國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司溫州供電公司 蔡誠(chéng)裕 陳宗萍 柯益脈 陳 星

1 引言

智能變電站也稱為智能站，其顯著優(yōu)勢(shì)是具有站控層網(wǎng)絡(luò)、過程層網(wǎng)絡(luò)等一些層級(jí)網(wǎng)間的信息實(shí)時(shí)共享、占地面積較小且二次回路簡(jiǎn)單，是現(xiàn)階段智能變電站發(fā)展的必由之路。傳統(tǒng)的變電站二次回路的實(shí)現(xiàn)通常是利用電纜直接完成的，這期間會(huì)有不同程度的二次回路盲區(qū)，很難對(duì)其不足之處進(jìn)行評(píng)估和監(jiān)視，智能站中二次回路一般是利用網(wǎng)絡(luò)通信將傳統(tǒng)電纜二次回路直接代替，數(shù)字信號(hào)直接取代以往的信號(hào)模擬方式實(shí)現(xiàn)傳輸，這種方式能夠?qū)⒍卧O(shè)備傳輸量值的信息化目標(biāo)有效實(shí)現(xiàn)?；赟V 和GOOSE 等一些二次回路網(wǎng)絡(luò)中所具有的通信可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和信息的有效交互，還能大幅度提升變電站保護(hù)和運(yùn)維的信息化水平[1]。

2 智能變電站繼電保護(hù)二次回路及狀態(tài)評(píng)估分析

智能變電站繼電保護(hù)設(shè)備自身所具有的“自檢”能力，一定程度上為運(yùn)行狀態(tài)評(píng)估檢修技術(shù)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。與此同時(shí)，利用數(shù)字信號(hào)可以有效傳輸二次設(shè)備信息，需要具有完備的預(yù)警機(jī)制和自動(dòng)閉鎖機(jī)制，變電站中全部和保護(hù)有關(guān)的信息都是在實(shí)時(shí)評(píng)估和監(jiān)測(cè)下獲取的[2]。所以，智能變電站能夠動(dòng)態(tài)性、全面性評(píng)估運(yùn)行狀態(tài)。若想對(duì)設(shè)備的狀態(tài)信息實(shí)現(xiàn)保護(hù)，就對(duì)多種因素進(jìn)行綜合性分析，其中包含設(shè)備運(yùn)行環(huán)境、絕緣情況、硬件中配的信息狀態(tài)等。經(jīng)實(shí)踐研究顯示，若是設(shè)備的整體運(yùn)行情況比較惡劣，會(huì)促進(jìn)裝置元件快速老化，還會(huì)將故障出現(xiàn)的概率增加。溫、濕度太高同樣會(huì)弱化劣質(zhì)的電氣元件的整體性能，使得設(shè)備具有的功能失效。除了設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)外，若想對(duì)繼電保護(hù)運(yùn)行狀態(tài)和性能進(jìn)行評(píng)估，則需要綜合性分析廠家批次生產(chǎn)的產(chǎn)品無(wú)故障時(shí)間和工作效率等內(nèi)容，原因在于狀態(tài)評(píng)估的作用不只是對(duì)被監(jiān)測(cè)設(shè)備的檢測(cè)，還需要發(fā)現(xiàn)其不足或者故障風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)警。智能變電站繼電保護(hù)狀態(tài)評(píng)估的主要目標(biāo)是全方位監(jiān)測(cè)電器二次回路的整體運(yùn)行情況，不僅要對(duì)合并單元的裝置狀態(tài)信息和智能終端的信息進(jìn)行監(jiān)測(cè)，同時(shí)還要監(jiān)測(cè)IEC61850協(xié)議的光纖通信鏈路狀態(tài)和智能站配置文本電路的邏輯狀態(tài)[3]。

