國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司鹽城供電分公司 祁 觀

1 引言

為了保證變電所的繼電保護(hù)和電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行，必須科學(xué)、合理地利用二次回路報(bào)警系統(tǒng)，以便對(duì)各種異常如交流回路短路等進(jìn)行精確的監(jiān)測(cè)。二次回路的斷線問題，勢(shì)必引起繼電保護(hù)的失效，從而嚴(yán)重地影響到電網(wǎng)的總體穩(wěn)定與安全[1]。因此，采用在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)，可以對(duì)各類設(shè)備的工作狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，而要做到這一點(diǎn)，必須采用與繼電保護(hù)裝置相結(jié)合的方式進(jìn)行監(jiān)測(cè)。但是，在進(jìn)行電力系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)時(shí)，由于其運(yùn)行狀況的復(fù)雜性，必須根據(jù)電網(wǎng)的工作環(huán)境和具體的條件，采取適當(dāng)?shù)拇胧﹣韺?shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)，確保相關(guān)設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

2 智能變電站繼電保護(hù)二次回路簡(jiǎn)述

在進(jìn)行電力系統(tǒng)的在線監(jiān)測(cè)和故障診斷之前，必須對(duì)其組成與特點(diǎn)有一個(gè)全面的認(rèn)識(shí)。首先，作為電力運(yùn)行中的一種保護(hù)手段，其主要作用是對(duì)存在安全隱患的電力設(shè)備和電力設(shè)備進(jìn)行保護(hù)，從而保證電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。其次，二次保護(hù)電路是一種能對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)、控制、調(diào)整和保護(hù)的電氣電路，主要由二次設(shè)備組成。二次設(shè)備是低壓電器設(shè)備，能夠?qū)σ淮卧O(shè)備進(jìn)行檢測(cè)、控制、調(diào)整和保護(hù)。如各種測(cè)量?jī)x器，控制設(shè)備，安全自動(dòng)設(shè)備，信號(hào)設(shè)備等。二次保護(hù)系統(tǒng)由控制回路、調(diào)節(jié)回路和安全自動(dòng)設(shè)備回路組成。無論采用何種方式，均能檢測(cè)并反饋一次回路的故障[2]。在此過程中，技術(shù)人員可以建立在線監(jiān)測(cè)和故障診斷系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)故障的自動(dòng)監(jiān)測(cè)、診斷和反饋。這種方法比傳統(tǒng)的手工測(cè)試方法簡(jiǎn)單、直接、有效。

3 在線監(jiān)測(cè)與故障分析的重要價(jià)值

在智能技術(shù)的推動(dòng)下，變電站采用信息共享、網(wǎng)絡(luò)通信、數(shù)字傳送等技術(shù)，使其工作效率得到了較大提高，而繼電保護(hù)則是以電力系統(tǒng)故障為中心，針對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部的風(fēng)險(xiǎn)和隱患，為系統(tǒng)運(yùn)行創(chuàng)造一個(gè)穩(wěn)定良好的環(huán)境。

為了防止內(nèi)部元件和纜線的損傷，必須合理地使用保護(hù)設(shè)備。也就是說，根據(jù)系統(tǒng)的敏感程度，對(duì)內(nèi)部的操作進(jìn)行判斷，但是這種判斷必須是長(zhǎng)期的，而且要在整個(gè)系統(tǒng)的操作中都能起到作用。為了保證整個(gè)電網(wǎng)的安全、高效，一些變電站采用了二次回路報(bào)警系統(tǒng)，對(duì)交流和直流回路的故障進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。但是由于實(shí)際情況的制約，很難將二次環(huán)路和繼電保護(hù)區(qū)分開來。為了達(dá)到對(duì)故障進(jìn)行準(zhǔn)確的分析的目的，需要對(duì)故障進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。其具體的優(yōu)點(diǎn)有以下兩方面。

一方面，保證電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。隨著電力系統(tǒng)智能化程度的提高，變電站的智能化管理與控制已基本完成，雖然保證了電網(wǎng)的運(yùn)行安全，但也不可避免地會(huì)產(chǎn)生一些不利的影響。例如直流回路接地、交流回路短路等，當(dāng)二次回路發(fā)生故障時(shí)，會(huì)有相應(yīng)的報(bào)警信號(hào)，但由于受現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的影響，使其報(bào)警功能不能完全發(fā)揮。因此，在線監(jiān)測(cè)和故障分析就能很好地解決這個(gè)問題，對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，及時(shí)地發(fā)現(xiàn)和處理這些問題。

