朱旭

(國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司南京供電分公司 江蘇南京 210000)

智能變電站的最主要特征就是可共用數(shù)據(jù)信息，通過(guò)節(jié)約投入節(jié)省了用地建筑面積，已形成未來(lái)發(fā)展的必然趨勢(shì)。傳統(tǒng)變電所設(shè)備大都是以光纖為主，而目前數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)代替了以往的二次電路，通過(guò)數(shù)字信號(hào)代替了傳統(tǒng)的物理電力信息，從而可以實(shí)現(xiàn)對(duì)二次設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化，并且能夠通過(guò)網(wǎng)絡(luò)的通信數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，對(duì)二次電路的物理通斷和邏輯的準(zhǔn)確性進(jìn)行了校驗(yàn)，可以有效提升變電所運(yùn)營(yíng)管理部門的智能管理水平。

1 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)二次回路優(yōu)點(diǎn)

1.1 可靠性好

繼電保護(hù)二級(jí)電路是確保電氣系統(tǒng)安全工作的核心。在現(xiàn)今的情況下，雖然電力系統(tǒng)運(yùn)行方式已經(jīng)進(jìn)行了優(yōu)化，但在一些方面還在采取原有的保護(hù)方式，從而導(dǎo)致了動(dòng)力系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)更多的不安定情況，降低了供電系統(tǒng)的效率?，F(xiàn)如今繼電保護(hù)二次電路技術(shù)已經(jīng)和現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展相適應(yīng)，并在不斷更新和優(yōu)化，使其可以有效地對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行中出現(xiàn)的問(wèn)題做出更有效的判斷與解決，從而降低了危險(xiǎn)情況的出現(xiàn)，提高了現(xiàn)代電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的穩(wěn)定性[1]。

圖1 二次回路原理圖

1.2 性能強(qiáng)

目前，繼電保護(hù)系統(tǒng)的二次電路主要是通過(guò)使用絕緣材料起到其防護(hù)功能的，由于這種絕緣材料都具備了較強(qiáng)的耐腐蝕性，即便在環(huán)境下也不至于產(chǎn)生很大的化學(xué)變化，因而大大提高了信號(hào)接收效果，保障了電力系統(tǒng)的順利工作。

1.3 自動(dòng)化控制系統(tǒng)

繼電保護(hù)二次電路通過(guò)智能化控制器的使用，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)動(dòng)力系統(tǒng)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，并且能夠迅速做出故障分析，提出合理的解決問(wèn)題對(duì)策，進(jìn)而有效降低故障對(duì)系統(tǒng)工作環(huán)境的危害，大大提高了電力系統(tǒng)管理工作的安全和穩(wěn)定性。

2 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)二次回路檢測(cè)常用方法

萬(wàn)用表是在二次回路測(cè)試流程中最常見(jiàn)的測(cè)試工具包，通過(guò)萬(wàn)用表的測(cè)量方法就能夠直接對(duì)電流回路連接狀況進(jìn)行檢測(cè)，例如在對(duì)保護(hù)屏電流連片二端施加1 A 電壓之后，如果電壓指示數(shù)值超過(guò)了1 A，就說(shuō)明電壓系統(tǒng)的傳輸電路已經(jīng)接通正常，而反之則電路系統(tǒng)出現(xiàn)了開路故障。不過(guò)從二次回路測(cè)試的實(shí)際狀況來(lái)看，這一測(cè)量方式并沒(méi)有對(duì)電流互感器的極性做出合理判定。在保護(hù)屏的電流公共端：在保持正常連接狀況的情形下，流經(jīng)電流表的電流就能夠直接通過(guò)在大地或者保護(hù)屏內(nèi)部建立的電路。此時(shí)測(cè)量人員在檢測(cè)工作進(jìn)行過(guò)程中，可能在打開輸出電壓連片之后，對(duì)二端施加1 A 電壓，一旦電流計(jì)指示的值為1 A 以上，就說(shuō)明電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)上處在正常的工作狀態(tài)，但系統(tǒng)可能出現(xiàn)了開路故障。

通過(guò)對(duì)此類二次電路故障分析方法的研究，上述方法建立在人工測(cè)試技術(shù)的基礎(chǔ)上，這些方法存在著過(guò)分依靠實(shí)驗(yàn)的缺陷，在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，上述方法可能出現(xiàn)相應(yīng)的疏漏。

