智能变电站继电保护状态监测与故障诊断系统

智能变电站继电保护状态监测与故障诊断系统

鲁建国邓小珍

国网冀北电力有限公司唐山供电公司河北唐山063000

摘要：近年来，智能变电站的广泛建设以及计算机技术和通信技术的发展，为继电保护系统的状态监测和故障诊断提供了良好的基础条件。基于IEC-61850标准的智能变电站“三层两网”结构体系，将常规变电站中传统的不可在线监测的二次电缆变成了可在线监测的光纤网络。同时，基于该标准的IED(IntelligentElectronicDevice，智能电子设备)设备(继电保护、合并单元、智能终端、安全自动装置、交换机)模型构建，使得对保护装置、合并单元、智能终端、安全自动装置及交换机关键信息的监视能力越来越强，为智能变电站继电保护状态监测和故障诊断提供了良好基础。下面介绍了智能变电站继电保护状态监测与故障诊断系统的设计方案，该系统由长园深瑞继保自动化有限公司研制，并在某500kV智能变电站中实现了工程应用。

关键词：智能变电站；继电保护；状态检测；故障诊断；分析

1导言

在信息化时代背景下，数字化智能变电站被广泛应用，并且取得了良好的成绩。但是智能变电站的继电保护容易发生故障，并且故障的类型比较复杂，需要采取科学的手段，有针对性地进行防护。智能变电站将常规变电站可见的二次回路，转变成不可见的二次回路，增加了继电保护故障诊断的难度，同时提高了对检修人员技术水平的要求。为确保智能变电站的稳定运行，需要对继电保护的状态进行实时监测，对系统的运行进行实时监督，及时发现问题，从而有针对性地采取应对策略。

2继电保护状态监测与故障诊断系统

2.1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。

2.2体系构架

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。

2.2功能实现

2.2.1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、调度命名和一二次关联关系、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。

2.2.2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与功能实现

3.1网络结构

继电保护状态监测与故障诊断系统的网络结构主要包括故障诊断系统模块和继电保护状态监测模块，前者主要布设在变电站端，后者主要布设在调度端主站系统。继电保护状态监测与故障诊断系统主要包括数据采集模块，以及数据信息管理模块。数据采集模块主要利用过程层网络，对过程层设备的数据信息进行收集，从而完成数据采集工作。数据信息管理模块主要是将数据采集模块收集的信息进行存储管理，在系统发生故障时进行分析，从而实现继电保护与故障诊断。系统会将故障诊断的结果进行上报，传送至调度端，以便工作人员进行维修。智能变电站的调度端同时设置了继电保护状态监测模块，其主要是为主站的软件系统进行服务，属于独立工作模块。智能变电站的网络结构需要不断进行优化，从而提高系统性能，提高系统运行的可靠性与稳定性。

3.2SCD模型文件管理

SCD模型文件管理是继电保护状态监测与故障诊断系统的重要组成部分之一。SCD模型文件管理的主要功能是帮助系统进行数据信息的获取，其能够对过程层虚回路与软压板的逻辑关系进行描述，对调度命令和一二次的关联进行描述等。通过SCD模型文件管理，能够了解通信参数、二次回路监测信息以及网络拓扑配置等运行的具体情况，实现对全站范围内的监测，有助于对智能变电站的管理。若是继电保护SCD模型文件进行更新升级，此时的数据管理模块过程层虚端子会与SCD模型文件的CRC进行核对比较，从而将更新的信息反馈在SCD界面对工作人员做出提醒。同时确定SCD模型文件管理更新之后的功能范围，以及对IED装置的影响。SCD模型文件管理对于继电保护状态监测与故障诊断系统至关重要，唯有通过SCD模型文件管理，才能实现对全站范围内的监控，完成系统故障诊断的目标。

3.3继电保护故障智能诊断

继电保护故障智能诊断的方法主要包括以下几方面：一是系统通过接收合并单元以及交换机等上报的信息，对信息进行存储管理。直接采集过程层网络，会对存储的信息进行实时监测，同时分析网络通信的情况。二是系统根据对装置硬件的报警信息、监测信息、状态信息等，对装置硬件的运行情况进行分析。同时根据监测信息的内容和变化趋势，对故障做出告警。监测报警装置的硬件信息主要包括温度信息、电源电压信息、光钎强弱信息等。三是系统需要通过监测信息，确定装置硬件的故障位置。系统需要收集能够分析出故障位置的信息，主要是收集光纤接口处的状态信息、装置设备短路异常反馈的信息、装置报文等，通过对信息的分析，确定故障位置的范围，为工作人员的检修提供便利。四是变电站系统能够对开关故障、交流回路、闭锁回路等情况进行图形展示，对其状态进行描述。对于故障的图形展示主要是在调度端进行展现。调度端可以通过逻辑功能，对故障的情况进行图像描述，方便工作人员的识别。

4结论

针对智能变电站继电保护二次回路为不可见虚回路，其故障排查难度较大，提出了智能变电站继电保护状态监测与故障诊断系统设计方案，通过SCD文件实现智能变电站二次设备的管理，经站控层网和过程层网获取合并单元、智能终端及保护装置等信息，实现对二次设备的运行监视、智能诊断和故障分析。该系统已在500kV柴府变电站中进行了应用，能够帮助运维检修人员快速定位站内继电保护设备故障点，有效缩短了消缺时间，方便了运行人员对二次设备的监视，在提高运检水平上取得了显著成效。

参考文献

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