基于智能變電站的二次回路故障定位技術要點分析

王天宇

（國電南瑞科技股份有限公司）

0 引言

隨著電力系統的不斷發展和智能化程度的提高，智能變電站逐漸成為電力系統的重要組成部分。智能變電站的建設和應用，可以提高電力系統的可靠性、經濟性和安全性，同時也能夠有效地降低電力系統的運行成本［1］。在智能變電站中，二次回路作為電力系統中最重要的信息傳輸通道之一，其正常運行對于電力系統的穩定運行至關重要。因此，二次回路故障的快速定位和及時處理，對于保障電力系統的可靠運行和提高電力系統的安全性具有重要的意義［2］。

從2009年開始，國家電網公司開始了智能變電站的試點建設，到現在為止，我國已經建成了大約5000多座。智能型變電站，包含一代智能型變電站與二代智能型變電站。智能化變電站因其系統集成度高，結構布置合理，在經濟、節能、環境保護等領域已有較好的應用前景。但是，在實踐操作過程中，也出現了許多問題。尤其對于智能化變電站系統的運行維護而言，其維護工作量大、維護費用高已成為制約其發展的主要因素。因此，研究基于智能變電站的二次回路故障定位技術，成為了當前電力系統領域中的一個熱點問題。本文旨在分析智能變電站二次回路故障定位技術的要點，介紹二次回路故障定位技術的原理和實現方法，并重點分析智能變電站二次回路狀態定位技術的要點。通過對智能變電站二次回路故障定位技術的深入研究，能夠為電力系統的安全穩定運行提供技術支持，促進電力系統的智能化建設和發展。

1 智能變電站二次回路分析

1.1 智能變電站二次回路結構

智能變電站二次回路是電力系統中重要的組成部分，其主要功能是對電力系統進行監測、控制和保護。智能變電站二次回路結構主要包括電壓互感器、電流互感器、保護繼電器、遙信、遙控、遙測等組成部分。其中，電壓互感器和電流互感器主要用于將高壓電力系統的電壓和電流信號轉換為低壓信號，以供保護繼電器等設備進行處理和判斷。保護繼電器則是智能變電站二次回路的核心部分，其主要作用是對電力系統進行保護，一旦出現故障情況，保護繼電器能夠及時地進行判斷和動作，以保證電力系統的安全和穩定運行。

在110kV以上電壓等級的智能變電站中，組合單元裝置已經不再使用。相反，智能變電站使用了一種新的二次采樣回路結構，如圖1所示。

圖1 智能變電站二次回路結構

這個結構允許二次保護裝置直接TA和TV變壓器二次側采集電壓信號［3］。開關和斷路器的位置觸點通過一系列的二次連接傳輸到智能終端，智能終端將開關和GOOSE報文進行轉換，并通過光纖將數據傳輸到二次保護和測控裝置。這種新的結構可以提高智能變電站的效率和可行性，因為它可以減少不必要的設備和傳輸路徑，從而使信號的傳輸更加可靠和高效。同時，在二次保護和測控裝置中，可以使用先進的算法和技術，對信號進行處理和分析，以快速地檢測并應對任何故障或告警情況，從而最大限度地保護電網的安全和穩定運行。

1.2 二次回路故障診斷方法

智能變電站的二次回路故障診斷方法可以分為三種，即SV結點故障診斷方法、交流回路故障診斷方法和保護效應故障診斷方法。首先，SV結點故障診斷方法是通過監測SV結點的電壓信號來判斷故障類型。當SV結點電壓異常時，系統會根據異常狀態進行相應故障診斷。這種方法主要適用于單個信號異常的故障情況。其次，交流回路故障診斷方法是通過檢測各種交流信號（如電流、電壓、頻率等）的變化來判斷故障類型［4］。當交流信號發生異常變化時，系統會根據異常狀態進行故障診斷，此方法適用于多個信號發生故障的情況。最后，保護效應故障診斷方法是通過檢測保護裝置的輸出信號（如開關量、模擬量等）來判斷故障類型。當保護裝置輸出信號異常時，系統會根據異常狀態進行故障診斷。此方法主要適用于保護裝置發生故障或誤動作的情況。

