劉 偉 胡光雄

（廣東交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 廣州 510400）

0 引言

智能變電站繼電保護(hù)在線運(yùn)檢能夠掌握實(shí)時(shí)的運(yùn)行情況，當(dāng)運(yùn)行存在異常情況時(shí)，就可以提前進(jìn)行防范和處理，避免運(yùn)行故障對(duì)電力系統(tǒng)的不良影響。傳統(tǒng)的運(yùn)檢工作由人工進(jìn)行，不僅對(duì)運(yùn)檢人員的專業(yè)能力要求較高，還需要投入大量的物力和財(cái)力，一旦運(yùn)檢人員存在漏檢誤檢、錯(cuò)誤操作、欺上瞞下等行為，將產(chǎn)生極大的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。在線運(yùn)檢可以減少人工運(yùn)檢的工作量，并達(dá)到更為嚴(yán)格和規(guī)范的運(yùn)檢效果，有助于電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行。

1 在線運(yùn)檢的需求及可行性

1.1 在線運(yùn)檢的需求

在線運(yùn)檢的需求可以分為3個(gè)部分，第一個(gè)部分是對(duì)繼電保護(hù)狀態(tài)的全面監(jiān)測(cè)，需要在原有運(yùn)檢項(xiàng)目的基礎(chǔ)之上增加繼電保護(hù)狀態(tài)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，提升監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確性和時(shí)效性，使在線運(yùn)檢更真實(shí)和全面地掌握繼電保護(hù)狀態(tài)的相關(guān)情況。還需要對(duì)繼電保護(hù)狀態(tài)進(jìn)行打包檢驗(yàn)，保證繼電保護(hù)功能完好。并根據(jù)繼電保護(hù)不同組成部分的運(yùn)行情況，對(duì)潛在的異常問題或異常趨勢(shì)進(jìn)行分析。所以在線運(yùn)檢的首要需求就是了解繼電保護(hù)運(yùn)行是否良好，是否能夠準(zhǔn)確執(zhí)行運(yùn)行命令和運(yùn)行功能。

第二個(gè)部分是建立傳輸在線運(yùn)檢數(shù)據(jù)信息的通道，在掌握繼電保護(hù)整體和各組成部分的運(yùn)行狀態(tài)之后，需要將全部數(shù)據(jù)信息進(jìn)行匯總，運(yùn)檢人員可以根據(jù)數(shù)據(jù)信息明確繼電保護(hù)狀態(tài)的情況，還可以將數(shù)據(jù)信息作為參考依據(jù)，制定和適當(dāng)?shù)卣{(diào)整運(yùn)檢工作規(guī)劃。在線運(yùn)檢數(shù)據(jù)信息的傳輸必須保證實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性，才能避免運(yùn)檢工作出現(xiàn)滯后或誤差等問題，使在線運(yùn)檢可以掌握繼電保護(hù)狀態(tài)的準(zhǔn)確情況。

第三部分是完善在線運(yùn)檢的自動(dòng)化和智能化等技術(shù)特性，傳統(tǒng)的人工運(yùn)檢模式存在較大的弊端，在線運(yùn)檢要做好與科學(xué)技術(shù)的結(jié)合，通過在線運(yùn)檢實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)檢等功能，更符合智能變電站的性能要求，還具有相輔相成的促進(jìn)作用，提高運(yùn)檢工作的效率和質(zhì)量。

1.2 在線運(yùn)檢的可行性

與傳統(tǒng)變電站相比較，智能變電站的技術(shù)更加先進(jìn)，能夠?qū)崿F(xiàn)智能IED設(shè)備自檢、信息開放和信息共享、回路可檢測(cè)等功能，在此基礎(chǔ)之上，為繼電保護(hù)在線運(yùn)檢提供了更多的技術(shù)革新思路[1]。尤其是人工運(yùn)檢造成的問題屢見不鮮，可以通過智能變電站信息開放和信息共享等技術(shù)優(yōu)勢(shì)，加強(qiáng)對(duì)信息的利用，設(shè)置在線運(yùn)檢模式，可以掌握更多及時(shí)和有效的信息，完善在線運(yùn)檢的各項(xiàng)功能。

對(duì)在線運(yùn)檢運(yùn)行方式的可行性探討，可以從運(yùn)行方式的校驗(yàn)方面著手，在支持開放傳輸定值區(qū)號(hào)、配置文件版本號(hào)和硬軟件版本號(hào)等裝置的基礎(chǔ)之上，為相應(yīng)的運(yùn)檢項(xiàng)目采集運(yùn)檢數(shù)據(jù)信息，從而達(dá)到運(yùn)檢目的。還可以采用可記憶已校驗(yàn)運(yùn)行方式配置的裝置，一旦繼電保護(hù)狀態(tài)與配置存在差異時(shí)，就能夠立即發(fā)出示警，提醒運(yùn)檢人員進(jìn)行相應(yīng)的處理。

