智能變電站繼電保護二次回路在線監測與故障診斷技術分析

朱旭

(國網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據信息，通過節約投入節省了用地建筑面積，已形成未來發展的必然趨勢。傳統變電所設備大都是以光纖為主，而目前數據通信網絡已經代替了以往的二次電路，通過數字信號代替了傳統的物理電力信息，從而可以實現對二次設備的網絡化，并且能夠通過網絡的通信數據進行傳輸，對二次電路的物理通斷和邏輯的準確性進行了校驗，可以有效提升變電所運營管理部門的智能管理水平。

1 電力系統繼電保護二次回路優點

1.1 可靠性好

繼電保護二級電路是確保電氣系統安全工作的核心。在現今的情況下，雖然電力系統運行方式已經進行了優化，但在一些方面還在采取原有的保護方式，從而導致了動力系統在運行過程中出現更多的不安定情況，降低了供電系統的效率?，F如今繼電保護二次電路技術已經和現代社會的發展相適應，并在不斷更新和優化，使其可以有效地對系統運行中出現的問題做出更有效的判斷與解決，從而降低了危險情況的出現，提高了現代電力系統正常運行的穩定性[1]。

圖1 二次回路原理圖

1.2 性能強

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

1.3 自動化控制系統

繼電保護二次電路通過智能化控制器的使用，能夠及時發現動力系統過程中出現的問題，并且能夠迅速做出故障分析，提出合理的解決問題對策，進而有效降低故障對系統工作環境的危害，大大提高了電力系統管理工作的安全和穩定性。

2 電力系統繼電保護二次回路檢測常用方法

萬用表是在二次回路測試流程中最常見的測試工具包，通過萬用表的測量方法就能夠直接對電流回路連接狀況進行檢測，例如在對保護屏電流連片二端施加1 A 電壓之后，如果電壓指示數值超過了1 A，就說明電壓系統的傳輸電路已經接通正常，而反之則電路系統出現了開路故障。不過從二次回路測試的實際狀況來看，這一測量方式并沒有對電流互感器的極性做出合理判定。在保護屏的電流公共端：在保持正常連接狀況的情形下，流經電流表的電流就能夠直接通過在大地或者保護屏內部建立的電路。此時測量人員在檢測工作進行過程中，可能在打開輸出電壓連片之后，對二端施加1 A 電壓，一旦電流計指示的值為1 A 以上，就說明電路系統設計上處在正常的工作狀態，但系統可能出現了開路故障。

通過對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試技術的基礎上，這些方法存在著過分依靠實驗的缺陷，在現場測試項目實施過程中，上述方法可能出現相應的疏漏。

3 繼電保護與二次回路現狀分析

中國的電力行業在發展的早期階段，盡管遠遠落后于國內和地區，但是隨著近年來的快速發展，新型的供電設備如繼電器、二次傳輸線路等，已逐漸成為中國電網的一塊重要基礎，整體的技術水準也越來越高。中國目前擁有完整的繼電器防護科技體系，無論是在繼電保護的設計與開發、安裝、調試、維護等方面，均處于世界領先地位，這些技術已經在中國電力的應用領域取得了重大進展。利用電腦對繼電器進行安全防護，可使裝置得到完整的防護。目前，基于神經網絡的繼電保護、自適應繼電保護、瞬時保護等，已有許多新的智能化保護技術不斷發展。在未來，電力系統的綜合、智能是繼電器的重要組成部分。同時，現代電腦已經被高效地應用到了電力系統中，從而大大提高了系統的自動化監控能力。在電力系統建設和發展中，必須從基礎技術問題入手，構建電力系統的關鍵技術基礎，從而掌握電力系統發展的重大技術措施，這樣才能在競爭中占據上風。在現代變電站的日常運行中，為了實現對繼電設備的控制，采用數字信號代替了原有的二次電路，實現了對繼電設備的控制。其中，網絡通信是一種用于對智能網絡的工作狀態進行記錄和分析的一種信息監視設備，這些設備都可以對報文進行存儲和分析，并對網絡業務進行監視，從而探測到網絡的工作狀態。目前二次回路監控技術已被運用于網絡信息技術中來探討二次回路的故障，然而因信息資料龐大且復雜，故必須進行轉接。在此過程中，需要涉及報文的對象抽取以及輔助線路的操作，從而達到全面的分析目的。