3 繼電保護(hù)與二次回路現(xiàn)狀分析

中國(guó)的電力行業(yè)在發(fā)展的早期階段，盡管遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于國(guó)內(nèi)和地區(qū)，但是隨著近年來(lái)的快速發(fā)展，新型的供電設(shè)備如繼電器、二次傳輸線路等，已逐漸成為中國(guó)電網(wǎng)的一塊重要基礎(chǔ)，整體的技術(shù)水準(zhǔn)也越來(lái)越高。中國(guó)目前擁有完整的繼電器防護(hù)科技體系，無(wú)論是在繼電保護(hù)的設(shè)計(jì)與開發(fā)、安裝、調(diào)試、維護(hù)等方面，均處于世界領(lǐng)先地位，這些技術(shù)已經(jīng)在中國(guó)電力的應(yīng)用領(lǐng)域取得了重大進(jìn)展。利用電腦對(duì)繼電器進(jìn)行安全防護(hù)，可使裝置得到完整的防護(hù)。目前，基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的繼電保護(hù)、自適應(yīng)繼電保護(hù)、瞬時(shí)保護(hù)等，已有許多新的智能化保護(hù)技術(shù)不斷發(fā)展。在未來(lái)，電力系統(tǒng)的綜合、智能是繼電器的重要組成部分。同時(shí)，現(xiàn)代電腦已經(jīng)被高效地應(yīng)用到了電力系統(tǒng)中，從而大大提高了系統(tǒng)的自動(dòng)化監(jiān)控能力。在電力系統(tǒng)建設(shè)和發(fā)展中，必須從基礎(chǔ)技術(shù)問(wèn)題入手，構(gòu)建電力系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)，從而掌握電力系統(tǒng)發(fā)展的重大技術(shù)措施，這樣才能在競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)上風(fēng)。在現(xiàn)代變電站的日常運(yùn)行中，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)繼電設(shè)備的控制，采用數(shù)字信號(hào)代替了原有的二次電路，實(shí)現(xiàn)了對(duì)繼電設(shè)備的控制。其中，網(wǎng)絡(luò)通信是一種用于對(duì)智能網(wǎng)絡(luò)的工作狀態(tài)進(jìn)行記錄和分析的一種信息監(jiān)視設(shè)備，這些設(shè)備都可以對(duì)報(bào)文進(jìn)行存儲(chǔ)和分析，并對(duì)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)進(jìn)行監(jiān)視，從而探測(cè)到網(wǎng)絡(luò)的工作狀態(tài)。目前二次回路監(jiān)控技術(shù)已被運(yùn)用于網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)中來(lái)探討二次回路的故障，然而因信息資料龐大且復(fù)雜，故必須進(jìn)行轉(zhuǎn)接。在此過(guò)程中，需要涉及報(bào)文的對(duì)象抽取以及輔助線路的操作，從而達(dá)到全面的分析目的。

4 在線監(jiān)測(cè)信息種類

二次裝置運(yùn)行狀況資料主要包含了機(jī)械裝置SV/GOOSE/MMS等故障信息，同時(shí)還包含了機(jī)器裝置自身檢測(cè)的數(shù)據(jù)。針對(duì)二次線路的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與故障診斷，根據(jù)智能變電所中各種新型智能化輔助裝置的工作特點(diǎn)，對(duì)其進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，主要包括電力裝置運(yùn)行狀態(tài)信息、報(bào)警信息、保護(hù)動(dòng)作信息等。

4.1 警告信息

通常，將其劃分為3 種類型：切換參數(shù)錯(cuò)誤報(bào)警、采樣值錯(cuò)誤報(bào)警、裝置故障報(bào)警。在切換參數(shù)異常警報(bào)信息中，主要包括GOOSE連接中斷、切換數(shù)值異常、GOOSE 狀態(tài)不符合；樣本資料異常信息主要包括SV異常信息、SV 保護(hù)狀態(tài)不一致、SV 鏈斷、CT/PT，包括切割等的異常信息主要包含非正常停止、非正常斷電等。上述問(wèn)題都是繼電器的次級(jí)集成電路的普通非正常報(bào)警信號(hào)。當(dāng)在線監(jiān)測(cè)和故障診斷系統(tǒng)發(fā)出普通非正常警報(bào)消息時(shí)，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)迅速判斷和排除故障。

