变电站继电保护二次回路在线监测及线路故障诊断研究

林燎东

（上海宝冶集团有限公司，上海 201900）

继电保护二次回路是变电站的核心部分，为了保证变电站正常作业，提出了二次回路线路作业状态监测和诊断研究。传统的监测诊断方法采用人工监测模式，以物理信号作为判断依据，得到的监测诊断结果可靠性较低。随着智能化操控技术的快速发展，以数字信号信息采集与分析，取代了传统监测诊断方法，提高了诊断准确性。本文利用网络报文记录分析装置，在线路调度端展开故障诊断分析。

1 二次回路在线监测及线路故障诊断系统总体结构

本系统主要由调度控制中心、继电保护在线监测与故障诊断系统、交换机、网络保温记录分析装置、防火墙、保护设备在线监测诊断装置组成。如图1 所示为系统总结结构。

图1 系统总体结构

继电保护在线监测与故障诊断系统向智能终端发出信息采集命令后，调度端开始对变电站二次回路作业状态进行信息采集操作。采集的信息经过交换机传输至网络报文记录分析装置，在此装置作用下，对线路作业信息进行处理，以便诊断线路作业状态。而后立即向监测诊断装置发送消息，判断二次回路当前是否异常，如果发生异常，开启设备保护模式，进一步分析二次回路异常具体位置，并根据系统数据库存储的线路异常历史信息进行诊断生成线路故障问题，并给出一些处理对策。如果未能在系统数据库中查询到此类故障信息，那么，在操作界面上显示 未找到此类故障信息，请现场勘查解决。

2 二次回路在线监测信息类别概述及诊断

2.1 信息类别概述

本系统作业涉及的信息包括装置运行状态信息、异常警告信息、线路保护动作信息等。其中，装置运行状态信息包

括装置供电电源电压信息、通道光强、作业环境温度、差动电流、各个支路作业电流等，长期统计此类数据，通过观察数据是否在正常作业范围内，从而有效诊断线路是否发生异常。异常警告信息指的是二次回路发生异常情况下发出的警告，其中，异常情况主要包括SV 链路中断、CT/PT 断线、线路检修状态不一致等。线路保护动作信息指的是以保护线路安全作业为目的开启的动作，即在线路作业异常情况下发出的线路保护命令。

2.2 线路信息采集

本系统利用网络报文记录分析装置完成二次回路中各条线路及设备作业状态信息的采集，由于变电站二次回路线路信息较多，站控层与过程层体系繁杂，加大了数据信息采集难度，需要处理好数据冗余问题，合理调度数据网。为了克服这些困难，本研究在站端装置处添加了数据过滤与筛选处理结构，利用该结构完成数据处理。

因此，本系统的二次回路数据信息采集仪网络报文记录分析装置为中心，借助数据过滤与筛选处理结构，对采集的数据信息进行处理，从而为线路故障诊断提供可靠数据支撑。本系统在线监测的信息包括线路作业暂态及稳态信息，将这些信息打包成文件，作为链路通断状态诊断依据。

2.3 信息诊断与警告

将经过处理的稳态文件、暂态文件发送至主站，利用此部分结构中的链路巡检模块，查看各条链路作业是否异常。如果文件中参数数据与数据库中参数数据界定范围不符，则认为当前线路作业异常。此时，开启系统警告功能模块，在操控指挥界面显示异常文件，以红色图标惊醒管理人员。

3 二次回路线路故障诊断

3.1 故障诊断基本原理

（1）SV/GOOSE 链路诊断基本原理。此故障诊断方法以是否接收到SV 信号和GOOSE 信号作为故障诊断依据，如果在规定时间范围内尚未收到这些信息，则认为当前线路发生异常，此部分信息会形成警告报文，发送至报文记录装置，而后对信息进行处理，得到详细的故障诊断结果。对于直采回路的故障诊断，SV 端口与之不同，加大了链路对比分析难度，对此情况，采取预先配置处理，将线路可能发生故障的所有可能性一一列出。与此同时，分析其他二次回路作业状态，分析可能出现故障的概率。关于故障的具体定位，需要将这些信息发送至几点保护装置，发出警告后，由系统管理员采用排除法确定故障位置。

（2）交流回路状态诊断基本原理。采用双AD 采样方法采集交流回路作业状态信息，利用MMS 计算采样值差异性相关数据，得到采样值相对误差计算结果。如果相对误差超过了规定范围，则认为线路当前作业异常，并发出线路警告信息。如果未出现误差，或者误差计算数值在允许范围内，则认为交流回路并无异常。本系统采用采样值对比和差流对比方式，以设定的阈值作为标准，准确诊断回路作业状态。

3.2 保护动作诊断原理

为了充分发挥保护线路功效，需要保证保护装置的保护动作始终处于正常作业状态。所以，在诊断二次回路作业是否异常的同时，还需要诊断保护动作。

本系统采用综合分析法，对线路保护装置动作诊断进行研究。其中，校验指标有3 个，分别是保护出口时间差、装置整组时间特性、动作元件一致性，分别对这3 个指标进行校验，而后设定权重，根据指标对保护装置作业的影响大小，给出综合判断，从而最终确定当前保护动作是否发生故障。例如，某二次线路发生故障，其对多个支路的运行有所影响，而当前保护动作无法实现同时作业，选择影响较大的支路进行保护，此方案不会对线路的继续运行造成影响，则判定当前保护动作无故障。

4 网络异常状态监测及警告测试

4.1 测试内容及方法

本次测试主要对系统的信息采集、故障诊断及故障警告3 项功能进行测试，以下为功能测试方法概述：

（1）信息采集功能测试：利用网络报文记录分析装置采集线路1、线路2 电压数值，观察接收端数据与实际数据是否相同，从而判断信息采集功能模块中数据过滤机筛选处理是否发生作用。

（2）故障诊断及故障警告功能测试：分别对SV/GOOSE链路、交流回路作业状态是否发生故障进行判断。如果发生故障，则观察是否发出警告。

4.2 测试结果分析

（1）信息采集功能测试结果。测试结果显示，本系统采集终端输出的线路1、线路2 电压数值与实际数值相同，所以，本系统可以准确采集二次回路信息。

（2）故障诊断功能及警告功能测试结果。本次测试以2 条SV/GOOSE 链路，2 条交流回路作为故障诊断对象，诊断测试结果如表1 所示。

表1 故障诊断测试结果统计表

5 结语

本文围绕二次回路运行作业状态监测方法及线路故障诊断问题展开研究，依据变电站继电器作业原理，对二次回路运行作业状态监测功能模块进行设计，并开发相应的故障诊断子系统，作为二次回路智能化管理工具。测试结果表明，本系统可以准确采集二次回路作业信息，有效诊断二次回路故障状态，针对线路运行异常情况，自动发出警告信息。