智能变电站继电保护在线监测系统的研究

智能变电站继电保护在线监测系统的研究

郭利佳

国网青海省电力公司黄化供电公司青海尖扎811200

摘要：变电站是改变电压的主要场所，对地区供电传输运行起到了调控性作用。继电保护系统是变电站安全控制的主导设备，对电力系统故障及危险状态具有防护作用。从变电站可持续运行角度考虑，对继电保护系统实施状态监测，进一步提高了变电运行的安全水平。本文就智能变电站继电保护在线监测系统进行研究。

关键词：智能变电站;继电保护;二次回路;在线监测

1变电站继电保护状态监测系统布局

1.1传感系统

传感系统是基于传感器的控制方式，利用数字化设备对区域信号进行感应与捕捉，实时分析信号所呈现出来的数字标准，反应出了状态监测平台的可调度功能。传感器系统构建中，保持了整个系统平台的稳定性，按照数字信号传播与控制要求，发挥出符合保护器改造要求的控制模式。例如，状态监测过程中，传感器运行可持续24h运作，把变电站实时数据信号进行动态分析，客观地反应出系统运行与调度标准。这些都是保持变电站高效运转的关键，带动了变电系统运行效率增长。

1.2在线系统

在线监测是一种先进的动态技术，按照继电保护状态实施综合控制，为变电站调控运行发挥了可靠性作用，这些都是继电保护器功能化改造的关键，也是发挥保护器动作的可行性标准。为了构建在线监测系统，要发挥出网络技术的操控性价值，从多个角度进行优化调度与控制，保持整个在线平台的运行效率。同时，对封闭式继电保护器进行综合改造，按照内部系统运行指标及控制流程展开调整，减小保护器结构运行不畅引起的风险隐患。通过设置传感器作为在线信号监测，实现了故障处理数据传输与控制的一体化发展。

1.3信号系统

信号系统是执行变电站数字信息收录的关键，按照不同信号完成数字化转换，实现了资源利用率与规划的可行性发展，为区域资源调度与建设展开多功能化。当前，智能变电站继电保护信号传输相对稳定，由监测器展开多方面的捕捉与分析，为设备调控与发展做好了前期准备，进而为电力调度与生产提供了便捷性。例如，信号系统设定了智能感应平台，从多个角度展开智能化控制与运行，帮助用户实现资源利用与转换的可调度性。对于一些潜在的系统隐患，变电站也具有更好的系统监测平台，保持状态监测系统的安全性控制。

2继电保护二次回路在线监测

2.1物理链路通信在线监测

为了实现物理链路通信在线监测，需要明确智能变电站过程层设备的物理链路拓扑信息。无论采用组网通信方式，还是点对点通信方式，智能变电站继电保护系统的过程层通信方式都可以等效为图1所示。光纤通信的链路包括发送方光纤接口、点对点光纤、接收方光纤接口环节（其中发送方和接收方对应的设备，如保护装置、合并单元、智能终端和交换机）。从设备损坏可能导致光纤网口通信异常的角度来划分过程层设备光纤网口构成，包括以下3个层次。

（1）整个装置。当装置电源出现异常时，将导致装置所有的光纤网络口通信出现异常。（2）接口插件。当装置光纤接口插件出现异常时，将导致插件所有的光纤网络口通信出现异常。（3）光纤接口。当装置单个光纤接口出现异常时，将导致该光纤接口通信出现异常。

光纤链路状态监视原理：如图2所示，光纤通信的监视功能是在接收方完成的，在光纤链路异常时，接收方将无法正常的接收数据，从而判断出光纤链路发生了异常，但是接收方实际上无法直接判断是链路的那个参与环节出现了问题，即无法定位到是发送方光纤接口、通信链路或者是接收方光纤接口发送了异常。为了方便地实现光纤链路状态监视，接收设备发出的链路异常报警需要有明确的物理概念，一般采用针对发送设备的原则来定义。

实际应用过程中，过程层设备的光纤通信异常可能是插件异常或者是装置异常造成的，从而在设备异常过程中，整个变电站将有很多设备产生对应的链路异常信号，二次回路在线监测的一个主要功能就是综合全站的链路异常的告警信息以及过程层通信拓扑结构，统计故障发生概率，来定位哪个环节出现了故障。

2.2逻辑链路通信在线监测

智能变电站中，二次回路的整个生效过程是：先形成SCD文件，再导出装置可识别的配置文件，然后装置解析配置文件，并发送和接收对应报文，解析数据。配置文件的循环冗余校验（CRC）机制能确保下载到装置的配置文件和SCD文件的一致性，但无法保证装置解析配置文件的正确性，所以除了物理链路通信在线监测外，智能变电站过程层通信网络还需要进行网络通信内容有效性的在线监测，用来确保实际工程装置生效的过程层通信配置和SCD的集成配置完全一致。按照IEC61850标准要求，过程层GOOSE和SV在数据交换过程中，不仅交换通信数据，还交换配置数据，这为逻辑链路通信的在线监测创造了条件。过程层装置间通过GOOSE、SV报文交互的应用信息可以用（MAC，APPID）来唯一标识，交互关系在SCD文件中进行详细描述，SCD文件中定义了如下信息：（1）发送端GOOSE、SV报告控制块，以及报告控制块对应的数据集（DataSet）。（2）接收端Inputs关联了发送端数据详细信息。（3）GOOSE、SV发送时对应的MAC、APPID等信息。

通过上述3组信息，在线监测系统在导入SCD文件后，读取GOOSE网络配置（GSE）、SMV、DataSet以及功能约束数据属性（FCDA）内容，构建FCDA与GSE、SMV的关联关系，并检索通信（Communication）节点，构建GSE、SMV对应的网络配置信息，检索GOOSE输入（GOIN）、SV输入（SVIN）为前缀的LN中的Inputs信息，得到发送者的FCDA以及接收者的插件、端口信息，可以构建过程层收发装置拓扑结构以及信息虚回路表。

目前主要厂家装置对GOOSE和SV配置均可进行在线校对，当发现发送配置和接收配置不匹配时能发出告警信号。在此基础上再验证发送的配置和SCD集成配置是否一致，就可以在逻辑上验证智能站相关装置的发送配置、接收配置与SCD集成配置的一致性，逻辑链路在线监测结构如图3所示。

3结语

在线监测是继电保护安全检验的平台，通过专业检定可掌握系统运行状态，为继电保护设备提供安全运行环境。因此，企业再利用变电设备过程中，要重点考虑继电保护运行与变电设备的协调性。同时，对在线监测系统反馈的故障信号，必须及时安排人员参与处理，减小故障对系统运行带来的安全隐患，全面构建智能化变电调度平台。

参考文献

[1]徐勇，陆玉军，张雷.智能变电站网络交换机在线监测设计与实现[J].江苏电机工程，2014（02）.

[2]许伟国，张亮.智能变电站网络通信状态监测与故障分析[J].浙江电力，2014（04）.

郭利佳（1986.09.06-），男，陕西省兴平市，陕西理工大学本科，单位：国网青海省电力公司黄化供电公司，研究方向：继电保护及其自动化，邮编：811200