3 智能變電站繼電保護(hù)二次回路及狀態(tài)評(píng)估的作用

繼電保護(hù)二次回路屬于電網(wǎng)系統(tǒng)管理的主要內(nèi)容，關(guān)乎電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，傳統(tǒng)變電站的二次系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)故障，對(duì)于專業(yè)技術(shù)的要求強(qiáng)，所以，使得故障處理難度加大，除了系統(tǒng)自帶的裝置軟件和引發(fā)的故障之外，二次設(shè)備所出現(xiàn)的技術(shù)故障或者安全隱患無(wú)法接入設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)精準(zhǔn)獲取，但其中存在的安全隱患又不能放置不管，所以，傳統(tǒng)變電站無(wú)法實(shí)現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)則是線上評(píng)估和監(jiān)測(cè)繼電保護(hù)二次回路的運(yùn)行狀態(tài)。對(duì)此，智能變電站借助檢查GOOSE、SV 網(wǎng)絡(luò)具體的運(yùn)行狀況，可將供電系統(tǒng)內(nèi)危機(jī)保護(hù)二次回路無(wú)法完成的可視化造成的安全隱患直接控制與規(guī)避。二次回路出現(xiàn)故障較多的則是變壓器、斷路器以及隔離開關(guān)等，如由于環(huán)境潮濕，使得二次回路電纜出現(xiàn)發(fā)霉或者濕度較高的情況，使得設(shè)備中一些結(jié)構(gòu)或者二次回路會(huì)存在接觸不良或者短路的情況；電流互感器、電壓互感器二次回路短路或者開路[4]。二次回路在實(shí)際運(yùn)行過程中，極易因維護(hù)檢修工作者未第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)或維護(hù)，使得安全隱患一直存在，螺孔和螺絲接觸不良、將電纜自身所具有的絕緣作用弱化等也極易引發(fā)不同程度的故障；在維護(hù)期間若是因?yàn)樵O(shè)計(jì)或者紕漏設(shè)計(jì)不合理，如磨損、滲水等情況極易出現(xiàn)短路。設(shè)計(jì)工作者沒有依照最新標(biāo)準(zhǔn)或者規(guī)范設(shè)計(jì)，使得施工者的具體操作無(wú)法達(dá)到特定標(biāo)準(zhǔn)等，都很容易造成二次系統(tǒng)很難運(yùn)行的情況，如果情況嚴(yán)重，還會(huì)造成設(shè)計(jì)、施工錯(cuò)誤等不良后果，會(huì)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)影響。對(duì)于上述情況，能通過可視化運(yùn)行二次回路或者配置審核二次回路傳輸?shù)男畔?shù)據(jù)的方式將其解決。

4 智能變電站二次回路狀態(tài)評(píng)估的技術(shù)路線

4.1 基于物理鏈路故障的定位

智能站中的光纖鏈路所具有的通道監(jiān)視，通常是由接收端智能電子設(shè)備所完成。如果智能變電站中的二次回路出現(xiàn)故障，站中會(huì)出現(xiàn)許多告警報(bào)文。如果是告警報(bào)文則需要采用比較特殊的設(shè)備進(jìn)行接，在分析其故障來(lái)源時(shí)存在很大難度，原因在于通信傳輸期間牽扯到諸多環(huán)節(jié)，其中有板卡、裝置、交換機(jī)、光纖等。二次回路狀態(tài)監(jiān)測(cè)可以全面了解整個(gè)站中鏈路的具體情況還能實(shí)現(xiàn)連接，結(jié)合過程層通信的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，綜合性評(píng)估每一個(gè)環(huán)節(jié)的故障點(diǎn)及原因，由此，可以精準(zhǔn)定位故障點(diǎn)。借助統(tǒng)籌配置創(chuàng)建設(shè)備光纖鏈路物理端口的數(shù)據(jù)鏈路、設(shè)備鏈路以及全站過程層網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲g存在的異常。二次物理回路在線監(jiān)測(cè)和評(píng)估系統(tǒng)處于正常運(yùn)轉(zhuǎn)期間，根據(jù)告警事件解析，可以獲取對(duì)應(yīng)事件中的信息組的播源地址、應(yīng)用標(biāo)識(shí)、虛端子拉線、路由表等拓?fù)湫畔?，還會(huì)獲取異常的端口集合與路徑集合，而后根據(jù)特定的推理信息定位故障。