4.2 設(shè)備操作信息

儀器的運(yùn)行數(shù)據(jù)是設(shè)備在線監(jiān)控與故障識(shí)別的主要數(shù)據(jù)來(lái)源，包括采樣數(shù)據(jù)、開關(guān)數(shù)據(jù)、儀器自檢數(shù)據(jù)、主要設(shè)備溫度數(shù)據(jù)、電源電壓、分支電壓等。在線監(jiān)控/故障識(shí)別系統(tǒng)能根據(jù)這些數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫(kù)中的設(shè)置參數(shù)進(jìn)行校驗(yàn)，從而快速地判斷出裝置是否處于異常狀態(tài)，從而有效記憶和存儲(chǔ)非正常工作數(shù)據(jù)，并加以合理的保護(hù)。

4.3 SV/GOOSE狀態(tài)信息和動(dòng)作保護(hù)

SV狀態(tài)和GOOSE狀態(tài)信息均采用已被標(biāo)識(shí)的數(shù)字報(bào)文和報(bào)文，而不是在實(shí)際運(yùn)行中所生成的文件。SV 條件的基本內(nèi)容包括：相位精度、雙AD 一致性、振幅精度和統(tǒng)計(jì)學(xué)效應(yīng)。當(dāng)二次保護(hù)IC發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)，SV狀態(tài)和GOOSE狀態(tài)的數(shù)據(jù)會(huì)顯示為亂碼、丟失或過(guò)度表達(dá)。在更大的時(shí)段內(nèi)，可以對(duì)兩個(gè)狀態(tài)的信號(hào)進(jìn)行觀測(cè)和分析，使其更高效地判定是否存在故障[2]。

4.4 裝置的運(yùn)行狀態(tài)信息

儀器運(yùn)行狀況數(shù)據(jù)主要有軟件和軟件自檢數(shù)據(jù)、取樣值和開關(guān)測(cè)量數(shù)據(jù)。軟件和軟件的自我檢測(cè)數(shù)據(jù)包含了溫度、通道光強(qiáng)、供電電壓等。根據(jù)這些信息長(zhǎng)期的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，為進(jìn)入狀態(tài)檢測(cè)提供了基本數(shù)據(jù)和檢測(cè)基礎(chǔ)。

5 繼電保護(hù)二次回路在線監(jiān)測(cè)與故障診斷原理

5.1 SV/GOOSE 鏈路診斷原理

如果在指定期間內(nèi)沒(méi)有向接收機(jī)發(fā)送正確的GOOSE和SV信息，則該網(wǎng)絡(luò)將產(chǎn)生報(bào)警。因而，SV鏈路的故障會(huì)對(duì)保護(hù)裝置獲取到的系統(tǒng)數(shù)據(jù)產(chǎn)生直接的影響。這時(shí)，通過(guò)各個(gè)站點(diǎn)的監(jiān)測(cè)層MoIS發(fā)送鏈路中斷報(bào)警信息，通過(guò)該網(wǎng)絡(luò)信息錄制和該數(shù)據(jù)解析設(shè)備一起讀出這一段信息。存在一個(gè)在網(wǎng)絡(luò)捕捉與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)跳躍回圈之間的公共網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)觀察來(lái)源，能夠觀測(cè)并對(duì)比發(fā)射方與各個(gè)接收方間的鏈路狀況，從而根據(jù)對(duì)每個(gè)設(shè)施所發(fā)出的鏈路告警消息精確地判斷鏈路異常，繼而做出系統(tǒng)分析。由于直接挖掘組與網(wǎng)絡(luò)挖掘的SV端口相互之間具有較大區(qū)別，因此它們相互之間根本無(wú)法對(duì)比并監(jiān)控鏈路。這也就是找不到問(wèn)題所在的原因。其他的輔助設(shè)備，例如網(wǎng)絡(luò)挖掘小組，可以通過(guò)繼電保護(hù)管理系統(tǒng)，搜集有關(guān)所有的故障數(shù)據(jù)。而設(shè)備報(bào)警則會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)完全不能在跳躍周期中接收到特殊信息的錯(cuò)誤[3]。

5.2 交流電路狀態(tài)診斷

對(duì)二次電路交換容量的實(shí)時(shí)檢測(cè)，可利用網(wǎng)絡(luò)報(bào)文的分析系統(tǒng)與繼電保護(hù)系統(tǒng)采集的交換數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。智能站一般使用了雙AD采集，此外，還設(shè)定了一種雙重防護(hù)，當(dāng)兩種保護(hù)方式之間的相對(duì)偏差均在一個(gè)臨界值之內(nèi)時(shí)，由繼電器在MMS 上產(chǎn)生的兩個(gè)AD信號(hào)的取樣值與第二個(gè)保護(hù)信號(hào)的值進(jìn)行對(duì)比；將其看作與兩個(gè)AD 信號(hào)的采樣符合，或兩個(gè)保護(hù)措施的AC 二次源的工作能力已達(dá)標(biāo)準(zhǔn)；反之，若該較低的相對(duì)偏差超過(guò)該臨界點(diǎn)，且該繼電器沒(méi)有發(fā)出與取樣結(jié)果不符的警報(bào)，則可以判斷為該繼電器中的某一直流線路存在故障，由此獲得與該繼電器設(shè)備相應(yīng)的故障二次供電線路。

