常立伟，邓 明

（1.南瑞集团公司（国网电力科学研究院），江苏 南京 211006；
2.国电南瑞科技股份有限公司，江苏 南京 211006；
3.智能电网保护和运行控制国家重点试验室，江苏 南京 211006）

由于智能变电站具有全站信息数字化、通信平台网络化以及信息共享标准化的特性，使得继电保护装置故障排查更加智能、实时以及可靠[1]。数字式继电保护的故障包括装置硬件故障、二次回路故障、通信故障、配置错误以及人为不当操作引起的故障等[2]。

1.1 硬件故障

智能的继电保护装置多采用单元化设计和模块化结构。装置由机箱、总线板、液晶以及各种功能插件组成。功能插件包括中央处理单元（Central Process Unit，CPU）插件、交流采样插件、开入开出插件、光口插件以及电源插件等。装置硬件故障通常只涉及单独的某个插件。根据继电保护相应标准要求，继电保护装置应具有自动监测、闭锁以及告警等功能[3]。当装置监测到自身硬件故障时，应传输相应信号并亮异常信号灯。出现如“CPU插件异常”等严重故障时，应闭锁装置。

1.2 二次回路故障

智能变电站二次设备使用光信号替代电信号传输。智能变电站继电保护装置信号传输如图1所示，其二次回路故障多发生在光纤链路上。光纤相比传统电缆简化了二次回路，缩短了变电站的建设周期。但是，光纤在经过高低温或者过度弯折后，易出现老化和光衰过大的问题。针对光纤链路故障，各装置会实时监测光纤收发光功率和数据的质量。当出现光衰过大或发送端数据异常时，继电保护装置会及时告警。

图1 智能变电站继电保护装置信号传输

1.3 通信故障

智能变电站采用“3层2网”的设计，如图2所示。处于间隔层的继电保护装置和站控层设备通信，一般使用AB双网通信。AB双网中只需其中一个通信网工作正常，装置信号便能正常传输，通信可靠性高。当继电保护装置通信物理链路中断或由于硬件和软件问题不能正常与站控层设备通信时，监控后台等站控层设备可以发出装置通信中断告警。

图2 智能变电站“3层2网”示例

1.4 配置错误

智能变电站通过统一的全站系统配置文件（System Configuration Documents，SCD）描述各智能电子设备（Intelligent Electronic Device，IED）的实例配置、通信参数、IED之间的通信配置以及变电站一次系统结构。继电保护装置通过统一的SCD生成各自的配置文件，便于其他设备接收和识别信号。如果各装置使用的SCD版本不统一或私自修改装置的私有信息，将导致配置错误，影响装置间的数据收发。此外，严重的配置错误可能导致继电保护装置功能异常甚至闭锁。

1.5 人为不当操作引起的故障

变电站的运维有着健全的规范要求，错误使用检修压板、错误投退装置功能软压板以及不按相应安全措施要求断开装置电源等不合规操作，可能导致继电保护装置告警甚至保护功能退出，影响系统的运行安全。

2.1 一体化监控技术

一体化监控技术具有自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量以及监控等基本功能，并支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策以及协调互动等高级功能[4]。监控主机的高级功能包括防误闭锁逻辑判断、顺序控制、智能告警、综合分析、智能操作票以及视频联动等。通过一体化监控技术运维人员可以实时掌握变电站动态，了解一二次设备的运行情况。通过一体化监控技术查看继电保护装置的通信状态、运行温度、告警信息以及参数等。

2.1.1 智能告警

如果继电保护装置在运行中出现异常，通过一体化监控系统的智能告警功能可以了解告警时间、装置名称、告警报文、影响范围以及建议措施，缩短了故障排查时间，降低了处理故障难度，提高了电力系统的可靠性。

2.1.2 故障信息综合分析决策

在继电保护装置动作时，采集继电保护上传的动作报告及其他相关信息生成故障简报，可提醒运维人员相关保护动作情况，并在故障简报中提示运维人员故障性质与处理方案。故障信息综合分析决策节省了运维人员查看继电保护装置的时间，方便了向调度人员汇报动作情况，提高了工作效率。