4.2 邏輯鏈路的狀態(tài)分析

一般的電氣二次回路構(gòu)成有連接設(shè)備的電纜與繼電器等，若是想借助線上方式完成對(duì)回路接線、繼電器觸點(diǎn)的精準(zhǔn)度在線監(jiān)測(cè)的等難度較大，經(jīng)濟(jì)實(shí)用性不高，智能站虛擬二次回路一般是利用裝置邏輯聯(lián)系圖形與虛端子表的模式存在?；芈飞婕暗男畔ㄓ妹嫦?qū)ο蟮淖冸娬臼录斎肱c輸出定義、網(wǎng)絡(luò)地址分配以及采樣值輸入與輸出定義等。根據(jù)IEC61850的要求，過程層的SV 與GOOSE 報(bào)文不但需要進(jìn)行通信數(shù)據(jù)傳輸，而且要將配置數(shù)據(jù)傳輸出去，以此來(lái)將二次回路狀態(tài)特征量在采集過程中存在的盲區(qū)直接清除，讓邏輯鏈路通信在線監(jiān)測(cè)目標(biāo)有效實(shí)現(xiàn)。二次回路邏輯電路監(jiān)測(cè)有效完善了智能變電站二次回路建構(gòu)流程，還對(duì)智能站二次回路配置信息的邏輯的準(zhǔn)確度進(jìn)行驗(yàn)證。

5 智能變電站繼電保護(hù)二次回路及狀態(tài)評(píng)估方法

5.1 基于綜合應(yīng)用服務(wù)器的線上評(píng)估系統(tǒng)

智能變電站的在線監(jiān)測(cè)評(píng)估系統(tǒng)是指借助傳感器技術(shù)完成運(yùn)行，其核心組件由光纖模塊構(gòu)成。二次設(shè)備選擇的是具有光強(qiáng)傳感器、溫度等多樣化功能的光纖模塊，可以有效采集光口溫度與激光功率。間隔層或站控層全部的流程層通信報(bào)文能借助整個(gè)流程層實(shí)現(xiàn)交換機(jī)的順利獲取，其中包含過程層交換機(jī)和能中心交換機(jī)，測(cè)控裝置、保護(hù)裝置的二次回路動(dòng)作或者警報(bào)信息獲取方式可利用站控層的交換機(jī)來(lái)完成。立足智能變電站繼電保護(hù)的視角而言，對(duì)于站控層、流程層網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性較高。立足站控層視角而言，站控層旨在充分體現(xiàn)所有定制文件的有效傳輸，而后結(jié)合對(duì)應(yīng)文件進(jìn)行錄播和修改。

在智能電網(wǎng)的整體框架中，出現(xiàn)最多的網(wǎng)絡(luò)分析儀或者故障進(jìn)入模塊相當(dāng)于狀態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)的主要內(nèi)容。關(guān)鍵的二次回路在線評(píng)估系統(tǒng)包含主站與子站系統(tǒng)，在生產(chǎn)調(diào)度方面，主站系統(tǒng)發(fā)揮的作用較大，二次回路評(píng)估功能模塊與子站系統(tǒng)系統(tǒng)功能監(jiān)測(cè)模塊與二次回路評(píng)估功能模塊，通常會(huì)在變電站故障錄波器中置的報(bào)信業(yè)務(wù)模塊或者管理單元中有效部署。網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)分析記錄模塊可以精準(zhǔn)地評(píng)估通信鏈路，還要對(duì)其中是否存在斷鏈的情況進(jìn)行檢測(cè)。故障錄波管理單元或保信綜合服務(wù)器或者故障錄波管理單元一般會(huì)在線監(jiān)測(cè)與評(píng)估系統(tǒng)的整體運(yùn)行狀態(tài)。