在智能變電站啟動運行后，二次回路的會對設備進行實時監控，檢測數據參數的變化和異常情況。當發現故障時，系統會評估隱性故障的類型，并選擇合適的故障診斷方法。進一步診斷故障，確定故障位置并消除故障，以確保智能變電站的正常運行。

2 二次回路故障定位技術原理

二次回路故障定位技術通過遠程無線控制和閉環測試的技術來實現，其工作原理如圖2所示。

圖2 智能變電站二次回路故障定位技術原理

二次回路故障定位技術的實施過程主要分為三個部分，即信號采集、信號處理和信號檢測［5］。首先，變電站二次側的數據，如電壓、電流、開關狀態等，由智能變電站的各種傳感器和采集設備采集，并將數據傳輸到控制中心進行分析。其次，信號處理和分析算法被用來對收集到的信號進行過濾和采樣，并對其進行分析和診斷，以確定故障的位置和類型。最后，針對不同的故障類型及其發生區域設計適當的維護對策，使二次回路能夠正常運行。二次回路故障定位技術快速、準確，對提高智能變電站運行的可靠性和穩定性，減少停電次數，降低經濟損失具有重要意義。該系統自動化程度高，操作簡便，可靠性強。但是，目前的二次回路計量技術還存在一些局限性，主要表現在對計量技術要求高、設備投資大、計量數據處理和分析不足等方面。因此，在今后的工作中，有必要改進和優化變壓器二次側的故障定位技術，以提高變壓器二次側的效率和經濟效益。

3 二次回路故障診斷定位

3.1 SV鏈路定位診斷應用

如前文所述，在出現SV鏈路異常的情況下，保護裝置通過車站控制層MMS發送適當的鏈路斷裂報警信息，這些信息可以被網絡信息分析設施檢索到。通過發送方和接收方之間的鏈路比較可以用來檢測網絡跳環。然而，用鏈接比較法無法進行直選回路與SV網絡選擇端口的偵測，所以要定位故障位置相當困難。解決這種情況的辦法是，通過列出所有可能的故障點，并結合網絡中的其他次級電路設備，預先確定每個故障點的概率。在大多數情況下，不可能獲得直接跳躍電路的比較信息，所以通常使用設備上發送的警報來定位相應的故障［6］?？偟膩碚f，整個診斷策略如圖3所示。

圖3 SV鏈路定位診斷策略

3.2 交流回路狀態診斷應用

根據交流電量來確定是否需要對二次回路的交流電量進行在線監測，交流電量的采集主要是利用設備和報文記錄分析設備進行。目前，大多數智能變電站使用兩個ADC來補充兩個保護回路的相應采樣。設備將兩個DUT的采樣數據發回系統，然后對兩個DUT的采樣數據進行比較，進行診斷。如果兩者的相對誤差在閾值之內，則認為二級保護功能正常。如果經過比較，相對誤差超過了一定的閾值，那么兩組中至少有一組被認為是不正常的，并指出相應的錯誤回路。通過比較傳輸到SV（網絡信息記錄和分析設備）和MMS（設備）的采樣值，可以確定SV的二次回路的采樣是否正常。如果它們之間的最大差值達到一定的閾值，則表示該回路工作正常。如果超過了這個閾值，則認為回路中存在相應的異常。診斷交替環路狀況的方法如圖4所示。

圖4 交流回路狀態診斷方法

3.3 保護動作診斷

保護干預故障診斷方法以設備的監測狀態為考核指標，按照一致性原則，保證設備需求不會偏離設備檢測的既定目標。通過對模擬量和校驗開關量的比較，判斷保護裝置發出的保護動作的正確性，同時也保證了保護裝置的運行時間。如果保護裝置的保護動作超出了正常范圍，那么就可以斷定保護裝置存在問題［7］。通過比較模擬值、開關值和正常值，檢測出不同的量來進行診斷，這樣就可以判斷出保護動作是否不正確，開關是否跳閘，提示系統處理故障。如果系統不能自行處理，就需要人為干預，向系統發出指令，這對整個系統的維護有很大幫助。