另一方面，提高設(shè)備的維修工作效率。目前，我國(guó)電力行業(yè)的快速發(fā)展已經(jīng)較大滿足了對(duì)電能的需求，但同時(shí)也存在著許多問題。如電力故障是很常見的，而這種情況一般都是在設(shè)備維修的時(shí)候發(fā)生的。電力設(shè)備是電廠的重要組成部分，其運(yùn)行過程中的各種因素往往會(huì)影響其正常工作，使其發(fā)生故障，使檢修、維護(hù)工作人員面臨相應(yīng)的安全隱患，并有可能引發(fā)事故。通過在線監(jiān)測(cè)與故障分析，可以在事故發(fā)生的初期，及時(shí)反映出設(shè)備的異常，并將有關(guān)的情況反饋給工作人員，以便進(jìn)行及時(shí)的防范，提高維修的效率和質(zhì)量。

4 變電站繼電保護(hù)二次回路隱患產(chǎn)生的原因

4.1 環(huán)境因素產(chǎn)生的隱患

在二次回路種，由于元件老化、溫度突變、工作電源變化等因素，在繼電器的操作過程中，二次回路存在較多安全問題。如在溫度較高的地方，會(huì)對(duì)電子元器件的性能產(chǎn)生很大的影響，而供電方式的改變會(huì)對(duì)一個(gè)特定電位的改變產(chǎn)生很大的影響；二次線路的外部老化會(huì)造成多次接地，或由于接線板的松動(dòng)，會(huì)造成諸如CT 開路等問題。構(gòu)成了一種不能充分發(fā)揮二次保護(hù)作用的寄生電路。

4.2 互感器多點(diǎn)接地

一是多點(diǎn)式電流互感器接地問題。在相同的電流環(huán)路中，由于接地電位差的作用，多個(gè)接點(diǎn)之間的接點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生附加的電流，從而導(dǎo)致變壓器負(fù)載的增加，導(dǎo)致變壓器的誤差增大，甚至達(dá)到飽和，從而影響到保護(hù)設(shè)備的可靠性，導(dǎo)致不合格或失效。二是電壓互感器多點(diǎn)接地。N600型互感器在多個(gè)地點(diǎn)接地時(shí)，一旦系統(tǒng)出現(xiàn)故障，則會(huì)有大量的故障電流涌入電網(wǎng)，造成N600互感器兩端的電勢(shì)差，造成中性點(diǎn)電壓的偏差，即在輔助循環(huán)種，這種情況十分危險(xiǎn)。在進(jìn)行保護(hù)取樣時(shí)，會(huì)對(duì)相位電壓的相幅值及零序電壓產(chǎn)生一定的影響，從而導(dǎo)致保護(hù)失效。

4.3 回路誤接線

在設(shè)備的安裝中，需要確保所有的線纜都是相連的。但是，如果安裝人員本身的技術(shù)水平不高，對(duì)圖紙的理解不到位，在安裝時(shí)會(huì)出現(xiàn)虛連接、端連接錯(cuò)誤等問題。在采樣回路中，若發(fā)生接線錯(cuò)誤，例如相序錯(cuò)誤、極性反接等問題，會(huì)影響到繼電器的正常采集，造成故障。由于線路故障，無法將硬接點(diǎn)信號(hào)通過測(cè)控設(shè)備傳輸至監(jiān)控后臺(tái)，會(huì)對(duì)無人值守的智能變電站的正常工作產(chǎn)生一定的影響。當(dāng)線路發(fā)生線路故障時(shí)，即使保護(hù)設(shè)備正常工作，也無法將信號(hào)輸入到斷路器，從而導(dǎo)致故障。使繼電器無法正常工作。在儀器的檢驗(yàn)中，有關(guān)的檢驗(yàn)人員沒有按照要求進(jìn)行操作，很可能會(huì)帶來安全風(fēng)險(xiǎn)。在新建的變電所或者技術(shù)改造工程中，線路故障會(huì)更加常見。

5 系統(tǒng)框架

為了實(shí)現(xiàn)二次回路的實(shí)時(shí)監(jiān)控和故障分析，還應(yīng)進(jìn)一步優(yōu)化數(shù)據(jù)的選取、過濾和關(guān)聯(lián)，并從全局出發(fā)，制定系統(tǒng)的方案。隨著監(jiān)控和分析技術(shù)的發(fā)展，各個(gè)裝置之間的數(shù)字信號(hào)可以相互連通。從其體系結(jié)構(gòu)上來看，包括主站、站端、后臺(tái)等多個(gè)部分。

對(duì)主站來說，根據(jù)電廠的工作狀況發(fā)布調(diào)度命令是整個(gè)系統(tǒng)的首要任務(wù)。數(shù)據(jù)分析和保護(hù)設(shè)備是最重要的，可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，分析和監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。

