基于智能变电站的二次回路故障定位技术要点分析

王天宇

（国电南瑞科技股份有限公司）

0 引言

随着电力系统的不断发展和智能化程度的提高，智能变电站逐渐成为电力系统的重要组成部分。智能变电站的建设和应用，可以提高电力系统的可靠性、经济性和安全性，同时也能够有效地降低电力系统的运行成本［1］。在智能变电站中，二次回路作为电力系统中最重要的信息传输通道之一，其正常运行对于电力系统的稳定运行至关重要。因此，二次回路故障的快速定位和及时处理，对于保障电力系统的可靠运行和提高电力系统的安全性具有重要的意义［2］。

从2009年开始，国家电网公司开始了智能变电站的试点建设，到现在为止，我国已经建成了大约5000多座。智能型变电站，包含一代智能型变电站与二代智能型变电站。智能化变电站因其系统集成度高，结构布置合理，在经济、节能、环境保护等领域已有较好的应用前景。但是，在实践操作过程中，也出现了许多问题。尤其对于智能化变电站系统的运行维护而言，其维护工作量大、维护费用高已成为制约其发展的主要因素。因此，研究基于智能变电站的二次回路故障定位技术，成为了当前电力系统领域中的一个热点问题。本文旨在分析智能变电站二次回路故障定位技术的要点，介绍二次回路故障定位技术的原理和实现方法，并重点分析智能变电站二次回路状态定位技术的要点。通过对智能变电站二次回路故障定位技术的深入研究，能够为电力系统的安全稳定运行提供技术支持，促进电力系统的智能化建设和发展。

1 智能变电站二次回路分析

1.1 智能变电站二次回路结构

智能变电站二次回路是电力系统中重要的组成部分，其主要功能是对电力系统进行监测、控制和保护。智能变电站二次回路结构主要包括电压互感器、电流互感器、保护继电器、遥信、遥控、遥测等组成部分。其中，电压互感器和电流互感器主要用于将高压电力系统的电压和电流信号转换为低压信号，以供保护继电器等设备进行处理和判断。保护继电器则是智能变电站二次回路的核心部分，其主要作用是对电力系统进行保护，一旦出现故障情况，保护继电器能够及时地进行判断和动作，以保证电力系统的安全和稳定运行。

在110kV以上电压等级的智能变电站中，组合单元装置已经不再使用。相反，智能变电站使用了一种新的二次采样回路结构，如图1所示。

图1 智能变电站二次回路结构

这个结构允许二次保护装置直接TA和TV变压器二次侧采集电压信号［3］。开关和断路器的位置触点通过一系列的二次连接传输到智能终端，智能终端将开关和GOOSE报文进行转换，并通过光纤将数据传输到二次保护和测控装置。这种新的结构可以提高智能变电站的效率和可行性，因为它可以减少不必要的设备和传输路径，从而使信号的传输更加可靠和高效。同时，在二次保护和测控装置中，可以使用先进的算法和技术，对信号进行处理和分析，以快速地检测并应对任何故障或告警情况，从而最大限度地保护电网的安全和稳定运行。

1.2 二次回路故障诊断方法

智能变电站的二次回路故障诊断方法可以分为三种，即SV结点故障诊断方法、交流回路故障诊断方法和保护效应故障诊断方法。首先，SV结点故障诊断方法是通过监测SV结点的电压信号来判断故障类型。当SV结点电压异常时，系统会根据异常状态进行相应故障诊断。这种方法主要适用于单个信号异常的故障情况。其次，交流回路故障诊断方法是通过检测各种交流信号（如电流、电压、频率等）的变化来判断故障类型［4］。当交流信号发生异常变化时，系统会根据异常状态进行故障诊断，此方法适用于多个信号发生故障的情况。最后，保护效应故障诊断方法是通过检测保护装置的输出信号（如开关量、模拟量等）来判断故障类型。当保护装置输出信号异常时，系统会根据异常状态进行故障诊断。此方法主要适用于保护装置发生故障或误动作的情况。

在智能变电站启动运行后，二次回路的会对设备进行实时监控，检测数据参数的变化和异常情况。当发现故障时，系统会评估隐性故障的类型，并选择合适的故障诊断方法。进一步诊断故障，确定故障位置并消除故障，以确保智能变电站的正常运行。

2 二次回路故障定位技术原理

二次回路故障定位技术通过远程无线控制和闭环测试的技术来实现，其工作原理如图2所示。

图2 智能变电站二次回路故障定位技术原理

二次回路故障定位技术的实施过程主要分为三个部分，即信号采集、信号处理和信号检测［5］。首先，变电站二次侧的数据，如电压、电流、开关状态等，由智能变电站的各种传感器和采集设备采集，并将数据传输到控制中心进行分析。其次，信号处理和分析算法被用来对收集到的信号进行过滤和采样，并对其进行分析和诊断，以确定故障的位置和类型。最后，针对不同的故障类型及其发生区域设计适当的维护对策，使二次回路能够正常运行。二次回路故障定位技术快速、准确，对提高智能变电站运行的可靠性和稳定性，减少停电次数，降低经济损失具有重要意义。该系统自动化程度高，操作简便，可靠性强。但是，目前的二次回路计量技术还存在一些局限性，主要表现在对计量技术要求高、设备投资大、计量数据处理和分析不足等方面。因此，在今后的工作中，有必要改进和优化变压器二次侧的故障定位技术，以提高变压器二次侧的效率和经济效益。

