智能变电站二次设备状态检修监测技术研究

智能变电站二次设备状态检修监测技术研究

赵晓丹

国网山西省电力公司检修分公司030032

摘要：变电站的二次设备状态监测是实时监测继电保护等二次设备运行状况的重要手段，是变电站安全、稳定，可靠运行的重要保障。随着电网规模的发展，输电线路日趋复杂，继电保护装置也随之增多，需要监测的数据量、节点数量，通信通道量等大大增加，检修人员的工作量不断加大。智能变电站技术的发展，特别是二次状态监测技术和集中式保护装置的应用，有效的解决了这一问题。本文就智能变电站的二次设备状态监测技术进行研究，并提出解决方案。

关键词：智能变电站；二次设备；状态检修；监测技术；研究

近年来随着电网规模的快速发展，变电站和输电线路的数量越来越多，继电保护设备的校验工作量急剧增加，而各电力公司由于编制所限人员的增加很少，同时继电保护工作是一项技术性很强的工作，人才培养周期长，工作压力大，目前很多供电公司都存在继电保护人员超负荷工作的情况。如何使继电保护设备少检修、免维护，从而降低继电保护检验的工作量和维修成本。这就需要在变电站配置技术先进的状态监测设备。微机保护应用技术的迅速发展，使保护装置本身具备了很强的自检功能，但作为电网安全屏障的继电保护系统除装置本身，还包含交流输入、直流回路、操作控制回路等，状态检修范畴如果仅局限在保护装置本身将很难有实施推广的价值，对于保护的状态检修必须作为一个系统性的问题来考虑，或者说状态检修如果能够包含交流输入、直流回路、操作回路等构成保护系统的各个环节，这样，才可能避免状态监测出现“盲点”，使保护状态检修技术有可能在实际应用中得到推广。常规的微机保护设备理论上可以实现对逆变电源、电流、电压输入回路、采样数据合理性、保护定值完整性、保护的输入输出接点、保护数据通信环节、执行回路可靠性等的监视。但是这种方式存在着监测的数据量大、节点数目多、通信通道量大的问题。随着智能变电站技术的发展，数字化保护装置，特别是集中式数字化保护装置的应用，状态监测技术被大大简化了。

1.智能变电站的系统构成

1.1站控层

站控层包括自动化系统、站域系统、通信系统和对时系统等设备。站控层实现面向全站或一个以上的一次设备的测量和控制功能，完成数据采集和监视控制，操作闭所以及同步相量采集、电能量采集、保护信息管理等相关功能。

1.2间隔层

间隔层设备一般指继电保护装置、测控装置和故障录波等二次设备，实现使用一个间隔的数据并且作用于该间隔一次设备的功能。间隔层通过光纤与过程层通信。

1.3过程层

过程层包含由一次设备和智能组件构成的智能设备、合并单元和智能终端，完成变电站电能分配、变换、传输及其测量、控制、保护、计量、状态监测等相关功能。一次设备智能化的发展和非常规互感器的应州满足间隔层与过程层之间的信息通信光纤化、信息共享准化的要求。就非常规电流互感器来讲，基于Faraday电磁感应原理的罗科夫斯(Rogowski)电子互感器和基于Faraday磁旋光效应的磁光玻璃电子互感器或全光纤电子互感器在电力系统中的应用带来变电站技术形态的变革。电子互感器测量范围宽，精度高，因没铁心，无磁饱和现象，二次电流不会发生畸变；由于光纤数字信号输出和信息共学技术，不再有常规CT二次负载的担忧；电子互感器也不像常规CT那样需要多个次级线圈，体积小，重量轻，绝缘可靠。

2.智能组件跳闸回路定检

为防止保护出口跳闸回路触点粘连、失效、忘投压板等问题，设计后台监控系统与智能组件配合，实现跳闸触点定检的智能告警。充分利用智能终端操作回路硬件软件化的特点，对传统操作箱功能改进，实现跳闸回路(包含触点及压板)的在线监测和离线足检功能。

开关处于合位时，智能终端可实现跳闸回路在线监测，及时发现、定位跳闸回路存在的异常。

开关处于分位时，智能终端可接收系统命令进行分闸回路离线定检、实现合闸预置功能，避免忘投压板等人为疏忽。

3.集中式数字化保护

3.1整体构架

智能变电站的集中式数字化保护装置遵循IEC61850标准，基于过程总线和强大的软硬件平台，将目前垒电站内多台间隔层IED的功能集中在一台IED上完成，采用台IED来实现原来需要按间隔配置的多台IED实现的功能。原来每个IED被抽象成为一个逻辑上实现保护、测控功能的单元，简称逻辑设备(LD)，每个LD保持功能上的相对独立性并通过统一的通信接口与其他设备进行交互。

3.2高压线路集成一体化保护的示例

以线路间隔为例说明集中式数字化保护装置的模型。由一台集成体化保护测控装置实现若干条线路的保护测控功能其中每个CPU实现一个间隔的保护测控功能，各个间隔之间没有数据通信，互相不影响。采用集成一体化保护测控装置方案，可以大量节省装置、屏体数量，并可节约占地面积。

4.智能变电站的二次设备状态监测

智能变电站中基于微电子、计算机技术、网络技术的继电保护设备其强大的“自检”能力为状态检修技术的实现提供了良好的基础。智能变电站的继电保护装置二次电流、二次电压输入的方式不同于常规变电站，取而代之的是光纤以太网传输的数字采样值报文的输入：保护动作出口不再是跳闸、重合闸接点，而是光纤以太网传输的GOOSE开关量信息。智能变电站采用的数字化保护测控装置使二次设备的状态监测更为全面、可靠。与常规变电站相比，智能变电站的二次设备状态监测有着明显的优势。

4.1分布式数字化保护装置的状态监测

在智能变电站，IEC61850标准为我们提供了数字化变电站的通信框架，由于采用电子式互感器ECT、EVT，一次的模拟信号转换为数字信号，传送到保护装置的是经过合并器加工的符合IEC61850标准的以光纤为媒介的数字信号；保护动作后输出的不再是跳合闸接点，而是光纤以太网传输的GOOSE信息，基于此标准实现继电保护状态监测则变得较为容易实现。

4.2集中式数字化保护装置的状态监测

集中式数字化保护装置可实现多台IED的功能，为了增加可靠性和维护方便性，即使低电压等级，集中式保护一般按双套保护配置。相对分布式保护装置状态监测的技术实现，集中式数字化保护装置的应用，使得整个变电站的监测对象大大减少，而且状态监测实现也相对简单。不但双套保护配置为实现了装置自身的自检和装置之间的互检提供便利，而且集中式保护把原来分布式装置抽象为一个个LD，因此原来每台分布式装置所包含的电源监测功能、装置自检功能、软压板监测功能都集中到了一台IED中，这样不但减少了监测对象，也方便了检修人员的检修维护工作，大大减少了工作量。例如，相对于按间隔配置的保护，基于结构优化的集中式保护装置结构更为紧凑，电源数量极大减少，这使得二次设备监测的重点之电源监测的实现更为方便。

结语：

二次设备的状态检修是变电站综合自动化技术发展的必然结果，二次装置的状态监测将有助于对设备的运行情况、缺陷故障情况、历次检修试验记录等实现有效的管理和信息共享，并为设备运行状况的分析提供了可靠的信息基础，将有助于合理地制定设备的检修策略，提高保护装置的用率，为电网的安全运行提供坚实的基础。

参考文献：

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