通過(guò)對(duì)SV和MMS的SV數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比，發(fā)現(xiàn)兩者之間的最大誤差都在臨界值之內(nèi)，并且當(dāng)SV 和SV沒(méi)有發(fā)生SV 斷鏈報(bào)警時(shí)，SV 二次數(shù)據(jù)采集電路仍然能正常工作；在繼電保護(hù)系統(tǒng)取樣回路正常后，如果電網(wǎng)和保護(hù)設(shè)備的取樣值相差過(guò)一定的閾值，則可以認(rèn)為是網(wǎng)絡(luò)信息采集分析系統(tǒng)的AC取樣電路有問(wèn)題，從而得到與網(wǎng)絡(luò)報(bào)文記錄分析系統(tǒng)所對(duì)應(yīng)的異常二次電路[4]。

5.3 防護(hù)性操作診斷原理

（1）一種雙重結(jié)構(gòu)的保護(hù)器。對(duì)保護(hù)裝置AB組進(jìn)行了嚴(yán)密的動(dòng)態(tài)測(cè)試，以保證保護(hù)裝置的正常工作，并加強(qiáng)保護(hù)裝置的定時(shí)。通過(guò)使用GOOSE開關(guān)時(shí)間，可以準(zhǔn)確地估算出時(shí)差，通過(guò)比較保護(hù)工作流程中的動(dòng)力元件的特征，使控制系統(tǒng)了解到保護(hù)行為是否合理。（2）單一地重新分配保護(hù)設(shè)備，通過(guò)充分比較模擬的單分布保護(hù)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)信息記錄和分析設(shè)備，能夠?qū)涣骶€路進(jìn)行科學(xué)的監(jiān)控。通過(guò)與以上裝置的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，可以更全面地了解開關(guān)電路的工作狀態(tài)。同時(shí)，將變化量仿真與單一的運(yùn)行邏輯結(jié)合起來(lái)，可以更好地判定保護(hù)的適用性?？焖僮R(shí)別二級(jí)線路的故障是判斷二級(jí)線路的重要環(huán)節(jié)。目前，智能變電所的輔助線路主要是電纜隧道和光電轉(zhuǎn)換裝置，該系統(tǒng)可以快速識(shí)別出信道內(nèi)的異常，并對(duì)保護(hù)、交流、特定區(qū)域等進(jìn)行故障判斷。節(jié)省了搜尋的時(shí)間，減少了光纖輔助設(shè)備的故障，從而保證了電力供應(yīng)的穩(wěn)定。利用站點(diǎn)所能提供的網(wǎng)絡(luò)消息、設(shè)備狀況監(jiān)測(cè)、設(shè)備的交換、設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、SCD 設(shè)置、物理接口等，能夠精確地識(shí)別出信道的故障[5]。

6 智能變電站繼電保護(hù)二次電路在線監(jiān)控及故障診斷等技術(shù)的運(yùn)用與效果

6.1 如何應(yīng)用技術(shù)

6.1.1 信息的獲取和收集

在現(xiàn)代變電站中，對(duì)電力系統(tǒng)中的二次線路進(jìn)行了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與故障診斷。第一，通過(guò)監(jiān)控與控制設(shè)備來(lái)傳輸資料。當(dāng)次級(jí)回路運(yùn)行時(shí)，該控制系統(tǒng)的傳感器也可以：實(shí)時(shí)地獲得運(yùn)行信息。第二，通過(guò)GOOSE、SV 網(wǎng)絡(luò)的信息傳輸?shù)奖O(jiān)控設(shè)備。監(jiān)控設(shè)備收到信息后，會(huì)第一時(shí)間處理。然后將這些信息轉(zhuǎn)化為目標(biāo)信息，再通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控系統(tǒng)中。這樣，操作人員就可以看到二次循環(huán)的運(yùn)行情況。第三，在二次環(huán)路設(shè)備啟動(dòng)操作時(shí)，經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)分析器傳輸數(shù)據(jù)信息，并且將該信息傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)分析器。當(dāng)數(shù)據(jù)包被攔截后，網(wǎng)絡(luò)分析器將其存儲(chǔ)到處理層，同時(shí)對(duì)內(nèi)容包進(jìn)行在線監(jiān)控。在完成分析之后，這個(gè)消息會(huì)被傳送到一個(gè)MMS中，并且用于企業(yè)的應(yīng)用程序[6]。

