基于变电站监控系统的继电保护自动检验方法研究

仇砚秋 徐 成

（国电南瑞科技股份有限公司变电分公司）

0 引言

在变电站运维工作中，维护继电保护的稳定性一直是其核心问题。目前的变电站继电保护检验工作中依旧存在着部分问题，导致在运维过程中工作人员的工作效率低，风险性大。同时，当前的变电站监控系统已经进入了系统化和智能化阶段。在变电站中，继电保护检验工作结合监控系统，通过一系列硬件和软件系统的搭建，能实现变电站监控系统继电保护的自动检验，对变电站的稳定性和安全性有着极其重要的意义。

1 变电站继电保护系统的检验要求

目前大多数变电站的继电保护已经实现了信息化和数字化。对于运维工作人员来讲，当前的变电站继电保护系统中设计的逻辑关联性强、各个信息之间的交互和分配场景复杂，在检验过程中，必须耗费大量的精力和时间才能有效理清其中的特点和原则，严重影响运维工作的效率和质量。一般来讲，变电站的继电保护检验工作需要遵守以下原则［1］：（1）继电保护运行状态和现场的检验对象一致，即保证变电站的配置、接线等施工环节和现场测试对象一致；（2）设备与实际运行环节的一致，即检验方法设备和实际的系统覆盖范围一致； （3）继电保护接线和变电站设计一致，保障继电保护的多层次保护功能。

2 设计背景

传统的变电站继电保护检验方式中，维修人员通过对单一的设备节点进行排除，检验继电保护装置运行的稳定性。这种检验方式主要使用继电保护测试仪进行操作，运维人员在继电保护装置中接入电压电流测试线，随后对继电保护装置进行测试，让继电保护装置处在模拟的工作环境中，进而对变电站继电保护装置的运行情况进行检测。这种检测方式虽然能检测出变电站继电保护装置的各个技术性能以及相关二次回路逻辑的完整性，但在一定程度上并不能全面反映出变电站继电保护装置的运行状况，同时人工检验方式还会为加重运维工作人员的工作任务，降低检验效率。

基于此，相关研究者研究了继电保护检验装置，如RTDS仿真平台自动检验装置，但由于对运行条件和运行环境的要求较高，因此并不能有效适用于变电站的实际应用环境；同时还有基于数字化测试仪提出的智能站单装置功能自动检验，但该检验方式由于系统内各个装置之间的配合性还有待加强，因此并不能在变电站中获得推广和普及。

通过对变电站继电保护装置进行分析可以发现，现有的继电保护自动检验装置的运行网络和系统关联性强、组网十分复杂，同时并不能有效检验整个继电保护自动检验装置的运行状况，降低了继电保护自动检验装置的科学性和准确性。本文研究了当前变电站的监控系统，通过分析可以得出当前变电站的二次设备能利用站控层的网络实现各个设备信息的互通互联、实现对整个变电站中设备的集中检测，为实现变电站继电保护的自动检验功能提供了实现依据。基于此，本文分别设计架构了变电站继电保护装置自动检验的硬件和软件，提出了基于变电站监控系统的继电保护装置自动检验方法［2］。

3 设计内容

3.1 硬件设计

继电保护装置自动检验系统的硬件主要有GPS／BDS同步时钟装置、监控主机、检验控制中心、智能终端、网络传输仪以及继电保护测试仪等，并借助站控层实现信息集中以及网络设备互通等功能。在变电站继电保护工作中，该设备能有效实现单装置以及多装置的自动检验功能，同时检验继电保护中的各项保护动作等信息的准确性，减少了变电站继电保护故障的发生。

在具体检验操作中，首先利用监控主机将线路、终端等一系列继电保护信息镜像至检验控制中心，随后在检验控制中心中嵌入自动检验流程，让检验控制中心能有效控制以及读写线路保护、母线保护、主变保护等，实现对各个自动检验流程的有效控制，最终利用检验控制中心对整个变电站的信息进行监视，并验证通过继电保护反馈的变电站运行信息的正确性。在这一流程中，监控主机、检验控制中心、待检保护装置、测控装置、测试仪等硬件装置利用站控层的网络实现信息的交互与统一。同时在该硬件系统中安装北斗卫星对时系统，统一整个参与检验工作的硬件设备时间，实现系统中各个设备在运行过程中的同步工作，保证设备运行的科学性。最后，再利用硬件设备中的测试仪，按照检验流程检验，在相关电流、电压等出现故障时，及时为保护装置提供故障参数，同时将保护装置的出口信息反馈至检验控制中心，自动检验系统如图1所示。