針對(duì)繼電保護(hù)狀態(tài)的檢驗(yàn)情況，可以在支持開放傳輸逆變電源電壓和裝置CPU溫度等信息的裝置基礎(chǔ)之上，掌握相應(yīng)運(yùn)檢項(xiàng)目的運(yùn)檢數(shù)據(jù)信息。但在進(jìn)行回路絕緣電阻檢查時(shí)，還需要采用工具進(jìn)行測(cè)量。進(jìn)行寄生回路的情況檢查時(shí)，需要通過不同回路狀態(tài)的模擬方式進(jìn)行檢查。進(jìn)行逆變電源暫態(tài)性能的檢查時(shí)，需要滿足特殊條件后才可以校驗(yàn)。所以部分設(shè)備的運(yùn)行情況難以采用在線運(yùn)檢的方式進(jìn)行，需要根據(jù)具體的情況采取其他運(yùn)檢方法。

為了保證在線運(yùn)檢能夠滿足運(yùn)檢需求，必須對(duì)在線運(yùn)檢功能執(zhí)行的正確性進(jìn)行校驗(yàn)。在傳統(tǒng)的運(yùn)檢方法中，由于所需的設(shè)備信息較為單一，可以通過停電離線運(yùn)檢的方式獲取。但電力一次系統(tǒng)和二次系統(tǒng)有較強(qiáng)的系統(tǒng)特性，不同設(shè)備和功能的信息之間都存在較大的相關(guān)性，可以將這個(gè)相關(guān)性作為在線運(yùn)檢的基礎(chǔ)，對(duì)不同設(shè)備和功能的信息進(jìn)行打包校驗(yàn)，使在線運(yùn)檢的信息采集、傳輸和保護(hù)等功能都可以實(shí)現(xiàn)。在支持開放傳輸警示信息或網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)監(jiān)測(cè)信息裝置的基礎(chǔ)之上，還可以對(duì)繼電保護(hù)狀態(tài)起到有效的監(jiān)視和保護(hù)作用。還可以通過不停電傳動(dòng)的方式，完成對(duì)功能執(zhí)行正確性的的校驗(yàn)。

由于設(shè)備運(yùn)行環(huán)境會(huì)對(duì)運(yùn)行情況產(chǎn)生較大的影響，所以對(duì)運(yùn)行環(huán)境的校驗(yàn)也極為重要，需要采用人工的方式進(jìn)行運(yùn)檢。

2 繼電保護(hù)在線運(yùn)檢模式

2.1 基于保護(hù)配置信息的在線運(yùn)檢方法

開放保護(hù)配置信息可以掌握各保護(hù)之間的配合情況，尤其是繼電保護(hù)各個(gè)狀態(tài)是否存在異常問題，都可以及時(shí)了解，便于及時(shí)處理，運(yùn)檢思路如圖1所示。

圖1 基于保護(hù)配置信息的在線運(yùn)檢思路

通過智能變電站全站配置文件中的各類信息對(duì)保護(hù)配置信息進(jìn)行提取，還能夠掌握變電站一次系統(tǒng)和所有IED實(shí)例配置信息等信息，可以保證在線運(yùn)檢的順利實(shí)施。

2.1.1 IED設(shè)備desc信息

可以從信息中了解到各間隔保護(hù)配置的情況，包括IED命名和設(shè)備類型等。對(duì)IED設(shè)備和一次系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的情況，都可以通過SCD文件得到明確。

2.1.2 LN定值數(shù)據(jù)屬性

LN定值數(shù)據(jù)屬性包括在保護(hù)邏輯節(jié)點(diǎn)中，對(duì)保護(hù)元件的保護(hù)范圍和保護(hù)之間的配合關(guān)系等情況，都可以通過對(duì)LN定值數(shù)據(jù)屬性的解析獲得。

2.1.3 IED設(shè)備信息之間的訂閱關(guān)系

每個(gè)IED設(shè)備的SV和GOOSE報(bào)文訂閱關(guān)系中都包括了大量的信息冗余關(guān)系與關(guān)聯(lián)關(guān)系，可以通過對(duì)IED之間虛回路的描繪分析得到明確[2]。例如某一線路的保護(hù)設(shè)備和測(cè)控設(shè)備的GOOSE報(bào)文都可以由SCD文件獲得，就表明冗余關(guān)系在這2個(gè)設(shè)備的開關(guān)量信息之間存在。

