智能变电站虚拟二次回路在线监测系统

徐文斌 王斌

【摘 要】本文结合智能变电站二次设备状态监测技术的现状，对二次回路进行在线监测技术的研究，监测链路是否存在异常。并进行虚端子及虚回路可视化展示，研究了链路异常定位技术方案。为验证二次设备在线监测及二次回路在线监测，构建仿真系统。模拟变电站二次回路运行状态，计算正常、异常后的二次回路特征数据，为故障分析提供数据支持。

【关键词】智能变电站；二次回路；监测技术

引文

在智能变电站中，传统的二次回路逐渐被通信网络所替代，传统的物理电气信号也不再进行使用，更多的选择数字信号，将所有二次设备基于网络连接在一起，实现在线监测。但是目前在线监测需要技术人员从网络报文记录设备中提取的内容数据进行系统的异常分析，因为网络报文记录的数据量非常大，严重影响了对异常分析的质量，工作人员很难根据记录的信息定性、定量分析故障特征，将很多重要信息遺漏，进而无法制定出完整的二次回路的预警和保护方案，不利于整个系统的安全稳定运行。

1.智能变电站网络二次系统应用概述

1.1 智能变电站网络二次系统概念及其功能

所谓网络二次系统，就是通过网络结构构建，替代传统的电气二次回路，从而为电力网络提供需求和服务，例如在线监测的服务。在该系统中，过程层网络拓扑结构、过程层组网、可靠性和实时性分析、全站通信网络结构以及在此基础上建立的网络在线监测系统共同协调运作，完成了监测工作。在该系统中，智能变电站网络二次技术得到了充分应用，涵盖了系统网络构建、智能二次设备配置、模型报文输出以及各类电力技术和专业知识。随着技术水平的不断提升，智能变电站网络化二次系统已经不再拘泥于传统形式，迫切需求建立全景信息平台，实现网络的升级优化，并实现实时在线状态监测目标。

1.2 智能变电站网络化二次系统及其在线监测研究的重要性

虽然，我国从二十世纪九十年代就开始了变电站智能系统和自动化系统的研究和应用，并不断进行了技术创新和提升。但是变电站自动化系统及其在线监测工作仍然出现了很多问题。

1.2.1 智能站二次设备互操作性差。在该系统中，二次设备是重要的组成部分，普通互感器是所谓的一次设备，而有源式电子式互感器，如ECT、EVT、ECVT等则是具有消除传统铁心线圈磁饱和问题，进一步抗干扰等功能的二次设备。然而，在系统中，这些二次设备的互操作性却很差，很难充分发挥整体功效。

1.2.2 网络化二次系统的可扩展性差。一般来说，在系统中的网络结构和层次是有限度的，不可能进行无限延伸，而且系统在保障原有作业绩效基础上的进一步扩展难度也很大。

1.2.3 信息共享难度大。智能变电站网络二次化及其在线监测系统虽然与过去相比，已经有了很大的优势，但是当将其应用在大范围、大区域时，信息间沟通就会形成障碍，很难进行全面共享。

1.2.4 网络二次化在线监测系统的可靠性差，安全问题堪忧。相对来说，该系统的可靠性较之过去有了质的飞越，但是面对不断变化的外部环境，仍然难以抗拒不确定性因素的影响，加之受不同区域自然条件、社会条件、人文条件等的综合影响，使用过程的安全性和可靠性难以确保。

2、二次回路在线监测结构分析

要想有效实现二次回路的在线监测，首先需要进行线路运行信息的合理获取，并需要在此基础上来对获取到的信息进行分析整体。

该二次回路在线监测系统是由主站系统和站端装置构成，该主站系统一般会直接在省调度端进行部署，并可以有效避免一些智能变电结构的设备增加等问题，此外其还可以运用网络报文记录分析装置来作为数据的采集源。在进行新建智能变电站的建设过程中，该电力企业还可以直接将检测系统以及诊断装置作为数据采集源端进行工作。此外站端还需要完成信息的采集整理以及过滤工作，并能够在发生了通信网络异常的情况下，该装置能够对相关的异常信息进行迅速收集，并可以以文件的形式来将其送到各个调度端的主站系统之中。并可以在完成各异常信息的综合诊断工作之后直接在界面上进行诊断结果的显示。

3、在线监测信息分析系统

一般情况下二次设备其运行状态信息多是由链路异常信息与自检信息两部分构成，这难以有效满足二次设备出现故障后的诊断需求。因此电力企业就应当对不同类型二次设备的运行特点以及常见故障进行分析，并在此基础上来将其在线监测信息具体细分为装置运行状态信息、告警状态信息以及保护动作信息这3个类型。

