

主站系统部署与地调控制中心，通过电力数据网接入辖区内所有子站，可通过子站主动采集站内装置的信息或接收子站转发的装置自动上送信息。

图1中主站系统又可分为左右两部分，左边部分位于电力系统安全I区，右边部分位于电力系统安全III区。位于安全I区的部分是主站系统的功能主体，其中的通信服务器负责与子站通信，并将数据分发给各应用程序；数据服务器中安装数据库，负责保存数据；应用服务器中运行主站系统各高级应用，提高系统可用性；工作站中运行主站系统监视分析的人机界面程序和一些工程维护的辅助程序。位于安全III区的部分是WEB服务器，WEB服务器提供了主站系统的WEB服务，用户可在工作PC机上通过III区网络直接浏览系统数据，WEB服务器中的数据由位于安全I区的通信服务器通过安全隔离装置单向发送。

1.2 二次设备信息收集

系统以二次设备的信息为基础，为保证系统能取得二次设备信息，必须将二次设备接入到系统，并且系统与二次设备进行通信远程获取二次设备信息。但是目前市面上二次设备的类型、厂家、版本、对外通信接口多种多样，没有统一的标准。要实现对所有二次设备的接入难度很大，本系统经过研究后应具备接入大多数主流厂家的典型设备的能力。考虑到规约的多样性以及系统未来的可扩展性，系统应该设计成开放式，只需增加模块即可完成新规约装置的接入，不影响其他程序运行。

二次设备接入到系统后，系统可对二次设备信息进行远程调取和收集，包括动作信息、告警信息、录波简报信息、开关量变位信息、设备信息远程调取（包括定值、开关量、模拟量、软压板、录波文件等）等。

1.3 故障信息远传与自动归档

电网中被保护的电力系统元件发生故障时，该元件的继电保护装置应迅速进入故障处理程序，发出一系列动作命令并记录故障情况，本系统中的子站可收集保护装置的动作命令和记录故障情况的故障录波文件，并远程传输到主站，供调度以及继电保护专业人员分析故障情况。

考虑到主站中接入了多个子站，保护装置和录波器装置数量众多，上送数据频繁，特别是在电网发生故障时，要在海量数据中挑选出故障相关的信息非常困难，所以本系统实现了自动归档功能。当电网故障是，可根据保护装置的动作信息启动自动归档，形成故障报告。故障报告归档内容包括故障时间、故障元件、故障类型、保护动作情况、保护录波文件、录波器录波文件等。并使用图形化的方式展示。

1.4 故障诊断分析

故障分析是电网故障信息管理系统最重要的应用方向，它主要包括故障录波文件分析，如向量分析、序分量分析、谐波分析、功率分析和频率分析等波形分析功能。

故障诊断是利用可监测到的故障信息来识别故障元件及判别误动和拒动装置的过程，其中重点是故障元件的识别问题。随着数学和人工智能科学理论的发展，不断有新的故障诊断方法出现。但是，电网故障诊断研究仍停留在理论探索阶段，实用化方面一直没有太大进展，究其原因主要有两点：

一是己有的故障诊断方法在处理多重故障、保护或断路器不正确动作的复杂故障以及畸变故障信息时仍存在一定问题；

二是由于以往技术和配置的原因导致故障信息资源比较有限，已有产品大多仅依托于变电站内综合自动化系统或调度SCADA系统的信息。

因此，本系统提供的丰富的故障信息可以为研究新的故障诊断方法提供基础，大大丰富了电网故障诊断的内涵。

2 二次设备远程维护

2.1 保护装置远程自动巡检

随着主站接入子站数量的增加，检查各子站内装置的运行情况以及制作运维报告已成为非常繁重的劳动，占用了主站运维人员大量时间并且还无法保证质量。在一个接入了100个子站的主站中，如果需要一个运维人员手动检查所有子站内设备的运行情况，需要大概3个月的时间，这显然无法满足实时掌握设备情况的运维基本要求。鉴于此情况，深入研究继电保护信息系统后，设计了主站自动巡检及自动生成运维报告功能。

自动巡检的基本思想是在不增加子站和装置负担的情况下，使用少量的召唤操作测试装置对各项功能的响应情况，以此来判断设备的运行状态。目前能进行的召唤测试包括召唤定值区、定值、开关量、软压板、模拟量、历史事件、录波文件。定期进行自动巡检操作即能为主站生产运维报告提供原始数据。自动巡检能提供的数据包括：

（1）召唤命令是否正常响应。

（2）装置通讯状态是否与子站上送的一致。

（3）装置是否在很多一段时间内无动作和录波产生。

基于自动巡检数据，运维报告可以展示出每个装置的通讯状态是否正确、功能是否正常、是否因常时间没有动作录波而存在隐患等。

2.2 远程维护

110kV变电站一般路途较远，维护人员每次进行常规维护工作都要前往每一个变电站，既费时费力效率也不高。故系统提供远程维护功能，使维护人员不用前往每一个变电站就能进行维护工作，只须在变电站端通过调度数据网接入到本系统中，然后系统通过专用远程调试维护工具进行维护工作。

系统提供外部设备接入的通信标准，实现外部设备与本系统的接入和通信。为保证系统完全，系统与远程设备之间通过加密专用通道进行通信，使用动态密码口令的方式对外部接入设备进行安全性验证，并记录每一步维护操作的日志到数据库，做到操作可查询。

3 结语

在线监视及远程维护的目的不在于准确诊断设备究竟存在何种缺陷。这里分析的目的是基于设备的状态信息，对设备状态做出一个初步的评价，作为安排检修的一个依据。至于不良状态的设备的缺陷原因、性质，则需在检修前后针对个案进行深入分析。

本文阐述了变电站二次设备在线监视与远程维护系统，给出了系统结构图，通过此系统可以解决目前对二次设备监控的不足，提高电网二次设备安全，并且能减少工程人员工作负担。该系统在甘肃110kV变电站中取得了满意的效果。

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