如果二次回路存在故障，便可以在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)并預(yù)警，提供相應(yīng)的診斷結(jié)果，還會(huì)把診斷結(jié)果直接傳送至生產(chǎn)調(diào)度終端的變電站系統(tǒng)中。變電站中的監(jiān)測(cè)評(píng)估系統(tǒng)一般是為了上報(bào)與統(tǒng)計(jì)信息，操作輔助系統(tǒng)和定值管理系統(tǒng)等一些輔助類的作業(yè)系統(tǒng)，可根據(jù)相應(yīng)的故障問題情況或者標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)建專家系統(tǒng)，而后推斷出常見故障問題，并給出解決方法。故障檢測(cè)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)相屬于狀態(tài)維護(hù)管理的核心環(huán)節(jié)，在對(duì)機(jī)械設(shè)備狀態(tài)信息推理和信息區(qū)分進(jìn)行檢測(cè)的過程中，能夠?qū)⒃O(shè)備故障部位、特征以及原因等有效的評(píng)估出來(lái)，還可分析出診斷結(jié)果，有利于為系統(tǒng)維護(hù)和管理提供借鑒。

5.2 基于多參量的在線故障診斷與評(píng)估監(jiān)測(cè)方式

這種方式一般是利用智能站內(nèi)報(bào)文格式對(duì)設(shè)備的部分特征功能進(jìn)行綜合性分析，根據(jù)報(bào)文格式或者設(shè)備記錄下來(lái)的一些情況，合理判斷其對(duì)應(yīng)關(guān)系，提取重要的二級(jí)回路信息，而后在管理主機(jī)的終端實(shí)時(shí)傳輸一些格式數(shù)據(jù)信息，對(duì)其綜合性能進(jìn)行分析。另外，給出計(jì)算機(jī)保護(hù)設(shè)備、SV 和GOOSE 網(wǎng)絡(luò)的鏈路狀態(tài)在線評(píng)估監(jiān)測(cè)的診治方案。在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，通常是利用網(wǎng)絡(luò)分析儀分析與記錄的方式對(duì)報(bào)文進(jìn)行識(shí)別。而后，全方位分析站控層、過程層的報(bào)文信息量，能夠了解到，冗余且復(fù)雜的非關(guān)鍵信息特別多，大幅度增加系統(tǒng)生產(chǎn)調(diào)度數(shù)據(jù)則會(huì)使得網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行緩慢。

通過網(wǎng)絡(luò)分析儀獲取到各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息，而后將其統(tǒng)計(jì)和分類，依照系統(tǒng)運(yùn)行過程中報(bào)文信息的顯示狀態(tài)及內(nèi)容，把在線監(jiān)測(cè)評(píng)估信息劃分成運(yùn)行狀態(tài)文件、暫態(tài)過程、隱態(tài)過程，而后將與其匹配的鏈接信息篩選出來(lái)，進(jìn)行文檔轉(zhuǎn)換。穩(wěn)態(tài)報(bào)文主要是記錄長(zhǎng)期檢測(cè)的信息文件，對(duì)通信鏈路狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)的文件是狀態(tài)文件。系統(tǒng)軟件不但會(huì)將站內(nèi)的信息有效存儲(chǔ)，還能夠完成綜合性的分析與診斷。與此同時(shí)，整合設(shè)備產(chǎn)生異常過程中的一些特點(diǎn)都可以作為診斷評(píng)估及管理決策的依據(jù)，此方式能夠?qū)⒅悄苓\(yùn)維設(shè)備的運(yùn)行效果有效提升。除此以外，監(jiān)測(cè)智能變電站繼電保護(hù)二次回路運(yùn)行狀態(tài)的方式還有雙重化配置保護(hù)裝置、單重化配置保護(hù)裝置等。