2.1.4 LN新增數(shù)據(jù)屬性

保護(hù)屬性信息可以在支持開放中間繼電器動(dòng)作狀態(tài)的智能設(shè)備基礎(chǔ)之上，從新增相關(guān)邏輯節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)屬性中獲得。例如對(duì)過流保護(hù)邏輯節(jié)點(diǎn)PTOc的選相元件屬性PhSel進(jìn)行擴(kuò)展，就可以通過監(jiān)測(cè)掌握選相元件的動(dòng)作情況。保護(hù)配置信息的獲取可以對(duì)SCD文件進(jìn)行解析，再采用此邏輯分析和一致性比較等在線運(yùn)檢方法，掌握準(zhǔn)確的運(yùn)行狀態(tài)信息。

2.2 基于全景信息開放的在線運(yùn)檢系統(tǒng)

如圖2所示，可以將上述在線運(yùn)檢方法進(jìn)行結(jié)合，建立起基于全景信息開放的在線運(yùn)檢系統(tǒng)，滿足各項(xiàng)在線運(yùn)檢的需求。

圖2 在線運(yùn)檢系統(tǒng)架構(gòu)示意圖

主站和信息采集單元作為系統(tǒng)中的主要結(jié)構(gòu)，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的分析和指揮都由主站完成，對(duì)所需狀態(tài)信息的采集都由信息采集單元完成。整個(gè)系統(tǒng)在站控層和過程層中進(jìn)行跨接，保證在線運(yùn)檢系統(tǒng)能夠?qū)Ω鱾€(gè)間隔層設(shè)備、一次設(shè)備、站控層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、過程層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，可以采用 SCD 文件輸入的方式獲取保護(hù)配置信息。

全景開放的所有信息都可以作為在線運(yùn)檢系統(tǒng)的有力支撐，對(duì)信息進(jìn)行分類可以了解設(shè)備狀態(tài)和運(yùn)行狀態(tài)，獲取保護(hù)配置等信息集。尤其是信息集內(nèi)包括了若干信息類別，可以采用不同的在線運(yùn)檢方法對(duì)不同類別的信息進(jìn)行處理，能更全面和實(shí)時(shí)地掌握狀態(tài)中潛在的異常問題，避免異常的擴(kuò)大和加劇。

2.3 繼電保護(hù)運(yùn)檢新模式

傳統(tǒng)運(yùn)檢的應(yīng)用歷史較長(zhǎng)，積累了大量的運(yùn)檢經(jīng)驗(yàn)，雖然在線運(yùn)檢的技術(shù)性較強(qiáng)，但是在部分運(yùn)檢項(xiàng)目中，在線運(yùn)檢的劣勢(shì)也更為明顯，仍然需要采取傳統(tǒng)運(yùn)檢的方式進(jìn)行運(yùn)檢。建立繼電保護(hù)運(yùn)檢新模式可以綜合在線運(yùn)檢和傳統(tǒng)運(yùn)檢的各方面優(yōu)點(diǎn)，對(duì)二者的不同之處進(jìn)行協(xié)調(diào)，充分發(fā)揮出二者的優(yōu)勢(shì)，彌補(bǔ)各自的不足。繼電保護(hù)運(yùn)檢新模式如圖3所示。

圖3 繼電保護(hù)運(yùn)檢新模式

當(dāng)系統(tǒng)處于正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，繼電保護(hù)運(yùn)檢新模式可以通過信息單元采集層獲取設(shè)備狀態(tài)信息，再根據(jù)獲取的信息進(jìn)行繼電保護(hù)設(shè)備的在線運(yùn)檢[3]。當(dāng)系統(tǒng)存在運(yùn)行異常時(shí)，獲取的異常信息就會(huì)提示異常報(bào)信信息的傳送，提醒運(yùn)檢人員對(duì)設(shè)備運(yùn)行問題進(jìn)行處理。還需要結(jié)合日常巡檢和定檢項(xiàng)目等傳統(tǒng)運(yùn)檢方式，對(duì)裝置外觀和回路絕緣電阻等無法在線運(yùn)檢的項(xiàng)目進(jìn)行運(yùn)檢，通常將傳統(tǒng)運(yùn)檢的周期固定為每日巡檢和三年定檢等。

