智能变电站故障信息模型与继电保护在线监测方法

智能变电站故障信息模型与继电保护在线监测方法

徐多

徐多

（国网江苏省电力有限公司常州供电分公司江苏常州213000）

摘要：智能变电站的信息开放与信息共享使得继电保护综合利用多个状态信息及其约束关系实现在线监测成为可能，给继电保护在线监测提供了新的思路。但目前对此的研究主要针对信息开放及上送协议、规范，并未直接研究基于信息开放与信息共享的在线监测方法。为此，本文针对继电保护状态在线监测的需求，建立智能变电站故障信息模型，利用智能变电站的系统特性对整个继电保护系统的状态信息进行在线、自动的整合与分析，辨识隐藏于状态信息间的继电保护关键状态，并进一步确定故障点或故障范围。

关键词：智能变电站；故障信息；模型；继电保护；在线监测

1智能变电站故障信息模型

1.1一次系统约束模型

考虑到继电保护按间隔配置，且间隔是检修、改扩建等运检工作的一个基本单元，因此，本文以间隔为最小单元建立一次系统约束模型，其包含间隔关联模型与间隔描述模型。

1.1.1间隔关联模型

假设任意相连间隔均通过某一母线（若不存在实际母线，则定义虚拟母线作为电能的汇集点）相连，用b表示母线编号，则可用矩阵X（b）k×k描述一次系统中间隔与间隔间关联关系，其中k为间隔数目。

1.1.2间隔描述模型

间隔描述模型用于描述间隔的基本信息，实现一、二次系统的关联。由于系统规则文件（SSD）描述的一次系统模型中包含逻辑节点（LN），可以此实现一、二次系统的关联。因此，间隔描述模型可由解析SSD自动获得，以集合Mi形式表示，用于描述逻辑节点与间隔的关联关系，其主要元素为逻辑节点。各逻辑节点按照间隔顺序、SSD层次化顺序依次排序，以LN+序号的方式命名逻辑节点，如式所示。1.2二次系统硬件约束模型

智能变电站二次设备端口是设备间光纤连线的节点，是设备与外界信息交互的基本单元。当设备正常运行时，设备通过端口与其他设备交互信息；当设备检修时，设备通过端口隔离与其他设备间的联系。因此，以端口为最小单元建立二次系统硬件约束模型，其包含端口关联模型与端口描述模型。

1.2.1端口关联模型

端口之间既可以通过物理介质相连也可以通过交换机内转发机制相连，因此下文分别建立端口物理关联模型和端口逻辑关联模型。建立关联矩阵Dm×m表示不同端口间的物理连接关系，其中m为全站二次设备端口数目。

建立关联矩阵Cm×m表示不同端口间的逻辑关联关系。

1.2.2端口描述模型

端口描述模型包括IED端口描述模型和交换机端口描述模型。IED端口描述模型可以描述各个端口所连接的光纤以及包含的逻辑节点。另外，由于报文是设备间信息交互的载体，而设备端口是发送、接收报文的最小单位。因此IED端口描述模型还应包括经由该端口转发的SV报文和GOOSE报文，交换机端口描述模型应包括虚拟局域网等信息。端口描述模型用集合Ys描述IED端口s，集合Y's描述交换机端口s，分别如式所示。

其中，FiberName为光纤名，采用端口1－2的命名形式（端口1序号小于端口2序号，且全站设备端口统一编号）；VID（VLANID）、PVID（Port-basedVLANID）为基于端口划分VLAN的参数。模型中所有逻辑节点均采用基于IEC61850标准的实例化名称。

1.3二次系统信息约束模型

在IEC61850协议中，逻辑节点是交换数据的最小单元。逻辑节点代表物理装置内的某项功能，或执行这一功能的某些操作，是一个由数据和方法定义的对象。因此以逻辑节点为最小单元建立二次系统信息约束模型，其包含逻辑节点关联模型与逻辑节点描述模型。

1.3.1逻辑节点关联模型

建立逻辑节点间关联矩阵Np×p，描述逻辑节点间的映射关系，其中p为逻辑节点数。

1.3.2逻辑节点描述模型

选择逻辑节点作为信息交互的最小单元，逻辑节点中包含了继电保护系统运行的测量、控制、状态以及定值等信息，不同类型的逻辑节点可以用不同的集合ZLN或字符串表示，具体如表1所示，其中逻辑节点描述模型里的内容均可以通过解析SCD文件获得。

表1逻辑节点描述模型

2二次回路在线监测及故障诊断技术

2.1ＳＶ链路在线监测及故障诊断技术

若接收端装置在限定时间内未收到有效的ＳＶ或是ＧＯＯＳＥ信息时，则会发出告警。比如，在继电保护设备的ＳＶ链路出现异常情况时，此时保护装置则难以获取相应的数据信息，需要经由站控层上报链路断线警报信息，此时网络报文装置则能够及时获取此类告警报文。然后根据报文信息，对网采以及网跳回路等内容进行统一的观测和接收，并借助发送方和接受方之间的数据对比，实现对链路实际运行状态的准确检测。而对于直采回路，由于其网采端口的独特性，无法与其他链路进行实时对比监视，致使技术人员难以对故障点予以准确定位，却能够在预先配置的基础上对所有存在故障问题的线路点予以排查，同时结合其他二次装置的回路网采情况得出各处故障点发生概率。与此同时，由于直跳回路难以获取其他与之相关联的数据对比信息，因此只能依靠继电保护设备上传的告警信息确认故障点发生位置。

2.2交流回路在线监测及故障诊断技术

针对交流回路的在线监测，可借助网络报文装置以及继电保护设备对采集到的具体交流量信息数据予以综合判断。在智能变电站的运行中通常实行双ＡＤ采样工作，同时配备有双重化保护，经过对采样数值以及两套保护的实际采样值对比，得出它们的相对误差，同时还需保证误差值在阈值允许范围内，并且继电保护并未发出相斥告警，则判定二次回路运行状态正常。若二者误差在阈值范围之外，并且继电保护设备发出的采样告警发出不一致告警，则认为交流回路发生异常。在实际运行中，主要是借助网络报文装置采集到的ＳＶ及继电保护设备ＭＭＳ采样值实现回路诊断作业。

2.3保护动作在线监测及故障诊断技术

双重化保护装置对ＡＢ套两路保护装置实际动作行为的发生一致性进行监测与诊断，从而对继电保护设备的作业准确性予以判断。主要检查内容包括动作、案件、出口时间。在这一过程中，需要结合ＧＯＯＳＥ开关量的实际时间得出出口时间差值，以此完成整项校验程序。单重化保护装置主要是借助网络报文装置分析回路运行涉及的各个模块，并对其进行模拟及对比，并实现交流回路运行状态的实时监测，借助测控装置所发出的位置信息数据对比完成对开关量回路运行状态的实时监测作业，并将模拟量变化情况和当重化保护的实际动作逻辑进行有机结合，对动作行为的准确性予以系统性分析。

3结语

智能电网主要是指运用信息技术实现变电站自动化运行、信息共享化、变电站分区统一管理等，利用计算机仿真技术实现智能化电网调度和控制的基础单元。变电站继电保护设备能够有效确保电力设备的安全、可靠的运行。在智能电网高速发展的今天，智能化、自动化的继电保护设备得到了大面积的普及应用，有效提升了电能输送的质量，对于继电保护设备状态检测就显得尤为重要，需要构建电保护在线检测系统，实现自动化的状态检测和检修。

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