李新春

摘 要：設備之間的信息共享和互操作是智能變電站的主要特點，提供了豐富的二次設備運行和狀態(tài)信息，給二次設備的狀態(tài)監(jiān)測和維護帶來了極大的方便。然而，對于開關信息建模等輔助設備狀態(tài)監(jiān)控的研究還存在不足。在此背景下，首先討論了智能變電站二次設備狀態(tài)監(jiān)控對象的概念，其次分析了關鍵技術和方法的信息建模和監(jiān)控數(shù)據(jù)分析，并給出了網(wǎng)絡拓撲結構的建模方案。最后總結了利用狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)進行二次設備故障診斷的幾種方法，分析了這些方法的優(yōu)缺點及應用情況。最后，結合我國二次設備狀態(tài)監(jiān)測的研究現(xiàn)狀和實際應用情況，展望了未來的研究方向和應用前景。

關鍵詞：智能變電站；二次設備；狀態(tài)監(jiān)測

近年來，隨著我國輸變電技術的發(fā)展，電網(wǎng)規(guī)模不斷擴大，輸變電電壓水平不斷提高。因此，電力設備的數(shù)量和復雜性不斷增加，設備的維護成本在電網(wǎng)總運行成本中所占的比例也越來越大。繼電保護設備的維護工作量急劇增加。確保在這種設備數(shù)量、高復雜性的設備條件下的電網(wǎng)是穩(wěn)定的和可靠的操作，降低成本和控制改革的成本，減少檢驗工作，電力設備維護策略是由過去的預防性維護國家改革[1]。

定期維護和狀態(tài)維護是預防性維護。定期維修的缺點是大修周期相對固定，不能根據(jù)設備的健康狀況及時進行維修，容易造成維修不足、維修過度等問題。和狀態(tài)檢修是通過使用先進的狀態(tài)監(jiān)測手段對所有設備的狀態(tài)參數(shù)，這些狀態(tài)參數(shù)反映了設備根據(jù)實際工作條件，故障的早期征兆、故障位置、故障嚴重程度和發(fā)展趨勢的判斷，以確定最優(yōu)維護設備的時間維護的一種方式。

1.二次設備狀態(tài)監(jiān)測的概念

在智能變電站的大力建設和IEC61850標準深入推廣應用的情況下，國內(nèi)外對變電站一次設備的狀態(tài)監(jiān)測已做了充分的研究。隨著一體化調(diào)度自動化系統(tǒng)的部署，需要實現(xiàn)一、二次系統(tǒng)的同步建模、采集與分析。雖然目前調(diào)度自動化系統(tǒng)對二次設備的在線監(jiān)視與分析主要處理與解決的是繼保設備、故障錄波裝置的相關信息，但是二次設備的狀態(tài)檢修是未來智能變電站及站內(nèi)智能設備檢修的重要部分。而作為狀態(tài)檢修基礎的二次設備狀態(tài)監(jiān)測工作就勢在必行，亟待開展。對二次設備狀態(tài)監(jiān)測不同于一次設備狀態(tài)監(jiān)測——通常需要單獨安裝監(jiān)測設備來實現(xiàn)對主設備的監(jiān)測；由于微機保護已十分成熟，二次設備通常具備較強的在線自檢和通信功能，因此無需另外安裝監(jiān)測設備，使用設備自身集成的自檢、通信功能即可完成狀態(tài)監(jiān)測的任務[2]。在IEC61850標準的統(tǒng)一規(guī)范下，綜合考慮二次回路負載及安全性，對二次設備實行嵌入式狀態(tài)監(jiān)測是合理且妥當?shù)摹?/p>

2.二次設備信息建模

在實施狀態(tài)監(jiān)測的過程中，首先需要對設備的信息進行建模。建模的目的是為了獲得各種設備運行過程中的狀態(tài)參數(shù)的規(guī)范表達。因此建模的要求是應對智能變電站內(nèi)所有設備進行統(tǒng)一建模，并使用統(tǒng)一的、被廣泛認可的標準來進行建模。在智能變電站中，二次設備已通過IEC61850標準實現(xiàn)了通信和互操作，針對二次設備的信息建模也多圍繞該標準，采用變電站配置言（Substation Configuration Language， SCL） 或統(tǒng)一建模語言（Unify Modeling Language， UML）進行。目前國家電網(wǎng)公司已著手開展智能變電站內(nèi)二次設備的信息建模工作，并形成了一些二次設備狀態(tài)監(jiān)測的標準。當前在智能變電站中實際開展的二次設備狀態(tài)監(jiān)測基本依靠網(wǎng)絡分析儀對GOOSE/SV/MMS報文的連續(xù)性、合法性、時延以及通信鏈路、網(wǎng)絡流量進行監(jiān)測和告警。而設備的自檢信息、二次回路信息等信息雖然能夠采集到，但并沒有通過報文上送，設計人員在變電站設計過程中也沒有將這些數(shù)據(jù)列入虛端子表中[3]。

