智能变电站二次设备故障诊断方法分析

邹翔

（南瑞集团（国网电力科学研究院）有限公司，江苏 南京 210000）

结合现状来看，智能变电站已经相对成熟，被大规模投入使用，属于电力系统基础性保障，重要性不言而喻。虽然智能变电站的出现，让电力系统趋于稳定，但依然有问题存在，例如：二次设备故障诊断，需要寻求新的方法，提高系统诊断效率，探明故障原因，在此基础上进行维护，借此来增强电力系统适应能力，发挥智能变电站理想化优势。

1 智能变电站体系结构

在现实应用中，内部网络属于核心构成，是智能变电站发挥信息共享功能的基础，特殊地位不可替代。在变电站过程层，可以借助GOOSE和SV技术完成高质量的通信任务，在实际应用中，结构的合理性至关重要，可以对继电保护的实效性和可靠性造成直接影响。研究发现，IEC 61850标准中，智能变电站网络并不是单一由站控层组成，除了站控层之外，还有间隔层和过程层，三者相互配合组成了网络体系，这种体系称为“三层两网”，各层的位置如图1所示。

结合图1，可以对各分层的作用进行简单分析，首先，过程层处于最基层，其系统搭建是由一次设备作为框架，在此基础上搭配辅助智能设备，通过两者相互配合，共同完成配电、变电等基本工作，保证电网合理运行。其次，间隔层处于核心地带，同样为辅助层，其构成较为复杂，由测控设备承担主要任务，并配合使用保护设备以及相关的故障录波设备，从而形成完整体系。最后，站控层处于顶层，主要由自动化系统承担核心任务，搭配通信系统，在两种系统的作用下，实现变电站设备的精准测量与控制，并且能够高效率完成采集监控数据等基础性工作，同时完成信息保护，实现操作闭锁，发挥相位同步采集等优势。

图1 智能变电站体系结构

2 故障诊断

2.1 故障诊断的模型

面对智能变电站，想要完成故障诊断，诊断模型的搭建必不可少，可以清晰、直观呈现故障情况，方便故障维修精准定位。在模型搭建中，需要用到的公式如下：

公式（1）和（2）中，i1和i2为高低压侧电流；u1和u2为高低压侧电压，得出的是Ngu和Ngi为电压、电流广义变化。当一次电压为220kV，并且满足二次电压为100V条件时，N= 220/0.1，N为互感器额定变比。如式（3）和（4）所示。

智能变电站的特点随着研究的深入，逐渐呈现出来，主要是在智能化装置辅助下，对故障信息完成判断，并进行搜寻工作，在此基础上及时处理，确保电力系统稳定，其中故障诊断系统作用无可替代，搭配在线监测技术，可以将电网运行安全系数提高。二次设备故障后，通常情况下，会有大量报警信息汇集在故障处，在这一过程中，故障诊断系统将会第一时间接收指令，立刻做出反应，通过在线监测系统传输的数据，对故障进行诊断，然后自动分析处理。通过研究发现，在线监测系统结构复杂，可以分为四个层级，主要原理是：第一层负责基础诊断，将所收集到的故障汇总，初步判断；第二层级完成诊断评价，可以实现自检信息诊断等功能；第三个层级将会进行高质量的综合诊断，进一步明确故障信息；第四个层级，得出最终诊断结果，给故障维修提供参考。现实工作中，通过诊断模型的搭建，以及在线监测的应用，可以实现理想化的故障诊断，提高诊断效率的同时，还可以避免类似故障。

2.2 故障诊断方法选择

如图2所示，在进行故障诊断时，可以借助变压器来完成，已经支路和阻抗分别用字母i和Z表示。用式（5）的公式可以计算出阻抗值。

图2 变压器测量图

在此基础上结合变压器阻抗真实情况，便可以全方位分析电路故障情况，进行高质量的故障诊断方法选择。

通过研究发现，针对不同的故障，以及呈现出的特征，可以搭配不同的诊断方式，实际应用中，比较有效的诊断方法大体分为四种，在现实操作中，需要结合真实情况，进行灵活选择，进一步保障故障诊断的效率与品质。