4 在線監測信息種類

二次裝置運行狀況資料主要包含了機械裝置SV/GOOSE/MMS等故障信息，同時還包含了機器裝置自身檢測的數據。針對二次線路的實時監測與故障診斷，根據智能變電所中各種新型智能化輔助裝置的工作特點，對其進行在線監測，主要包括電力裝置運行狀態信息、報警信息、保護動作信息等。

4.1 警告信息

通常，將其劃分為3 種類型：切換參數錯誤報警、采樣值錯誤報警、裝置故障報警。在切換參數異常警報信息中，主要包括GOOSE連接中斷、切換數值異常、GOOSE 狀態不符合；樣本資料異常信息主要包括SV異常信息、SV 保護狀態不一致、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。上述問題都是繼電器的次級集成電路的普通非正常報警信號。當在線監測和故障診斷系統發出普通非正常警報消息時，技術人員應當迅速判斷和排除故障。

4.2 設備操作信息

儀器的運行數據是設備在線監控與故障識別的主要數據來源，包括采樣數據、開關數據、儀器自檢數據、主要設備溫度數據、電源電壓、分支電壓等。在線監控/故障識別系統能根據這些數據與數據庫中的設置參數進行校驗，從而快速地判斷出裝置是否處于異常狀態，從而有效記憶和存儲非正常工作數據，并加以合理的保護。

4.3 SV/GOOSE狀態信息和動作保護

SV狀態和GOOSE狀態信息均采用已被標識的數字報文和報文，而不是在實際運行中所生成的文件。SV 條件的基本內容包括：相位精度、雙AD 一致性、振幅精度和統計學效應。當二次保護IC發生錯誤時，SV狀態和GOOSE狀態的數據會顯示為亂碼、丟失或過度表達。在更大的時段內，可以對兩個狀態的信號進行觀測和分析，使其更高效地判定是否存在故障[2]。

4.4 裝置的運行狀態信息

儀器運行狀況數據主要有軟件和軟件自檢數據、取樣值和開關測量數據。軟件和軟件的自我檢測數據包含了溫度、通道光強、供電電壓等。根據這些信息長期的監測數據，為進入狀態檢測提供了基本數據和檢測基礎。

5 繼電保護二次回路在線監測與故障診斷原理

5.1 SV/GOOSE 鏈路診斷原理

如果在指定期間內沒有向接收機發送正確的GOOSE和SV信息，則該網絡將產生報警。因而，SV鏈路的故障會對保護裝置獲取到的系統數據產生直接的影響。這時，通過各個站點的監測層MoIS發送鏈路中斷報警信息，通過該網絡信息錄制和該數據解析設備一起讀出這一段信息。存在一個在網絡捕捉與網絡系統跳躍回圈之間的公共網絡系統觀察來源，能夠觀測并對比發射方與各個接收方間的鏈路狀況，從而根據對每個設施所發出的鏈路告警消息精確地判斷鏈路異常，繼而做出系統分析。由于直接挖掘組與網絡挖掘的SV端口相互之間具有較大區別，因此它們相互之間根本無法對比并監控鏈路。這也就是找不到問題所在的原因。其他的輔助設備，例如網絡挖掘小組，可以通過繼電保護管理系統，搜集有關所有的故障數據。而設備報警則會發現一個完全不能在跳躍周期中接收到特殊信息的錯誤[3]。

5.2 交流電路狀態診斷

對二次電路交換容量的實時檢測，可利用網絡報文的分析系統與繼電保護系統采集的交換數據進行分析。智能站一般使用了雙AD采集，此外，還設定了一種雙重防護，當兩種保護方式之間的相對偏差均在一個臨界值之內時，由繼電器在MMS 上產生的兩個AD信號的取樣值與第二個保護信號的值進行對比；將其看作與兩個AD 信號的采樣符合，或兩個保護措施的AC 二次源的工作能力已達標準；反之，若該較低的相對偏差超過該臨界點，且該繼電器沒有發出與取樣結果不符的警報，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備相應的故障二次供電線路。

通過對SV和MMS的SV數據進行了對比，發現兩者之間的最大誤差都在臨界值之內，并且當SV 和SV沒有發生SV 斷鏈報警時，SV 二次數據采集電路仍然能正常工作；在繼電保護系統取樣回路正常后，如果電網和保護設備的取樣值相差過一定的閾值，則可以認為是網絡信息采集分析系統的AC取樣電路有問題，從而得到與網絡報文記錄分析系統所對應的異常二次電路[4]。

