张春刚 李 辉

（云南电网有限责任公司昆明供电局）

智能变电站（以下简称“智能站”）具有过程层网络、站控层网络等不同层级网络之间信息共享便捷、二次回路简单、占地面积小等优点，已成为当前变电站的发展趋势。传统变电站的二次回路主要依靠电缆实现，存在二次回路盲区较大，无法在线监视等缺陷，智能站的二次回路主要依靠网络通信替代传统的电缆二次回路，使用数字信号代替传统的模拟信号进行传输，完成二次设备传输量值的数字化。通过SV、GOOSE等二次回路网络的通信信息实现数据和信息的交互，大大提升了变电站运行和保护的智能化水平。本文将主要讨论如何完成智能电网二次回路的在线监测和故障检测。

继电保护二次回路直接影响着电力系统能否正常运行，属于电网系统管理类的关键环节，传统的变电站二次系统故障发生频率高，处理要求专业性较强，因此导致的故障处理难度升高，微机保护除了系统或装置软件本身引起的常见故障外，二次回路存在的安全隐患或技术故障难以通过设备的运行状态检查发现，故而出现的安全隐患不能立即处理，因此继电保护二次回路运行状态在线监测一直是传统变电站难以实现的顽疾。据此，智能变电站通过检查SV网络、GOOSE网络的运行状态可以很好地预防和避免当前供电系统中微机保护二次回路不能可视化而导致的安全隐患。

常见的隐患比如：①电压互感器、电流互感器二次回路短路或开路。在二次回路运行过程中，很可能由于维护检修人员没有及时发现或维护造成长期隐患的存在，螺丝与螺孔接触不良、电缆绝缘能力降低等也容易造成故障问题；
维护过程有纰漏或设计不合理，如渗水、磨损等情况很可能短路。②变压器、断路器、隔离开关等一次设备的二次回路故障，如二次回路电缆发霉潮湿、有小动物窜入等，同样可能导致一次设备内部结构或二次回路出现短路故障或接触不良。③设计人员未正确设计或未按照最新要求设计，施工人员施工质量不可靠等可能导致二次系统不规范或不满足最新运行要求，甚至出现设计错误、施工错误等严重后果，从而危及系统的可靠运行。针对以上情况，通过二次回路传输的数据信息配置审核、二次回路的可视化运行等方式可很好地解决或预防上述问题。

2.1 基于综合应用服务器的在线监测系统

智能变电站在线监测系统采用光纤模块组件的传感器技术，二次设备选用具有温度和光强传感器等功能的光纤模块，完成激光功率和光口温度的采集。站控层或间隔层的全流程层通信报文可从全流程层的交换机获取，分别为过程层交换机或中心交换机，测控装置、保护装置的二次回路报警信息或动作信息等可从站控层的交换机获取，在当前的智能电网框架中，常见的故障记录模块或网络分析仪用作状态检测系统的一部分，智能变电站中常见的为集成在故障录波装置中。主要的二次回路在线监测系统架构如图1所示。监测系统可分为主站系统和子站系统：主站系统在生产调度侧实现；
子站系统的系统功能监测以及二次回路监测功能模块，部署在变电站的故障录波器装置本地的管理单元或保信业务模块中。网络分析记录模块负责在线检查通信链路的准确性，是否出现链路断链的情况；
故障录波管理单元或保信综合服务器负责在线监测系统的运行状态，在二次回路出现故障时快速诊断报警，并主动上送给生产调度终端变电站系统。变电站站内的监测系统主要负责变电站内的各种信息的统计和上报，操作辅助系统或定值管理等辅助作业系统可根据不同的操作要求或故障问题情况创建专家系统，然后推断出最可能出现的问题点，给出处理意见。故障检测数据管理系统是状态维护的重要环节，基于对机械设备状态信息的检测，利用专家知识库系统或制定的标准指导技术根据二次设备运行状态进行信息的分类、判断。模拟逻辑思维管理决策全过程进行信息自查，进行逻辑推理和信息区分，判断设备是否存在故障，明确故障原因、部位及特点等，并给出分析诊断结果，为维护提供参考。