（1）自检信息诊断。第一种是借助自检信息诊断，完成故障分析工作，在实际工作中，采取这种诊断方法较为普遍，主要是依据诊断目标的不同，将诊断分为两类，一类是针对设备来说的，通过设备性能检测，完成故障初步诊断，另一类主要是针对通信过程。实际表明，前者造成故障的因素非常繁杂，类型有很多，像比较常见的检修压板故障或者是保护装置失效等。通常情况下，装置出现问题，将会让整个系统功能下降，影响全局运行情况，但是如果选择自检信息诊断模式，便可以规避此类问题，从自身不足出发，对故障精准地判断，从而查找设备功能异常的核心原因，从源头予以解决。通过实践证明，智能变电站中，多种功能的实现主要是依靠信息传输，如果信息传输一旦中断，整个系统将会瘫痪，例如：测量、安全保护等，都是需要依靠信息传输来维持，由此可见，自检信息诊断的可行性。通信网络从某种角度来说，属于数字化的形式，在系统运行中借助采样、闭锁、跳闸等多种途径，完成信息的传导工作。想要确保信息传导的合理性，让报文发送更加精确，需要让设备始终处于健康、合理运行状态，倘若在现实工作中，出现信号中断，如此一来，就会诱发装备故障，想要达到理想状态，此时完全可以借助设备自检功能，对故障信息进行排查。采用自检设备作用显著，一方面能够起到理想监控效果，保证光纤端口精准监控得以实现，满足工作效率提高要求；另一方面，针对报文通道故障，可以立即反应，接收到故障信息，同时发出报警提示，在这样的全方位保障下，设备通信终端情况可以更加详细掌握。

（2）对时信息诊断。对时信息诊断同样具有重要意义，通过字面意思理解，可以知道这类诊断方式针对的是对时故障问题，在实际应用中，对时故障主要表现在对时服务不理想，时间跳变侦测异常明显，针对这种情况，需要专业、认真分析，确定出现故障的设备。

（3）通信报文诊断。通信报文诊断在现实应用中也比较常见，实际操作中，监测系统异常，报文误码率（通信报文中的）不断升高，并且伴随流量显示不正常等特殊现象，此时系统会进行报警。此时如果无法处理妥当，就会让整个通信网络崩溃，出现瘫痪现象，对整个变电站的运行真实效果影响较大，将会降低运行安全系数。

（4）综合诊断。最后一种方法是综合诊断，属于全过程的诊断，这种诊断方式较为系统和全面，涉及内容较多，最核心的板块就是在线监测，借助在线监测系统，将可靠报警信息收集、整理，例如：前文提到的对时报警信息以及自检报警信息等，在此基础上，保护二次设备，防止故障的扩大，对保护单元进行诊断。除此之外，还可以进行测控装置保护以及智能终端检测等，通过可行性较高的故障分析，提高智能变电站的应用性能。故障判断流程图如图3所示。

图3 故障判断流程图

总之，现阶段的智能变电站应用广泛，功能非常强大，有了智能变电站的参与，电网运行效率提升显著，随着需要程度的提高，智能变电站正在大跨度发展，取得显著成绩的同时，技术也不断成熟，特别是各类IED信息模型的高效率运用以及多种诊断方式的出现，这些进步扩展了智能变电站发展空间，提供了新的契机，将智能电网推向了全新高度。在智能变电站使用中，存在许多风险因素，如果想要维持理想的性能状态（智能发电站的），使其能够正常、平稳运行，需要加强二次设备的全方位故障诊断，对各方面性能及时反馈和保护，采用性能完善的故障监测系统，掌控二次系统状态，在此基础上充分挖掘智能变电站的最大化优势，提高其在电网中的应用水平，为电力事业发展提供核心支撑。关于故障诊断，应该考虑多方面因素，首先收集相关数据，完成诊断模型搭建。其次，优化各项参数，逐步完善诊断模型。最后，选择科学诊断方法，确保诊断质量的同时，将诊断效率提高，让电网始终处于安全、有效状态。

3 结语

综上所述，智能电网诊断复杂且全面，在实施过程中难度很高，特别是针对二次设备来说，故障诊断需要结合现状，提出一种依托智能变电站理念的合理、高效故障诊断方法。通过研究发现，这种新型诊断方法，应用价值较高，可以借助广义变比建模发挥诊断的功能，在诊断模型搭建的基础上，通过仿真技术，完成故障全面诊断。结果表明，该方法效果突出，可以很好评估电流状态以及测量回路故障状况，让继电保护测量回路发挥作用，更加安全、高效，通过有效性验证，帮助变电站性能升级。