一次系統(tǒng)的運(yùn)行故障會(huì)引發(fā)繼電保護(hù)的正確動(dòng)作，此時(shí)繼電保護(hù)系統(tǒng)的各類運(yùn)行狀態(tài)信息將采集到信息采集單元中，再與保護(hù)配置信息相結(jié)合，通過在線運(yùn)檢的基礎(chǔ)可以對(duì)繼電保護(hù)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

3 繼電保護(hù)在線運(yùn)維系統(tǒng)工程實(shí)踐

以2015年某市電網(wǎng)投運(yùn)的變電站的繼電保護(hù)在線運(yùn)檢系統(tǒng)為例，包括220kV和110kV變電站。數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)應(yīng)用層和數(shù)據(jù)展示層作為在線運(yùn)檢系統(tǒng)的主要組成部分，承擔(dān)起在線巡檢的不同功能。

從功能架構(gòu)可以看出，IEC61850和GOOSE/SV配置等全站數(shù)據(jù)配置都可以通過變電站SCD文件向在線運(yùn)檢系統(tǒng)導(dǎo)入，還可以將所有數(shù)據(jù)存入二次路模型庫(kù)中，為后續(xù)的監(jiān)測(cè)和分析提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。了解變電站各層網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備狀態(tài)信息，也可以通過在線運(yùn)檢系統(tǒng)在變電站站控層網(wǎng)絡(luò)和過程層網(wǎng)絡(luò)的跨接進(jìn)行采集。例如IEC6185通信可以為在線運(yùn)檢系統(tǒng)提供設(shè)備狀態(tài)和壓板狀態(tài)等信息，滿足對(duì)繼電保護(hù)和相關(guān)設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)測(cè)需求。GOOSE和SV等報(bào)文的采集可以滿足對(duì)二次回路狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和校驗(yàn)的需求。

3.1 數(shù)據(jù)采集層

數(shù)據(jù)采集測(cè)層的功能作用極為關(guān)鍵，具體可以分為3個(gè)模塊：對(duì)各個(gè)裝置設(shè)備狀態(tài)的采集由IEC61850前置采集模塊進(jìn)行，能夠掌握保護(hù)裝置和智能終端裝置等裝置的狀態(tài)情況；在線捕捉報(bào)文信息并對(duì)報(bào)文格式和內(nèi)容進(jìn)行解析由報(bào)文采集與分析模塊進(jìn)行；完成文件導(dǎo)入和終端信息配置由二次回路配置模塊進(jìn)行。

3.2 數(shù)據(jù)應(yīng)用層

數(shù)據(jù)應(yīng)用層需要達(dá)到較高的準(zhǔn)確性標(biāo)準(zhǔn)，具體可以分為3個(gè)模塊：對(duì)采集模塊的設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行處理的是設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊，通常采用綜合分析的方式，可以對(duì)設(shè)備運(yùn)行的情況進(jìn)行科學(xué)評(píng)估，如評(píng)估設(shè)備運(yùn)行處于異常狀態(tài)，針對(duì)異常情況進(jìn)行處理；對(duì)報(bào)文分析數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的是二次回路狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊，通常采用數(shù)據(jù)綜合分析的方式，可以掌握二次回路物理鏈路和邏輯鏈路的狀態(tài)；二次回路模型庫(kù)中包括設(shè)備和交換機(jī)的部分是物理鏈路，包括邏輯信號(hào)和智能設(shè)備的部分是邏輯鏈路[4]。

3.3 數(shù)據(jù)展示層

數(shù)據(jù)展示層可以幫助運(yùn)檢人員掌握數(shù)據(jù)的實(shí)際情況，根據(jù)數(shù)據(jù)顯示的不同類別可以分為4個(gè)模塊，包括設(shè)備狀態(tài)異常模塊、鏈路狀態(tài)異常模塊、邏輯鏈路圖形化模塊和物理鏈路模型化模塊。后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)還可以對(duì)在線運(yùn)檢系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集和處理等功能進(jìn)行監(jiān)管，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)一體化的監(jiān)管作用。

4 結(jié)語(yǔ)

繼電保護(hù)在線運(yùn)檢能夠充分滿足智能化變電站繼電保護(hù)的運(yùn)檢需求，既能夠掌握繼電保護(hù)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，避免運(yùn)行異常的情況，又能夠幫助運(yùn)檢人員對(duì)運(yùn)行趨勢(shì)進(jìn)行分析，提前對(duì)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行防范，提高電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性。但在線運(yùn)檢還需要與傳統(tǒng)運(yùn)檢方式相結(jié)合，確保繼電保護(hù)運(yùn)檢的全面性，提高繼電保護(hù)運(yùn)檢的質(zhì)量和效率。