對(duì)站端而言，其作用是與主站的交互作用，可以進(jìn)行信息的過濾和配置。當(dāng)裝置處于掛網(wǎng)狀態(tài)時(shí)，一旦發(fā)現(xiàn)故障，就會(huì)通過通訊網(wǎng)絡(luò)將其傳送到終端，然后進(jìn)行篩選，最終將數(shù)據(jù)傳送給主站。所有的信息都在后臺(tái)進(jìn)行處理和診斷，然后將其顯示在監(jiān)控屏幕上，以便工作人員能夠及時(shí)地了解和解決問題。

6 在線監(jiān)測(cè)內(nèi)容

二次設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的信息主要包括兩個(gè)方面，即白檢查和鏈路異常，難以完全滿足系統(tǒng)的故障分析，因此需要對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行特點(diǎn)和常見的故障進(jìn)行綜合分析，并對(duì)其進(jìn)行分類。在監(jiān)控信息上，以保護(hù)行動(dòng)、運(yùn)行狀況和報(bào)警為主要內(nèi)容。其中，保護(hù)行為類包含了諸如“出口”“行動(dòng)”等的信號(hào)內(nèi)容，也就是“特定的時(shí)問”“內(nèi)容”等；“運(yùn)行環(huán)境”包含了電壓、電流、軟件、硬件、溫度等信息，主要是對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的實(shí)時(shí)顯示，以方便以后的維護(hù)工作。報(bào)警類型包含短路、設(shè)備異常、故障信息等，對(duì)維護(hù)工作的質(zhì)量起到了一定的保證作用。

6.1 動(dòng)作信息

動(dòng)作信息主要包括兩個(gè)方面：一是繼電保護(hù)的操作信號(hào)，也就是操作單元和啟動(dòng)類型的信號(hào)。第二，為操作輸出信號(hào)，也就是出口相別以及整組動(dòng)作時(shí)長(zhǎng)。

6.2 裝置運(yùn)行信息

一是自身的軟硬件信息，主要包括電壓、光強(qiáng)、溫度等方面的知識(shí)。二是對(duì)各分支的取樣值，也就是各分支的電流細(xì)節(jié)。三是開關(guān)量，也就是對(duì)重要設(shè)備的開關(guān)量進(jìn)行監(jiān)控，以了解設(shè)備的實(shí)際使用狀態(tài)，為以后的維護(hù)工作打下了良好的基礎(chǔ)。對(duì)這些資料進(jìn)行長(zhǎng)期的監(jiān)控，可以為今后的維修工作提供充足的參考。

6.3 告警信息

一是采集數(shù)據(jù)中的報(bào)警信息是否存在異常。一般情況下，保護(hù)裝置取樣值出現(xiàn)異常報(bào)警的原因是SV 線路自身質(zhì)量不過關(guān)、檢修工作與常規(guī)工作不相符等。二是故障報(bào)警，包括GOOSE 故障異常導(dǎo)致的故障。三是設(shè)備故障報(bào)警，包括閉鎖與失電兩種。在發(fā)生以上報(bào)警信號(hào)時(shí)，應(yīng)立即對(duì)故障狀態(tài)進(jìn)行分析，并及時(shí)判斷其具體位置，保證維修工作的高質(zhì)量。

7 在線監(jiān)測(cè)與故障分析

7.1 SV 鏈路

整個(gè)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)必須在一定的時(shí)間內(nèi)對(duì)SV的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的收集，否則將會(huì)發(fā)出警告或報(bào)警。如SV 鏈路故障，很難及時(shí)收集到相應(yīng)的數(shù)據(jù)，這是為了防止設(shè)備受到干擾，所以必須使用鏈網(wǎng)絡(luò)報(bào)文裝置，通過站控層發(fā)送的異常數(shù)據(jù)來獲取異常數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)精確的監(jiān)控。

一般情況下，在查找故障點(diǎn)的同時(shí)，也要根據(jù)二次系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)采集資料進(jìn)行回傳。由于網(wǎng)采端口不同，直采回路上的其他鏈路難以實(shí)時(shí)監(jiān)控，而且無法準(zhǔn)確地確定故障點(diǎn)，從而影響到后續(xù)的診斷和檢查。在直跳回路上，很難獲得與之相關(guān)的數(shù)據(jù)，因此可以根據(jù)保護(hù)裝置所采集到的信息和警示內(nèi)容，來判斷故障。

7.2 交流回路

要實(shí)現(xiàn)高效的在線監(jiān)測(cè)和故障分析，必須借助報(bào)文裝置，即對(duì)全部的交流仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，從而作出詳盡的判斷。為保證電廠的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，需要采取雙重保護(hù)措施。比如AD的采樣通道，可以將采樣值和雙重保護(hù)的實(shí)際測(cè)量值進(jìn)行直接的比對(duì)，最后再根據(jù)最后的誤差值來判斷二次環(huán)路的狀態(tài)。當(dāng)誤差值小于允許值時(shí)，報(bào)警信號(hào)就會(huì)發(fā)生沖突，總體工作狀態(tài)是正常的；反之，如果報(bào)警系統(tǒng)給出不同的警報(bào)，那就說明系統(tǒng)不正常。因此，在利用報(bào)文裝置采集SV 數(shù)據(jù)的同時(shí)，對(duì)MMS 數(shù)據(jù)進(jìn)行了進(jìn)一步的集成，以便對(duì)最終的故障進(jìn)行準(zhǔn)確的分析，對(duì)以后的工作能夠順利進(jìn)行。