6.1.2 物理鏈路監(jiān)控和故障診斷

以物理鏈路內(nèi)的全部光纜線路為例。假設(shè)系統(tǒng)正在工作，那么接收機(jī)就需要進(jìn)行對(duì)整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)光纜通信情況的監(jiān)控；如果光纜線路變得非正常，那么接收機(jī)就將無(wú)法收到次級(jí)線路的正常運(yùn)行數(shù)據(jù)。此時(shí)，就代表次級(jí)回路內(nèi)的全部光纜線路都已出現(xiàn)了問(wèn)題。而當(dāng)與特殊光纜線路對(duì)應(yīng)的全部輸入終端互相對(duì)應(yīng)時(shí)，則問(wèn)題就一般聚集在信號(hào)發(fā)送器、光纜和連接終端上。人員即可通過(guò)上述操作判斷次級(jí)線路問(wèn)題的成因。假若全部光纜線路都非正常且對(duì)應(yīng)的輸入插件彼此一致，如果是這樣的話，就能確定是不是插頭的問(wèn)題。這時(shí)，工作人員只需修復(fù)輔助電路的插頭就可以解決問(wèn)題。如果所有的光纖線路都是不正常的，那么相應(yīng)的傳送裝置也是一樣的。二次線故障的判定是發(fā)射端設(shè)備引起的。在這個(gè)時(shí)候，馬上對(duì)以上的設(shè)備進(jìn)行維修，以便解決問(wèn)題。

6.1.3 邏輯鏈路監(jiān)視和故障診斷

技術(shù)人員可以通過(guò)對(duì)這條信息進(jìn)行檢測(cè)，來(lái)判定副線路（保護(hù)繼電器）的邏輯回路是否存在問(wèn)題。其具體做法有以下幾種。首先，一個(gè)從SCD 文檔中輸入的聯(lián)機(jī)探測(cè)裝置。讀取GOOSE網(wǎng)絡(luò)配置，SMV和資料集合。其次，當(dāng)讀取到的資料后，立即建立FCDA，建立與GSE及SMV的聯(lián)系。最后，通過(guò)查找主要通信節(jié)點(diǎn)可以判斷發(fā)出者、接收者和終端信息能否準(zhǔn)確。當(dāng)通過(guò)以上途徑查找時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出設(shè)置信息與實(shí)際收到配置之間可能出現(xiàn)的偏差。同時(shí)系統(tǒng)立刻發(fā)出預(yù)警信息，并且通知有關(guān)方面的邏輯連接有問(wèn)題。此外，雇員還可以根據(jù)該系統(tǒng)所提供的告警資訊，判斷并解決該問(wèn)題，以確保副電路的邏輯聯(lián)結(jié)工作[7]。

6.2 技術(shù)的應(yīng)用效果

通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)，證明了這種方法在二次回路失效時(shí)的有效性；通過(guò)對(duì)故障的實(shí)時(shí)監(jiān)控和診斷，可以對(duì)故障進(jìn)行快速的判斷。上述測(cè)試數(shù)據(jù)的分析表明：采用網(wǎng)絡(luò)探測(cè)和故障診斷技術(shù)可以提高二次環(huán)網(wǎng)的監(jiān)控效率，提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和可靠性[8]。

7 結(jié)語(yǔ)

鑒于目前國(guó)內(nèi)缺少一般智能站的兩級(jí)線路的在線監(jiān)測(cè)和診斷功能，因此，綜合考慮了二次設(shè)備的實(shí)際配置，對(duì)其進(jìn)行了優(yōu)化和改進(jìn)，使得其具有較強(qiáng)的適應(yīng)性。一種可容錯(cuò)的智能變電所中繼電器已經(jīng)正式上市。該系統(tǒng)可以提供輔助及故障分析的輔助及故障判斷，并為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)定繼電保護(hù)級(jí)別，只用于偵測(cè)、比較及綜合分析相關(guān)通信信息。維護(hù)的效率和利益。這對(duì)提升電網(wǎng)運(yùn)行和管理水平、推動(dòng)電網(wǎng)企業(yè)的發(fā)展具有重要意義。