①状态运行状态信息：该检测信息主要包含的是装置的软硬件自检信息、采样值以及开关量信息等。其中软硬件的自检信息又包含了该装置的运行温度、电源电压温度等信息，而采样量以及开关量信息则主要包含了各支路电流、差动电流以及开入量状态等信息等。借助于对装置的运行状态信息进行长期的监控统计，其也能够为后续的状态检修工作提供足够的基础数据以及检修依据。

②告警信息：告警信息中一般会包含有采样值、开关量异常告警以及装置异常告警等信息，其中采样值异常告警主要包含了SV链路中断、SV检修状态异常以及CT/PT断线等；开关量异常报警则包含了COOSE检修不一致、链路中断以及开入量异常等情况；装置异常告警主要是电告警与闭锁等。一旦二次回路运行过程中出现了类似告警，就需要对其发生的故障进行状态的评估以及迅速定位，并在此基础上给予相关的维护人员一定的指导，来使得智能变电站的维护效率与质量得到有效提升。

③保护动作信息：其一般包含有保护动作信号以及出口信号动作两方面的内容。

4、信息采集方案

在现有二次设备的运行过程中其多是借助于网络报文记录分析装置来进行在线监测信息的搜集工作。因为过程层中的网络报文具备有数量庞大、冗余严重以及非重要信息比较多的特点，这一情况，也就需要构建一个快速有效的在线监测以及故障诊断及装置，并要求站端专职能够在采集完成数据之后完成相应的数据关联与筛选过滤处理工作。

将在线监测信息分为稳态、暂态以及状态文件3种类型，而在具体的运用中，也需要借助于与网络报文记录分析装置来在固定时间间隔中进行文件的传送工作，此外在站控层存在告警数据或者变化量已经超过了5%的情况下，还需要进行暂态文件的及时上传，而其实时传输的额数据也需要与二次设备进行对应。

借助于二次回路的在线监测以及故障诊断系统其在站端传输的信息进行诊断分析，并对这些信息存在的长期变化规律进行统计与分析，这样就可以在对相关二次设备的具体运营情况进行准确合理的评估，并可以在此基础上给予其针对性的诊断对策。

5、优化在线监测和故障诊断的几点措施

5.1 SV/GOOSE链路诊断策略

对于二次设备过程层中的SV/GOOSE信号，如果接收端设备没有在一定时间内接收到信息时，就会出现相应的告警，此外因为各装置之间配备有统一系统观测员，就可以通过发送方与多个接收方两者的运营状态来对二次设备的运行状态进行有效检查，并可以根据链路告警报文来进行异常发生位置的合理定位。对于在运行过程中直采回路无法进行链路对比监视这一情况，也就需要借助于预先配置的方式先对可能出现的故障点进行列举，然后再结合二次设备网采回路来进行故障点概率位置的计算。

5.2 交流回路状态诊断策略

在线监测二次回路交流量的过程中，还可以借助于网络报文记录分析装置以及机电保护装置其采集到的交流量信息进行综合性判断。现阶段许多智能变电站中多采用双AD形式进行信息的采样，并能够对二次设备的运行提供双重防护，通过该防护模式就能够对二次回路上的相关故障情况进行有效的监控。如果这两者之间的相对误差在阈值范围内而且继电保护装置无采样不一致的报警时，则认为该交流二次回路处于正常的运行状态。如果该相对误差超过了阈值范围后，则判断该继电保护的交流回路存在异常现象，并需要相关检修人员及时对出现了异常的二次回路进行检修。

6、结束语

在智能变电站中存在着一些无法诊断的问题，这些已存在的问题会造成未知的故障，并造成变电站资金与资源的损失。对于目前存在的一些隐患问题进行分析与监测或者对于一些已经暴露出的问题通过数据分析得出其故障原因，是我们目前在变电站方面的一项重要研究课题[4]。那么，结合目前智能站的一些二次设备的实际情况，通过对现有的网分装置部分功能的优化，并结合变电站本身具有的某些特征，我们可以提出一种用于智能站二次系统故障分析的解决方法，用来分析与检测变电站的故障，分析故障产生原因，并提出相应的解决对策，这种变电站继电保护在线监测与故障诊断的方法对于我们目前变电站的发展与完善是十分有利的。

参考文献：

[1]丁修玲，张延旭，蔡泽祥，等.基于报文解析的变电站过程层网络信息流异常保护方法[J].电力系统保护与控制，2013，41（13）：58-63.

[2]王治民，陈炯聪，任雁铭，等.网络通信记录分析系统在数字化变电站中的应用[J].电力系统自动化，2010，34（14）：92-95.

[3]陈文斌，张延奇，吴萍.变电站继电保护二次回路的分析[J].通讯世界，2016（19）：198-199.

（作者单位：國网银川供电公司）