图1 自动检验系统

3.2 软件设计

变电站监控系统的继电保护自动检验系统的软件设计原则为模块化分层设计，能有效提高检验系统的拓展性，为后期软件的维护和检验等提供了极大的便利性，软件架构见表1。

表1 自动检验设备软件架构

变电站继电保护的检验工作主要通过对各个管理平台进行操作来实现［3］，具体如下： （1）利用检验管理平台，能有效检验和维护检验任务和检验数据，并对检验、报告、规约等模块进行管理；（2）利用任务管理模块，能将继电保护系统中的各相关任务进行检验并下发，此外，如果任务出现变动，还能撤销下发任务，在任务完成后，对任务进行审核，并将任务记录在历史当中； （3）利用模板管理模块，上传和下载相关的检验模板，如报告模板、规约模板、装置模型文件等；（4）在变电站继电保护检验工作中，数据管理模块主要是用于保存相关的操作记录，例如检验历史记录、系统检验记录，同时，还能利用大数据及时生成相应的管理标准报告和管理记录；（5）检验方案编辑模块主要用于编写和检验内容相关的检验模板和报告模板，并且还可以根据变电站继电保护检验要求新增或删减相关模板； （6）规约模板和编辑模板主要用于对系统中不同的规约进行编辑，利用脚本等信息技术文字语言，实现相关模板或信息的搜索引擎；（7）规约引擎模块在系统中主要结合规约模块进行操作，能有效实现不同模块之间信息的有效交互，如自动检验模块和保护装置之间的交互等，从而实现对相关装置与模型等文件的召唤功能，对参数进行定制，实现检验系统的读写功能以及对相关的动作报文进行读取等功能； （8）自动检验模块中的测试仪接口模块，主要是用来实现继电保护测试仪的通信功能，通过与测试仪进行通信，实现对相关的故障进行分析并转化为故障参数，并将故障参数反馈到测试仪，能为测试仪开关量提供信息； （9）自动检验模块通过搭建系统检验环境和制定系统检验方案，实现对相关方案的执行，并展示系统检验的过程，最后根据检验工作的开展按照规约生成相应的检验报告。

4 自动检验方法研究

基于变电站监控系统的继电保护自动检验方法主要的检验内容有零漂检查、模拟量精度检验、保护功能逻辑及保护定值验证等，不同检验内容检验的原则也不一致，见表2。（1）在检验零漂时，要求电压的零漂值在0.05V以内，即保护装置采样电压应该小于0.05V；同时要求电流的零漂值在0.01In以内，即外部施加电流应该小于0.01In。（2）在检验模拟量精度检验时，要求液晶显示幅值与外部加量的误差应小于±5%，即保护装置采样电压和外部施加电压之间的误差率应该在5%以内，并且保护装置采样电流与外部施加电流之间的误差率应该在5%以内；同时模拟量精度检验要求液晶显示角度与外部加量的误差应不大于±3°，即保护装置采样电压和外部施加电压之间的差距应该3°以内，同时保护装置采样电流和外部施加电流也应该在3°以内。 （3）在检查保护功能逻辑与保护定值验证时，要求过量保护时，0.95倍可靠不动作，1.05倍可靠动作，相反在欠量保护时，要求1.05倍可靠不动作，0.95倍可靠动作。对此当可靠动作时，装置报文和出口信息应该和预置内容一致，当不动作时，没有预定装置报文和出口信息。

表2 检验内容与检验原则

当前大多检验系统中，要想实现自动判断检验结果，需要相关运维人员手动编写判断脚本，这要求该检验方法的开发人员和变电站检修人员具备相关的编程知识，不利于后期相关检修人员运维工作的开展。对此，本研究通过对大量脚本文件的解读，总结出其中的变量脚本语言和固定脚本语言，并将固定的脚本语言进行封存和定义，形成了相关的脚本函数集，如图2所示，检验人员在进行检验时，可以直接调用相关的函数，降低了运维工作人员的工作难度，提高了工作效率［4］。

图2 脚本函数集

例如系统在检验保护装置A相电压时，使用的是脚本函数集中的CaLAin Error，取用相关的参数值MMXU5 MX PhV phsA cVal mag f、基准值v_Ua、目标参数vg_UErr Abs和vg_UErr Rel，自动生成判断脚本，对A相电压进行精确检验，具体如下。

5 结束语

随着人们对用电的需求越来越大，当前的变电站工作任务也越来越重。传统的继电保护检验方式单一、检验内容不全面，不能满足当前的变电站维护工作需要。基于变电站监控系统的继电保护自动检验方法，通过建立变电站硬件设施和软件设施，并按照检验目标制定相应的检验方法，极大地减轻了变电站运维人员的工作负担，同时提高了变电站检验工作的效率。将本方法在变电站中进行测试，验证出该方法能有效提高继电保护装置检验的科学性，同时继电保护的工作效率提升了85%。