5.3 防護性操作診斷原理

（1）一種雙重結構的保護器。對保護裝置AB組進行了嚴密的動態測試，以保證保護裝置的正常工作，并加強保護裝置的定時。通過使用GOOSE開關時間，可以準確地估算出時差，通過比較保護工作流程中的動力元件的特征，使控制系統了解到保護行為是否合理。（2）單一地重新分配保護設備，通過充分比較模擬的單分布保護設備和網絡信息記錄和分析設備，能夠對交流線路進行科學的監控。通過與以上裝置的數據進行比較，可以更全面地了解開關電路的工作狀態。同時，將變化量仿真與單一的運行邏輯結合起來，可以更好地判定保護的適用性?？焖僮R別二級線路的故障是判斷二級線路的重要環節。目前，智能變電所的輔助線路主要是電纜隧道和光電轉換裝置，該系統可以快速識別出信道內的異常，并對保護、交流、特定區域等進行故障判斷。節省了搜尋的時間，減少了光纖輔助設備的故障，從而保證了電力供應的穩定。利用站點所能提供的網絡消息、設備狀況監測、設備的交換、設備的網絡結構、SCD 設置、物理接口等，能夠精確地識別出信道的故障[5]。

6 智能變電站繼電保護二次電路在線監控及故障診斷等技術的運用與效果

6.1 如何應用技術

6.1.1 信息的獲取和收集

在現代變電站中，對電力系統中的二次線路進行了實時監測與故障診斷。第一，通過監控與控制設備來傳輸資料。當次級回路運行時，該控制系統的傳感器也可以：實時地獲得運行信息。第二，通過GOOSE、SV 網絡的信息傳輸到監控設備。監控設備收到信息后，會第一時間處理。然后將這些信息轉化為目標信息，再通過數據傳輸到監控系統中。這樣，操作人員就可以看到二次循環的運行情況。第三，在二次環路設備啟動操作時，經由網絡分析器傳輸數據信息，并且將該信息傳輸到網絡分析器。當數據包被攔截后，網絡分析器將其存儲到處理層，同時對內容包進行在線監控。在完成分析之后，這個消息會被傳送到一個MMS中，并且用于企業的應用程序[6]。

6.1.2 物理鏈路監控和故障診斷

以物理鏈路內的全部光纜線路為例。假設系統正在工作，那么接收機就需要進行對整個系統內光纜通信情況的監控；如果光纜線路變得非正常，那么接收機就將無法收到次級線路的正常運行數據。此時，就代表次級回路內的全部光纜線路都已出現了問題。而當與特殊光纜線路對應的全部輸入終端互相對應時，則問題就一般聚集在信號發送器、光纜和連接終端上。人員即可通過上述操作判斷次級線路問題的成因。假若全部光纜線路都非正常且對應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題。這時，工作人員只需修復輔助電路的插頭就可以解決問題。如果所有的光纖線路都是不正常的，那么相應的傳送裝置也是一樣的。二次線故障的判定是發射端設備引起的。在這個時候，馬上對以上的設備進行維修，以便解決問題。

6.1.3 邏輯鏈路監視和故障診斷

技術人員可以通過對這條信息進行檢測，來判定副線路（保護繼電器）的邏輯回路是否存在問題。其具體做法有以下幾種。首先，一個從SCD 文檔中輸入的聯機探測裝置。讀取GOOSE網絡配置，SMV和資料集合。其次，當讀取到的資料后，立即建立FCDA，建立與GSE及SMV的聯系。最后，通過查找主要通信節點可以判斷發出者、接收者和終端信息能否準確。當通過以上途徑查找時，系統發出設置信息與實際收到配置之間可能出現的偏差。同時系統立刻發出預警信息，并且通知有關方面的邏輯連接有問題。此外，雇員還可以根據該系統所提供的告警資訊，判斷并解決該問題，以確保副電路的邏輯聯結工作[7]。

6.2 技術的應用效果

通過模擬實驗，證明了這種方法在二次回路失效時的有效性；通過對故障的實時監控和診斷，可以對故障進行快速的判斷。上述測試數據的分析表明：采用網絡探測和故障診斷技術可以提高二次環網的監控效率，提高系統運行的可靠性和可靠性[8]。

7 結語

鑒于目前國內缺少一般智能站的兩級線路的在線監測和診斷功能，因此，綜合考慮了二次設備的實際配置，對其進行了優化和改進，使得其具有較強的適應性。一種可容錯的智能變電所中繼電器已經正式上市。該系統可以提供輔助及故障分析的輔助及故障判斷，并為整個網絡系統設定繼電保護級別，只用于偵測、比較及綜合分析相關通信信息。維護的效率和利益。這對提升電網運行和管理水平、推動電網企業的發展具有重要意義。