2.2 一键顺控技术

变电站运维需要严格遵循“3票2制”的流程，即工作票、操作票、交接班制、巡回检查制以及设备定期试验轮换制。“3票2制”使得运维过程实现了标准化，降低了人为不当操作的风险，但也增加了操作的复杂度。

与传统监控技术相比，一键顺控在调试中完成模块化的操作票，编写过程中通过审查和传动试验保证其内容的完整和准确。运维人员不需要现场编写操作票，节省了运行站编写操作票的时间。由计算机自动执行操作票内容，校验五防避免误操作，同时节省了执行时间。通过远程监控和辅助触点双重确认的方式形成反馈，可以确保操作准确有效[5,6]。

2.3 悬挂轨道式智能巡检机器人

继电保护装置通常安装在保护小室的屏柜中或开关柜上，装置排布集中且规整。通过悬挂轨道式巡检机器人在线监测保护装置环境、外观、液晶以及指示灯。该机器人使用小室内的顶部空间，不占用原有的巡检通道。通过传感器监测装置运行的温湿度和环境中特定气体的质量分数[7,8]。根据机器人反馈的信息，可以调节小室的温湿度，及时发现安全隐患。继电保护装置是一种长期运行的微型计算机，长期处于高温状态会加速老化，增加故障率。温度变化过大和湿度异常等，会加剧智能变电站的光纤老化，导致电缆绝缘受损，影响装置的安全运行。

智能巡检机器人能及时发现装置的异常告警。按照规范要求，继电保护装置需要正确反馈系统中的异常状态，并通过点亮发光二极管（Light-Emitting Diode，LED）灯或发送报文的形式示警。在装置异常或出现跳闸时，装置会点亮红色的异常灯或跳闸灯。此时，人工巡检机器人通过图像识别技术可以及时发现和反馈相应情况给运维人员。变电站监控后台汇总整站的信息。对于异常报文，运维人员需查看继电保护装置情况。悬挂轨道式智能巡检机器人可以辅助运维人员发现和处理问题，同时避免运维人员面临有害气体或局部放电等环境风险[9]。

2.4 智能变电站继电保护在线监测系统

智能站继电保护数字化程度高，通过数字信号将大量信息传输到网络中，为继电保护在线监测和智能诊断建立信息基础。智能变电站继电保护通过光纤传输面向通用对象的变电站事件（Generic Object Oriented Substation Event，GOOSE）和采样值（Sample Value，SV）。相比电缆，光纤拥有更高的传输效率，但是更容易发生老化和物理损伤。智能变电站继电保护在线监测系统可以汇总各光信号接口收发功率，提前示警和处理光衰过大的接口，避免光功率下降导致数据质量问题。

智能站大量使用光信号使得二次回路由实转虚，原本实际的电缆变成了虚端子链接，连接关系依赖于每台装置的配置文件。当配置文件由于变电站扩建或者维护发生变化时，存在配置出错风险。智能继电保护会计算配置文件的循环冗余校验码（Cyclic Redundancy Check，CRC），即使很小的改动，也将改变CRC校验码。继电保护在线监测系统通过匹配SCD中的信息和装置上传的CRC校验码，在线监测装置配置是否修改、继电保护装置与其他设备的连接关系以及了解虚端子接线。

智能继电保护装置插件和光口多，当二次回路出现故障时，通常对照光口定义表和标签来确定故障光纤。实时监测继电保护信息，及时发现继电保护光纤回路的异常并生成对应提示，快速定位到装置的插件和光口，便于运维人员排查问题[10]。

不同的巡检技术对各种继电保护的故障有不同侧重，通过多种巡检技术生成更加全面和安全的巡检策略，从而快速发现和定位继电保护装置的故障点，提高运维效率，降低安全风险。巡检技术对继电保护各种类型故障的有效性如表1所示。

表1 新型巡检技术对不同继电保护故障的有效性

随着智能变电站技术的发展，继电保护技术和巡检技术不断创新，其在实际运用时需考虑不同技术的重叠范围，通过融合多种技术处理继电保护故障，提高可靠性，降低运维人员的工作量。继电保护装置从就地化保护装置逐渐发展到基于自主可控的继电保护装置，在满足继电保护4个基本特性的基础上，对装置的生产和运维均有不同的要求。在应用各种巡检技术时，应考虑新技术之间的配合与适应性。

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