摘要：介绍了二次设备在线监测及智能诊断的技术实现思路、体系架构，提出并分析了工程实施中设备配置及具体功能实现方案，通过二次回路的链路、协议、模型等多角度多方位的分析得出故障定位判定逻辑。研究结果对二次设备在线监测与智能诊断的实施具有借鉴和指导意义。
关键词：智能变电站；二次设备；在线监测；故障诊断
智能变电站近些年大量投运，在电网中所占比例越来越重，是电网未来发展的主要方向。智能变电站中引入了大量通信技术和网络技术，增加了变电站（尤其是保护系统）运维的不可控性，如何充分利用变电站数字化、标准化的特点，将劣势转变为优势，实现对二次系统运行状况的掌控，真正发挥智能变电站的优势，成为了一个重要的课题。
1二次设备在线监测及智能诊断的技术实现
思路系统通过网络采集智能变电站三层设备的运行、自检信息以及两层网络连接状态、实时流量及负荷、通信状态等信息，并对采集的数据筛选优化，实现二次系统的在线状态监测；根据全站SCD配置文件，并结合采集、筛选优化的应用数据，利用专家诊断系统实现事故及二次设备的故障智能诊断，为运行检修维护管理提供决策依据。其功能逻辑如图1所示。
1.1应用数据采集
对智能变电站二次系统(含三层设备两层网络)的应用数据信息进行采集。采集的信息含开关遥信变位信息、SOE事件报文信、保护配置信息及保护动作信息、故障录波信息、二次设备的装置自检及运行状态信息、服务器的CPU负荷率、内存使用率、硬盘使用率、网络通信状态、网络实时流量、网络实时负荷、网络连接状态信息。
1.2功能实现
系统功能主要包括二次设备在线状态监测和故障智能诊断。二次设备在线监测功能监视二次装置的自检、运行状态、告警、对时状态信息，实现对网络连接状态、实时流量及负荷、通信状态等信息的实时采集和统计，并对数据进行筛选优化；当继电保护动作、二次设备发生故障或异常时，智能诊断功能通过对采集到的相关站内状态数据进行整合，依据专家系统进行智能诊断分析，并将诊断结果进行可视化展示和上传。
3智能变电站二次设备在线监测和智能诊断的工程实施方案
3.1厂站端实施方案
变电站端的二次设备状态监测和诊断装置由数据采集单元和数据管理单元两部分组成。装置在安全区划分上按安全I区防护。
3.1.1数据采集单元
数据采集单元包含数据采集和过程层数据记录的功能。相量计算及故障录波，实时解析SV、GOOSE、PTP报文，根据配置的通道映射关系，完成各模拟通道U、I、P、Q、功率因数、F、谐波等的计算以及开关量通道的状态采集，同时依据设定的故障录波启动判据，实时监测系统状态，满足条件后启动暂态数据记录，实现系统的故障录波功能，并将启动事件及故障测距结果上送至管理分析单元。过程层网络报文统计及记录，具备完备的原始报文解析、统计功能，将SV、GOOSE、PTP报文按配置的控制块分类进行字节流量、包流量、SV离散度超差、SV序号跳变、SV失步、双AD异常、GOOSE实变、GOOSE虚变、链路中断、网络风暴等异常计数进行分类统计，并根据设定的异常条件形成异常事件，上传至分析管理单元。交换机管理功能，与交换机进行MMS或者SNMP协议通信，获取交换机的实时信息，从而进一步分析过程层网络的状态。
3.1.2数据管理单元
解析SCD文件，生成基于APPID的报文交互逻辑，下装至交换机；从交换机获得报文交互路由表，生成虚拟二次回路图和网络拓扑图。1)二次设备及二次回路状态监测功能。接收数据采集单元采集、筛选优化的各种数据信息；收集并分类管理装置上送的二次回路实时监测信息，并显示实时状态信息；实时监视在系统中配置的SV控制块、GOOSE控制块、PTP报文、其它网络报文等的总流量、报文速率、断链、异常等统计信息，当满足设定条件的异常情况出现时，给出相应的告警条目。同时还对各单元的运行工况、对时状态、存储状态等进行实时监测显示；网络通信状态分析通过直接采集过程层网络报文，并在线分析报文数据；实时监视及分析网络通信状态。2)二次设备SCD模型文件管理。获得二次设备SCD模型文件，包含二次系统配置信息、过程层虚回路与软压板逻辑关系、网络拓扑、二次回路虚端子连接等；辨识模型变更，全站SCD文件变更后，保证更新后继电保护SCD模型文件的正确性并进行人工确认。3)二次系统可视化。以可视化的方式直观展示二次设备检修及虚回路的连接状态；图形化显示的回路包含交流回路、跳闸回路、合闸回路、失灵启动回路、联闭锁回路、相应软压板状态及回路功能描述等；根据全站SCD模型自动生成新增设备在线监测信息展示画面。4)二次系统智能诊断。二次系统智能诊断包括监测预警、故障定位功能。监测预警功能通过监视二次装置及网络的运行工况、异常告警及自检信息，实现对装置硬件、网络及二次虚回路的健康状态评估、故障预警；当继电保护动作、二次设备发生故障或异常时，依据专家诊断系统进行智能诊断分析，实现二次装置硬件及二次回路的故障定位。
3.1.3工程实施的设备配置及组屏方案
1)系统设备配置及组屏。数据采集单元按过程层网络及所需接入二次设备数量配置。数据管理单元220kV及110kV电压等级单套配置，其中110kV电压等级数据管理单元与数据采集单元集成配置，500kV双重化配置。数据管理单元同时接入配置的全部数据采集单元，具备对于数据采集单元的配置、管理功能。按照变电站电压等级及工程规模，二次设备在线监测一般设置为1～2面屏柜，每面屏包含1～2个采集单元+1个管理单元+键盘+显示器+鼠标。2)应用智能交换机。基于智能变电站数据报文的可识别性、报文交互逻辑的规范性和确定性，智能交换机实现了智能站报文基于应用功能的确定性交换，在网络上实现了报文的点对点传输，解决了IED设备的网络配置管理以及虚拟二次回路状态的在线监测问题；并能接受管理单元下装的基于APPID的数据交互路由表，自动识别IED设备，设备迁移时(如改变接入或接口)能自动识别及切换链路，无需人工配置，报文的交换关系是确定的，报文按照路由表进行点对点定向传输；对传输的质量和状态进行监测，异常情况会向管理单元传送告警信息。
3.2主站端实施方案
厂站端状态监测信息直接发送给站内I区数据通信网关机，利用现有通道将状态监测信息上送到主站端D5000。目前，国调新一代的调度技术支持系统D5000已开发完成。主站端的二次设备在线状态监测及故障智能诊断功能集成于实时监控与预警应用平台中，但目前该应用仅实现对接收到的厂站端状态监测信息，按照继电保护信息专业分类、数据类型分类、告警等级的不同，进行分别数据处理及展示，远景功能尚需扩展、完善。
结束语
作为智能变电站中的新型二次设备，二次设备在线监测和智能诊断系统目前总体尚处于探索研究阶段，装置和回路的相关设计原则和入网检测、采集以及上送调控主站的信息表、与目前站内功能存在重叠的保护信息子站、网络记录分析仪等系统的关系及功能定位尚需结合调控一体化集中监控的需求进行进一步的细化和规范。调度主站端的相关功能模块也需要结合远景的需求不断研发、完善。
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论文作者:范道虎,王亚丽
论文发表刊物:《电力设备》2017年第18期
论文发表时间:2017/10/30
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