2.2 基于多参量的在线监测及故障诊断方法

该方法主要依靠智能站中报文格式记录分析设备的功能特点，根据该设备与报文格式记录的智能输入判断的对应关系，获取二级回路相关的基础消息。将格式数据信息发送到管理主机终端进行综合分析，同时提出SV、GOOSE网络的链路状态和计算机保护设备的在线监测诊断对策。在本系统中，报文的识别由网络分析仪记录和分析，同时充分考虑到过程层和站控层的报文信息量极大，存在大量冗余和非关键信息，导致生产调度数据网络的工作压力过大。网络分析仪设备采集信息后，对统计数据进行分类和选择，根据系统运行报文信息内容，将在线监测信息分为稳态过程、暂态过程及其运行状态文件。筛选出与APPID相匹配的链接信息，并转化为文档。稳态报文是记录长期检测信息（如温度、光强、电流电压、位置信息等）的文件，状态文件是检测通信链路当前连接状态的文件。系统软件不仅存储站内信息，还进行实时诊断和分析。同时，数据分析状态信息的长期变化趋势，整合设备发生异常时的状态特征，评估身体状况，做出诊断管理决策，这种方法提高了智能运维设备的运用效果。

2.3 基于SCD及CID文件的在线监测及故障诊断方法

该方法根据配备的专用工具，将智能变电站的SCD文件和CID文件导入分析服务平台，获取站内二次设备和二次回路的相关信息，获取通信设备和传输设备之间的数据关联，创建状态检测实体模型，监测设备按照SV、GOOSE组网方案，系统软件进行故障记录抓包软件检查二次设备或回路的运行状态，功能近似网络分析仪，全程层机设备将通讯状态信息发送给管理设备，管理设备将信息发送给后台管理监控机或远端主站设备，系统软件抓包根据站控制层网络，获取站内通信链路，两个系统软件将获取的二次设备和二次回路的状态信息与SCD文件核对，证明SCD数据配置的一致性以及整个过程层或站控层的通信链路，并输出诊断结论，系统软件架构如图2所示。二次回路的在线监测诊断包括两个层次：一是物理链路的通信状态，二是逻辑数据信息链路的状态。在逻辑链路通信状态下，订阅方和发送方可以是全流程层的智能组件和区间层的智能设备，也可以是全流程层的交换机，通信报文MAC地址引导传输。如果通信链路出现异常，发布方无法判断通信链路是否良好，因为发布方只是推送数据信息。由于接收方在规定的时间内没有读取到数据信息，因此接收方可以做出决定。此外，链路监控控制模块应通过接收机的判别来完成对通信链路的在线监控，逻辑链路通信在线监控的目标是保证SCD的数据配置与整个过程的通信链路配置一致。在IEC61850协议中，SV和GOOSE数据信息在全过程层的交互信息包括通信信息和设备信息，这为逻辑链路通信的在线监控提供了技术基础。现阶段，大部分设备制造商已经对SV和GOOSE的数据信息设备进行了在线验证，当订阅和发送设备不匹配时，就会产生报警信息。因此，根据SCD文档中匹配配置信息的数据分析，报文格式的SCD配置信息以及设备在全站的SCD集成配置、推送配置的一致性可以得到审核、管控。如果出现异常，在线监控系统软件会发出报警信息，并给出故障定位信息。

图2 在线式故障监测及诊断系统架构

根据文中论述的三种智能变电站微机保护二次回路在线监测与故障检测技术的数据分析，不难看出，目前常用的检测与诊断技术依赖于变电站当前的网络结构。根据IEC61850标准的网络传输，使得通信数据和信息更广泛地共享和使用，其推广和改进都能够从技术角度上大幅提升二次设备的管控效能，灵活利用网络结构、计算机设备和功能开发，可以大力推动继电保护的发展。文中第一种方法为当前智能变电站常用方法，灵活利用智能站全面的状态信息完成二次回路的在线监测诊断，该方法具有较高的工程使用价值。第二种方法和第三种方法逻辑更注重于故障的排查和诊断方面，对于继电保护的二次回路在线监测的效果还有较大的提升空间。当然，在充分发挥智能运维功能之前，必须以相应的二次设备为基础。随着智能电网的快速发展以及网络技术的进步，智能运维、二次回路可视化、辅助作业等功能的完善也将具有更加优异的应用前景。

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