3 二次回路故障诊断定位

3.1 SV链路定位诊断应用

如前文所述，在出现SV链路异常的情况下，保护装置通过车站控制层MMS发送适当的链路断裂报警信息，这些信息可以被网络信息分析设施检索到。通过发送方和接收方之间的链路比较可以用来检测网络跳环。然而，用链接比较法无法进行直选回路与SV网络选择端口的侦测，所以要定位故障位置相当困难。解决这种情况的办法是，通过列出所有可能的故障点，并结合网络中的其他次级电路设备，预先确定每个故障点的概率。在大多数情况下，不可能获得直接跳跃电路的比较信息，所以通常使用设备上发送的警报来定位相应的故障［6］。总的来说，整个诊断策略如图3所示。

图3 SV链路定位诊断策略

3.2 交流回路状态诊断应用

根据交流电量来确定是否需要对二次回路的交流电量进行在线监测，交流电量的采集主要是利用设备和报文记录分析设备进行。目前，大多数智能变电站使用两个ADC来补充两个保护回路的相应采样。设备将两个DUT的采样数据发回系统，然后对两个DUT的采样数据进行比较，进行诊断。如果两者的相对误差在阈值之内，则认为二级保护功能正常。如果经过比较，相对误差超过了一定的阈值，那么两组中至少有一组被认为是不正常的，并指出相应的错误回路。通过比较传输到SV（网络信息记录和分析设备）和MMS（设备）的采样值，可以确定SV的二次回路的采样是否正常。如果它们之间的最大差值达到一定的阈值，则表示该回路工作正常。如果超过了这个阈值，则认为回路中存在相应的异常。诊断交替环路状况的方法如图4所示。

图4 交流回路状态诊断方法

3.3 保护动作诊断

保护干预故障诊断方法以设备的监测状态为考核指标，按照一致性原则，保证设备需求不会偏离设备检测的既定目标。通过对模拟量和校验开关量的比较，判断保护装置发出的保护动作的正确性，同时也保证了保护装置的运行时间。如果保护装置的保护动作超出了正常范围，那么就可以断定保护装置存在问题［7］。通过比较模拟值、开关值和正常值，检测出不同的量来进行诊断，这样就可以判断出保护动作是否不正确，开关是否跳闸，提示系统处理故障。如果系统不能自行处理，就需要人为干预，向系统发出指令，这对整个系统的维护有很大帮助。

4 智能变电站二次回路状态定位技术要点分析

4.1 物理链路的故障定位

在智能变电站中，物理链路的故障定位是一种重要的二次回路故障定位技术。物理链路指的是二次回路中各个设备之间的连接方式和布局。物理链路的故障定位方法是通过对连接线路的电压、电流等参数进行测量，分析故障点的位置和类型，最终实现故障点的定位。通信链路的一般等效如图5所示。

图5 通信链路的一般等效

当智能站的二级电路发生故障时，站内大量的设备会产生大量的报警信息。由于通信传输往往涉及多个连接，如设备、印刷电路板、光纤和开关，在特定接收器发送的报警信息中，很难分析出故障的来源。监测二级环路的状态，可以结合整个系统的链接状态和过程层通信网络的拓扑特征来估计单个链接的故障概率，从而实现准确的故障定位。

4.2 逻辑链路的状态分析

在智能变电站的二次回路中，逻辑链路是指由开关、保护装置和监控装置等组成的通信链路。逻辑链路的状态分析是指利用逻辑链路所传输的信息进行故障定位的方法。

在此基础上，提出了一个基于虚拟终端的虚拟二级电路模型。该电路包括样本值（SV）输入和输出、一般对象演化（GOOSE）输入和输出以及网络地址分配。根据IEC 61850标准，GOOSE和SV消息不仅传输配置信息，还传输通信信息，从而消除了获得二次电路状态特征的盲点，并实现了对逻辑互连通信的实时监控。利用MAC地址和APPD，过程级设备之间的通信请求信息可以用GOOSE和SV数据包进行唯一的识别，过程级设备之间的通信关系可以用SCD技术进行详细描述。SCD 配置文本包含发送方的GOOSE、SV控制块和相应的数据集：GOOSE、发送方SV控制块的MAC地址和接收方与发送方之间虚拟环路状态的APPID。

对于保护装置而言，配置文本CD的例子，记录了这个设备的虚拟电路连接信息。LN中的输入信息，前缀为GOOSE输入（GON）和SV输入（SVN），元素为 IEDName、 LDInst、 InClass InInst、 doName、daName、前缀等，获得了创建过程层发送器拓扑结构和虚拟电路信息表。对二次回路的逻辑链进行监测，利用过程层网络定期读取GOOSE和SV数据包，重构数据包中的虚拟回路配置信息，并与SCD配置信息进行比较，以保证一致性，在出现异常情况时及时报警。如图6所示，监测二次回路的逻辑互连是对智能变电站二次回路建设过程的补充，是其逻辑验证的重要组成部分。

图6 逻辑链路在线监测示意

逻辑链路的状态分析具有定位准确、速度快、操作简单等优点。但是，它也存在一些不足之处，例如可能会受到通信链路不稳定、监测装置故障等因素的影响，从而导致定位不准确或者无法定位故障。综上所述，逻辑链路的状态分析是一种非常有效的二次回路故障定位方法，但需要考虑到其存在的不足之处，并结合其他故障定位方法，以提高故障定位的准确性和可靠性。

5 结束语

智能变电站的二次回路经常发生各种类型的故障，其原因多种多样，既有人为因素，也有外部因素的影响一旦发生故障，对电网系统的整体安全会造成巨大的威胁。因此，为了提高电网运行的可靠性和安全性，对智能变电站的二次回路故障定位技术要点进行深入分析和研究十分重要。作为电力系统中不可或缺的组成部分，智能变电站的二次回路是保证电正常运行的关键所在。