5.3 根據(jù)SCD 和CID 文件的在線故障診斷方式和監(jiān)測(cè)評(píng)估方式

此方式根據(jù)特定的工具，將智能變電站的SCD文件和CID 文件，以有效的方式在分析服務(wù)平臺(tái)中導(dǎo)入，之后快速獲取站內(nèi)二次回路、設(shè)備有關(guān)系的一些數(shù)據(jù)信息，還可以對(duì)傳輸和通信設(shè)備的關(guān)聯(lián)性進(jìn)行了解，建立狀態(tài)檢測(cè)評(píng)估實(shí)體模型，評(píng)估設(shè)備根據(jù)GOOSE、SV 組網(wǎng)方案，系統(tǒng)軟件可利用相關(guān)的故障記錄抓包軟件，對(duì)二次回路、設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行全方位檢查，可知，其結(jié)果類似于網(wǎng)絡(luò)分析儀，全程層機(jī)設(shè)備可以為管理設(shè)備傳輸通訊信息，管理設(shè)備則會(huì)將信息傳輸?shù)竭h(yuǎn)端主站設(shè)備與后臺(tái)管理的監(jiān)控機(jī)內(nèi)，系統(tǒng)抓包軟件也可以結(jié)合站控層的網(wǎng)絡(luò)，直接將站內(nèi)通信鏈路獲取，兩個(gè)系統(tǒng)軟件可以同時(shí)獲取到二次設(shè)備、回路的具體狀態(tài)信息，以此來(lái)驗(yàn)證SCD 數(shù)據(jù)配置的一致性，而后將評(píng)估結(jié)論輸出。二次回路的在線評(píng)估診斷層次有邏輯數(shù)據(jù)信息鏈路狀態(tài)和物理鏈路通信狀態(tài)。在邏輯鏈路通信狀態(tài)穩(wěn)定的條件下，發(fā)送方與訂閱方都屬于整個(gè)流程層區(qū)間層的智能設(shè)備與組件，也是流程層的交換機(jī)。結(jié)合報(bào)文MAC 地址的引導(dǎo)與實(shí)時(shí)傳輸。在此期間若是存在異常，發(fā)布方很難對(duì)通信電路的良好狀態(tài)進(jìn)行判斷，原因在于發(fā)布方僅僅負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)信息的推送。

考慮到接收方若是在特定的時(shí)間段并未收到相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息，接收方能夠直接作出決定。除此以外，監(jiān)控控制模塊能夠借助接收機(jī)在線評(píng)估和監(jiān)控實(shí)際通信鏈路，邏輯電路在線評(píng)估的最終目的是促使SCD 的數(shù)據(jù)配置可以與通信電路配置更好地適配?；贗EC61850的協(xié)議內(nèi)，GOOSE、SV 的數(shù)據(jù)信息設(shè)備開展在線評(píng)估和驗(yàn)證，如果訂閱與發(fā)送設(shè)備出現(xiàn)不匹配的情況，則會(huì)出現(xiàn)報(bào)警信息。所以，結(jié)合SCD 文檔中配置的相關(guān)信息數(shù)據(jù)開展分析，進(jìn)而能夠管控與審核報(bào)文格式在整個(gè)站中集成配置、SCD 推送配置的統(tǒng)一性。若是存在異常，在線評(píng)估監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件則會(huì)立即將報(bào)告結(jié)果發(fā)送出去，還能對(duì)評(píng)估故障精準(zhǔn)定位。

6 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)階段，比較常用的診斷與評(píng)估技術(shù)需要基于變電站的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)才能完成?；贗EC61850標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)傳輸，能應(yīng)用與共享通信數(shù)據(jù)和信息，立足技術(shù)視角，將二次設(shè)備的管控效果顯著提升，借助網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)設(shè)備和系統(tǒng)功能開發(fā)，可推動(dòng)繼電保護(hù)的快速進(jìn)步和發(fā)展?；诰W(wǎng)絡(luò)技術(shù)與智能電網(wǎng)的迅速進(jìn)步與發(fā)展，二次回路可視化和智能運(yùn)維、輔助作業(yè)等功能的健全與完善，可對(duì)智能變電站繼電保護(hù)二次回路實(shí)際的運(yùn)行狀態(tài)開展綜合性評(píng)估，應(yīng)用前景極為開闊。