智能变电站继电保护二次回路在线监测与故障诊断技术

徐 拓，葛以康

（1.国网江苏省电力有限公司泗洪县供电分公司，江苏 宿迁 223900；2.国网江苏省电力有限公司泗阳县供电分公司，江苏 宿迁 223700）

1 继电保护二次回路介绍

想要明确继电保护二次回路的在线监测技术与故障诊断方式，首先需要了解是继电保护二次回路的概念。继电保护本质上是对于电力系统所发生故障的一种保护措施[1]。该工作的主要对象就是电力供应活动中的那些含有一定危险性的工作以及可能存在的安全隐患。通过这种保护来确保电力系统能够稳定运行。继电保护二次回路主要由如下3种回路组成。第一种是控制回路。这是一种由断路器或者隔离开关组成的结构，其功能是对于一次设备进行合闸以及分闸操作。第二种是调节回路，主要由带有调节功能的自动装置组成，其主要任务是以一次设备工作时产生的参数的变化，对于一次设备的工作状态进行实时的调整。第三种是继电保护及自动装置回路。这种回路主要由比较部分、逻辑部分、测量回路部分以及执行部分组成。它的功能是通过分析一次设备的运作状态，当一次设备在发生异常或故障时，自动发出跳闸指令，并将出现问题的设备进行自动切除，在故障消失后将相关的断路器进行投入操作，以恢复电力供应。

2 在线监测系统组成

在智能变电站中，在线监测与故障诊断系统的构架主要由主站系统与端站设备两个部分组成。

主站系统需要布置在调度端，对于一些改造的智能变电站，由于变电站结构的限制，在布置主站系统时要遵循便利性的原则，在不增加设备的前提下，在端站使用数字化报文分析装置，并将其当作是电力信息采集的源头。如果变电站是新建的，那么就要将保护在线检测以及故障诊断设备直接当作数据采集的源头。让电力运行数据由Ⅰ区网关设备在D5000平台上传送到Ⅱ区。

端站设备的主要功能是对于电力生产中所生成的各种数据进行采集、分配、预处理以及过滤工作[2]。一旦网络传输出现了问题，端站的设备就能够对问题进行及时的诊断，同时收集与问题相关的故障信息，在信息收集完成后自动生成为报告文件，并发送给主站系统；故障信息送达主站后，可以借由显示器以及报警装置展示给运维人员；工作人员在看到故障报告后，就可以对问题进行初步分析，让维修工作变得更具针对性，大大提高了运维的效率。

3 在线监测信息种类

3.1 警告信息

组成警告信息的主要数据有开关量异常警告、采样值以及设备异常警告3种。首先是采样值的异常警告，其主要包括SV品质异常、SV检修状态不一致、SV链路中断以及CT/PT断线4种情况。其次是开关量异常警告，主要包括GOOSE链路中断、GOOSE检修不一致以及开关量异常等。最后是设备异常警告，包括异常闭锁、异常失电等问题。一旦在二次回路中出现了这些警告信息，工作人员就要立刻对故障进行评估，从而进行快速的处理。

3.2 设备运行信息

变电站中的各种设备运行信息也是在线检测系统采集的主要信息源之一，包括设备的自检信息、采样数据以及开关量信息等，具体就是各种设备的运行温度、电源处电压信息以及各个支路的电流信息等。通过对这些信息的长期采集以及检测，充实系统端的大数据库，为突发事故的处理以及定期的检修工作提供数据支持。

3.3 SV/GOOSE状态信息及动作保护

这种信息不是变电站各种电气设备所产生的，而是针对数字化报文以及报文格式的一种记录。其中，SV报文状态主要是指相位精度、双AD一致性、幅值精度以及数据有效性等。报文格式的异常就是指由于某一设备出现了问题，致使SV/GOOSE报文出现乱码、残缺以及过长等错误。而动作保护信息主要分为保护动作元件、保护启动、出口相别以及整组动作时间四种动作信号。

4 监测信息采集具体措施

智能变电站的继电保护二次回路在线监测系统收集的数据是以数字报文分析设备作为媒介所收集而成的。这种收集数据的方式虽然十分全面，但是也会造成数据冗杂的问题。无论是什么样的信息，该设备都会进行无差别的采集与传送，导致关键性的信息与大量没有意义的废弃信息杂糅在一起，大大增加了甄别工作的难度，对于调动的效率也产生了一定的影响。因此，需要将站端所采集的数据进行过滤以及关联等处理，以提高在线监测的效率。

为了方便信息的整合以及处理工作，可以将监测所得到的信息分为3个大类，即稳态、暂态以及状态[3]。每种文件都具有独特的特点，稳态文件就是长时间记录的信息文件，如设备温度、电流电压；暂态文件就是当线路由于各种原因而发出警告时，将该时刻APPID所对应的信息进行整理并生成的文件；状态文件则是负责监测线路实时通断状态的文件。在实际的监测活动中，报文分析设备需要按照一定的时间间隔发送稳态文件以及状态文件。当出现了重要的警告数据或者是端站主动上传了暂态文件，监测与故障诊断系统就会对该文件优先进行分析，并且做出诊断决策。

5 故障诊断方法

5.1 交流回路诊断方法

针对智能变电站二次回路交流量的监测工作，可以通过报文分析设备以及继电保护装置所采集的交流量进行综合分析并得出结论。当前国内的智能变电站一般都是采用双AD采样，同时配以双重保护措施，将MMS上的双AD采样值与双套保护的采样值进行对比。如果对比的结果相对误差在安全阈值的范围内，同时满足继电保护装置没有发出采用不一致的警告的条件，那么就可以判断双AD采用结果一致，二次回路处于正常工作状态。如果对比的结果超出了阈值的安全范围，那么就说明至少有一套继电保护交流回路处于异常状态。此时，在线监测系统就会生成警告并将故障信息报告发送给主系统，以便维修人员进行快速处理。

此外，通过分析报文分析设备的SV与继电保护装置的MMS的采样值，可以判断交流采样回路的情况。如果两样数据在对比时最大误差值在安全阈值范围内，且没有出现SV断链警告，那么就说明SV二次采样回路处于正常工作状态；如果继电保护设备采样回路正常，但数值误差超过的安全阈值，那么就说明交流采样回路处于异常状态。

5.2 SV/GOSS链路诊断方法

针对过程层所发出SV以及GOSSE信号，如果处于接收端的设备在一定的时间内没有接收到相关信息，就会产生相应的警告信息。例如，在继电保护装置链路出现异常时，该装置是无法在这段时间内获取到有效信息的，所以系统会通过站控层MMS上传相应的链路断线警告（见图1）。对于直采回路，由于直采回路与网采的SV端口型号不同，无法进行链路的对比监测工作，所以当发生故障时很难寻找到准确的故障点[4]。为了克服这个困难，可以预先进行设置，将可能发生故障的点一一列举出来，并且结合其他设备网采回路的情况绘制故障点概率表，以完成故障点的定位工作。

图1 继电保护SV/GOSSE链路诊断示意图

6 结 论

在信息化技术逐步发展的背景下，电气信号传送信息的方式正在被网络信息技术所取代。借助于高效的网络信号传输手段，人们已经能够对变电站的全部二次设备进行实时的在线监测工作。当前的在线监测以及故障诊断技术存在着一定的不足，想要提高智能变电站的适用性，就要对在线监测技术以及故障诊断措施进行改进。