基于状态监测的继电保护系统检修策略研究陈磊

基于状态监测的继电保护系统检修策略研究陈磊

陈磊

国网内蒙古东部电力有限公司检修分公司内蒙古通辽市028000

摘要：随着智能变电站的不断建设和监测技术手段的不断发展，继电保护系统进行状态检修已成为可能。但现有继电保护状态检修研究大多基于定性分析，缺少科学、合理的定量理论研究。基于此，论文研究了智能变电站继电保护状态监测与故障诊断系统的功能，对继电保护状态监测与故障诊断系统的网络结构与功能实现进行分析，并对智能变电站继电保护状态监测与故障诊断系统的应用进行具体阐述，为促进智能变电站的发展奠定基础。

关键词：智能变电站；继电保护；监测；故障诊断

引言：继电保护作为智能变电站的重要组成部分，其正常运行与否对电力系统的运行有着十分重要的影响。因此，提高继电保护的可靠性是建设智能变电站的重要目标之一。目前，随着保护装置和通信系统等状态监测手段的不断发展，对智能变电站继电保护系统实施状态检修已成为一种提高继电保护系统可靠性、减小设备失效概率的重要手段，是智能变电站继电保护系统建设的重要方向。因此，利用先进的监测技术和设备，对继电保护系统实施状态监测，并根据监测结果制定合理的检修策略以提高继电保护系统的可靠性能，已成为建设智能变电站继电保护系统亟待解决的重要问题之一。

一、继电保护系统组件信息分类

综合设备各类信息获得数据，提取具有共性特征的信息，并通过某一模型对设备的未来变化趋势进行描述，是设备进行状态检修的重要环节之一。设备数据信息的分类是继电保护系统进行检修的基础和重要凭据，不合理的设备数据信息分类将难以正确提取信息的共性特征，进而影响设备的预测规律和继电保护系统的检修策略。继电保护系统的数据信息包括原始资料、运行资料、检修信息、监测信息、试验信息和巡检信息等。不同故障特性的数据信息是组件在不同运行状态下的特征体现。本文以组件的故障率模型描述组件的变化趋势，当设备运行在正常的运行工况下，组件的故障率较多地受材料疲劳、设备老化、历次检修等因素的影响；当组件运行在恶劣情况下，其运行工况可通过状态监测信息、试验信息和巡检信息等数据识别出来。因此，本文将影响继电保护系统各组件故障率的设备老化、家族性缺陷、检修等因素归类为长期演变影响因素；将能表征组件实时特征的监测数据、试验数据、巡检数据等信息归类为影响组件故障率的短期骤变信息。

二、继电保护系统可靠性分析

2.1继电保护系统硬件系统模型

根据保护硬件系统的功能与特点可以将硬件系统分为6大元件模块：断路器及其操作机构、继电保护装置、继电保护的辅助装置（即用作二次回路的切换及作为断路操作的辅助控制，以满足断路器的控制操作）、装置的通信通道及接口、电压电流互感器以及二次回路。硬件系统的失效可以分为断路器失效和保护的失效。

2.2继电保护系统软件系统模型

软件算法是微机继电保护的核心，软件出错将导致保护装置出现误动或拒动。针对其保护软件的特点，本文采用LogarithmicExponential模型来衡量保护软件的可靠性，由此得到的保护软件算法失效率为：λ（μ）=λ0e-θμ。

三、继电保护状态监测与故障诊断系统

3.1功能定位

智能变电站继电保护状态监测与故障诊断系统可实现继电保护SCD（SubstationConfigurationDescription，系统配置描述）模型文件管理、状态监测、二次系统可视化和智能诊断功能。信息采集范围涵盖合并单元、保护装置、智能终端、安全自动装置、过程层交换机、站控层交换机及构成保护系统的二次连接回路。该系统基于SCD文件，以直观的方式将智能变电站保护系统的运行状况反馈给变电站运维人员和继电保护专业检修人员，为智能变电站二次系统的日常运维、检修、异常处理及电网事故智能分析提供决策依据。