2.1二次設備信息建模的研究現(xiàn)狀

研究人員在二次設備信息建模方面進行過一些研究。有關研究將過程量、開關量、特征量根據(jù)IEC61850標準進行建模，客戶端通過主動召喚和報告相結合的方式獲取IED數(shù)據(jù)。還有相關研究結合二次設備狀態(tài)監(jiān)測的實際特點和功能需求，采用面向?qū)ο蟮慕＜夹g，主要監(jiān)測了站內(nèi)二次設備和二次回路，以及設備的銘牌、標識和健康狀態(tài)；提出了一種把變電站整個二次系統(tǒng)和二次回路作為統(tǒng)一監(jiān)測對象整體來建模的思想。

2.2一種交換機及網(wǎng)絡拓撲建模方案

以交換機及站內(nèi)網(wǎng)絡拓撲建模為例，在目前智能變電站專用交換機尚未投入實際應用，而二次設備狀態(tài)監(jiān)測又需要交換機及網(wǎng)絡拓撲的情況下，本文提出以下建模方案。針對一般的通用交換機，其建模目的可暫不要求向外報告自身狀態(tài)，如接口的光功率、網(wǎng)絡流量等等，而著重于對網(wǎng)絡拓撲和設備物理連接關系的描述。根據(jù)相關標準，可以利用IEC61850-6中規(guī)定的節(jié)點來描述設備之間的物理連接關系。

3.二次設備狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析處理

目前針對智能變電站二次設備狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)的處理的研究對象主要為變電站網(wǎng)絡中的告警、變位報文，從狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的設計、警報處理和故障診斷等角度開展。

3.1在線式自我狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)

在線式自我狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的架構，該系統(tǒng)利用設備自檢和設備之間的互相監(jiān)測來實現(xiàn)二次設備的嵌入式監(jiān)測。該系統(tǒng)的架構是一種總線型架構，即間隔層各種二次設備將采集到的狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)通過運行服務總線（Operation Service Bus，OSB）發(fā)送到監(jiān)控后臺，由監(jiān)控后臺進行狀態(tài)評估、故障診斷、健康狀態(tài)可視化等功能。提出了將二次設備狀態(tài)監(jiān)測分為分布式和集中式兩種形式，并就集中式的監(jiān)測提出了比較雙套保護裝置的相同間隔的采樣值、開關量、狀態(tài)量以判斷裝置是否存在故障的方法。

3.2自我狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)

自我狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)在針對常規(guī)二次設備運行狀態(tài)數(shù)據(jù)進行狀態(tài)分類、故障診斷時主要采取比較法和趨勢分析法，對SV、GOOSE等智能變電站特有的報文監(jiān)測時，主要針對其報文連續(xù)性和報文正確性，按照報文序列應有的規(guī)則進行監(jiān)測和告警。

4.結論

狀態(tài)檢測是一種可靠、經(jīng)濟的維護方式，狀態(tài)維護的正確有效實施需要先進的狀態(tài)監(jiān)測技術和準確的狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)作為支撐。本文討論了智能變電站二次設備狀態(tài)監(jiān)測的概念和目標。本文綜述了智能變電站二次設備信息建模的現(xiàn)狀及狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析與處理方法?；诂F(xiàn)有的標準和規(guī)范，提出了一種利用SCD文件中的節(jié)點來描述二次設備網(wǎng)絡拓撲的方法。分析了各種狀態(tài)監(jiān)測方法在智能變電站中的數(shù)據(jù)源、優(yōu)缺點及其各自的應用。

參考文獻：

[1]許婧.王晶.高峰等.電力設備狀態(tài)檢修技術研究綜述[J].電網(wǎng)技術.2015.24（8）：48-52.

[2]黃雅羅.黃樹紅.發(fā)電設備狀態(tài)檢修[M].北京：中國電力出版社.2016（22）：4-23.

[3]廖天明.我國狀態(tài)監(jiān)測技術和狀態(tài)檢修工作綜述[J].供用電.2016.29（4）：13-16.25.