7.3 保護(hù)動(dòng)作

在保護(hù)動(dòng)作中，其監(jiān)控與故障分析應(yīng)與雙重防護(hù)裝置配合使用，即監(jiān)控及搜集雙回保護(hù)裝置的動(dòng)作信息，再進(jìn)行資料分析，估算出保護(hù)裝置的運(yùn)作狀況，判斷動(dòng)作執(zhí)行、資料記錄等執(zhí)行狀況。另外，在監(jiān)控內(nèi)容中，還包括了GOOSE 的特定操作時(shí)間，并將其作為全部測(cè)試的參考。整個(gè)較為簡(jiǎn)易的保護(hù)裝置，會(huì)對(duì)各組件的仿真量進(jìn)行分析，并對(duì)各組件進(jìn)行對(duì)比，并進(jìn)行交流回路監(jiān)控。其內(nèi)容主要是通過對(duì)已有位置信息、測(cè)控設(shè)備的實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)等來監(jiān)控切換量回路，從而使行為的分析與評(píng)價(jià)更加準(zhǔn)確。

8 二次回路在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)流程

針對(duì)電力公司的絕緣問題，需要用直流供電的繼電保護(hù)設(shè)備，并對(duì)不接地的措施進(jìn)行改進(jìn)。因此，在進(jìn)行系統(tǒng)的測(cè)試時(shí)，還必須對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行接地檢查，在設(shè)備與地面之間設(shè)置一定的絕緣值，從而防止因設(shè)備接地而導(dǎo)致的故障。這是因?yàn)樵陔娏ρb置的安全操作中，直流電源的絕緣性能并未達(dá)到預(yù)定的水平，因此系統(tǒng)不會(huì)發(fā)出警報(bào)，從而導(dǎo)致故障無法在較短的時(shí)間內(nèi)被解決。從國(guó)內(nèi)的絕緣測(cè)試技術(shù)發(fā)展來看，國(guó)內(nèi)的絕緣技術(shù)在測(cè)量精度方面尚不能與國(guó)際接軌，因此測(cè)量結(jié)果與實(shí)際測(cè)量值存在著一定的偏差，從而嚴(yán)重地影響了測(cè)量的準(zhǔn)確度和準(zhǔn)確度。

二次回路設(shè)備中的繼電保護(hù)主要包括斷線檢測(cè)、電流回路電阻檢測(cè)等。由于絕緣測(cè)試技術(shù)發(fā)展較快，但其精度還不夠高，無法達(dá)到一定的標(biāo)準(zhǔn)，因而采用絕緣測(cè)試技術(shù)所獲取的測(cè)量結(jié)果與實(shí)際測(cè)量值有很大差距，從而會(huì)影響到防護(hù)設(shè)備，從而限制其防護(hù)效果。目前，我國(guó)電網(wǎng)企業(yè)在使用過程中，由于電力設(shè)備經(jīng)常暴露在空氣當(dāng)中，其運(yùn)行狀態(tài)、絕緣品質(zhì)都會(huì)受到自然因素的影響，從而引起各種故障，如故障接地等，從而制約了其對(duì)電網(wǎng)的探測(cè)與保護(hù)能力。在二次回路設(shè)備中，不僅包含了斷線器的斷開保護(hù)，而且還包含了電流回路的電阻探測(cè)保護(hù)，這是保證整個(gè)系統(tǒng)安全的重要手段，而目前微型數(shù)控裝置控制技術(shù)的發(fā)展和成熟，為二次回路設(shè)備的安全提供了技術(shù)支撐。

9 結(jié)語

綜上所述，目前智能變電站總體運(yùn)行管理水平已有較大提高，但仍不能完全適應(yīng)實(shí)際使用，因此對(duì)其進(jìn)行在線監(jiān)控與故障分析是非常有意義的。本文從系統(tǒng)框架、內(nèi)容、在線監(jiān)測(cè)與故障分析幾個(gè)方面入手，以期更好地發(fā)揮在線監(jiān)測(cè)與故障分析的作用，從而推動(dòng)相關(guān)部門進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)設(shè)備的優(yōu)化與改進(jìn)，提高實(shí)施效果和實(shí)施質(zhì)量，推動(dòng)變電站全面可持續(xù)發(fā)展。