3.2体系构架

该智能变电站继电保护状态监测与故障诊断系统的逻辑结构如图1所示。该智能变电站继电保护状态监测与故障诊断系统由部署在变电站端的继电保护状态监测与故障诊断装置和部署在调度端主站系统的继电保护状态监测模块共同完成。变电站端的继电保护状态监测与故障诊断装置，由数据采集单元和数据处理单元组成。数据采集单元通过过程层网络获取过程层设备数据；数据管理单元从数据采集单元和站控层网络获取数据并进行分析处理，实现状态监测和故障诊断功能，并将诊断信息上送至调度端。调度端的继电保护状态监测模块集成于调度端主站软件系统，作为一个独立的功能模块。

3.3功能实现

3.3.1继电保护SCD模型文件管理

该系统通过全站SCD模型文件获取过程层虚回路与软压板逻辑关系描述、调度命名和一二次联关系、二次回路虚端子连接、通信参数、二次回路状态监测信息、过程层网络拓扑配置等信息。当继电保护SCD模型文件变更后，数据管理单元通过装置过程层虚端子配置CRC（CyclicRedundancyCheck，循环冗余校验）与继电保护SCD模型文件相应CRC进行在线比对，实现SCD变更提示，并界定SCD变更产生的影响范围，将影响范围定位到IED。

3.3.2继电保护及二次回路状态监测

该系统接收合并单元、智能终端、保护装置、交换机上送的信息，并进行分类管理、存储；通过直接采集过程层网络报文，对网络通信状态进行实时监视与分析。

3.3.3继电保护故障智能诊断

（1）监测预警。根据装置的硬件级告警信息、监测信息及其他巡检信息对装置硬件的运行状态进行评估，并根据监测信息的统计变化趋势进行故障预警。用于监测预警的装置硬件级信息包括：①装置温度；②装置电源电压；③装置过程层端口发送／接收光强和光纤纵联通道光强；④装置差流。（2）故障定位。根据监测信息实现装置硬件异常的故障定位。用于故障定位的监测信息包括：①装置光纤接口监测信息；②装置链路异常告警信息；③装置报文。（3）继电保护系统可视化。变电站端实现交流回路、跳闸回路、合闸回路、失灵启动回路、闭锁回路、软压板状态及功能描述的图形化显示。调度端实现保护装置内部动作逻辑、动作时序、故障量及保护定值的图形化显示。

四、智能变电站继电保护状态监测与故障诊断系统的应用流程

智能变电站继电保护状态监测与故障诊断系统的应用流程，主要包括以下几方面：①系统通过相关工具，将SCD管理文件接入，利用SCD管理文件对系统进行监测，对监测信息进行收集，并且存储在数据库中，从而形成继电保护状态监测模型[5]。②系统利用画图装置，描绘系统的电路图、接线图、保护装置运行图等，工作人员可以通过图像去了解各个环节的运行状态，有利于系统的统一管理。③系统主要利用过程层交换机、接收保护设备、合并单元等获得信息，通过信息对系统进行管理。若是继电保护发生故障，信息会发生变化，系统将进行报警，工作人员可以及时地对故障进行检测，从而有效地解决问题。④系统的过程层交换机能够接收设备的遥信量，以及MMS报告等，能够为故障诊断提供可靠依据。⑤系统能够通过二次工作安全措施，检测设备的维修是否正确，同时能够对维修结果进行反馈，确保故障维修的质量。

结束语：

综上所述，智能变电站的继电保护容易发生故障，主要是由于系统的二次回路属于不可见回路，提高了故障分析的难度。唯有对继电保护进行实时监测，分析故障原因，才能确保输电线路的稳定运行，为社会创造更大的经济收益。论文通过对智能变电站继电保护状态监测与故障诊断系统的网络结构、功能实现、具体应用的分析，总结出继电保护状态监测与故障诊断系统的工作原理与工作流程，为未来智能变电站的研究发展奠定基础。

参考文献：

[1]吴英帅.智能变电站继电保护状态监测系统研究.通讯世界，2016（22）：140-141.

[2]陈朵朵.220kV继电保护设备状态评估与决策方法研究.华北电力大学（北京），2016.

[3]董凤.基于多源信息融合的继电保护状态检修决策系统研究.华北电力大学（北京），2016.