4 智能變電站二次回路狀態定位技術要點分析

4.1 物理鏈路的故障定位

在智能變電站中，物理鏈路的故障定位是一種重要的二次回路故障定位技術。物理鏈路指的是二次回路中各個設備之間的連接方式和布局。物理鏈路的故障定位方法是通過對連接線路的電壓、電流等參數進行測量，分析故障點的位置和類型，最終實現故障點的定位。通信鏈路的一般等效如圖5所示。

圖5 通信鏈路的一般等效

當智能站的二級電路發生故障時，站內大量的設備會產生大量的報警信息。由于通信傳輸往往涉及多個連接，如設備、印刷電路板、光纖和開關，在特定接收器發送的報警信息中，很難分析出故障的來源。監測二級環路的狀態，可以結合整個系統的鏈接狀態和過程層通信網絡的拓撲特征來估計單個鏈接的故障概率，從而實現準確的故障定位。

4.2 邏輯鏈路的狀態分析

在智能變電站的二次回路中，邏輯鏈路是指由開關、保護裝置和監控裝置等組成的通信鏈路。邏輯鏈路的狀態分析是指利用邏輯鏈路所傳輸的信息進行故障定位的方法。

在此基礎上，提出了一個基于虛擬終端的虛擬二級電路模型。該電路包括樣本值（SV）輸入和輸出、一般對象演化（GOOSE）輸入和輸出以及網絡地址分配。根據IEC 61850標準，GOOSE和SV消息不僅傳輸配置信息，還傳輸通信信息，從而消除了獲得二次電路狀態特征的盲點，并實現了對邏輯互連通信的實時監控。利用MAC地址和APPD，過程級設備之間的通信請求信息可以用GOOSE和SV數據包進行唯一的識別，過程級設備之間的通信關系可以用SCD技術進行詳細描述。SCD 配置文本包含發送方的GOOSE、SV控制塊和相應的數據集：GOOSE、發送方SV控制塊的MAC地址和接收方與發送方之間虛擬環路狀態的APPID。

對于保護裝置而言，配置文本CD的例子，記錄了這個設備的虛擬電路連接信息。LN中的輸入信息，前綴為GOOSE輸入（GON）和SV輸入（SVN），元素為 IEDName、 LDInst、 InClass InInst、 doName、daName、前綴等，獲得了創建過程層發送器拓撲結構和虛擬電路信息表。對二次回路的邏輯鏈進行監測，利用過程層網絡定期讀取GOOSE和SV數據包，重構數據包中的虛擬回路配置信息，并與SCD配置信息進行比較，以保證一致性，在出現異常情況時及時報警。如圖6所示，監測二次回路的邏輯互連是對智能變電站二次回路建設過程的補充，是其邏輯驗證的重要組成部分。

圖6 邏輯鏈路在線監測示意

邏輯鏈路的狀態分析具有定位準確、速度快、操作簡單等優點。但是，它也存在一些不足之處，例如可能會受到通信鏈路不穩定、監測裝置故障等因素的影響，從而導致定位不準確或者無法定位故障。綜上所述，邏輯鏈路的狀態分析是一種非常有效的二次回路故障定位方法，但需要考慮到其存在的不足之處，并結合其他故障定位方法，以提高故障定位的準確性和可靠性。

5 結束語

智能變電站的二次回路經常發生各種類型的故障，其原因多種多樣，既有人為因素，也有外部因素的影響一旦發生故障，對電網系統的整體安全會造成巨大的威脅。因此，為了提高電網運行的可靠性和安全性，對智能變電站的二次回路故障定位技術要點進行深入分析和研究十分重要。作為電力系統中不可或缺的組成部分，智能變電站的二次回路是保證電正常運行的關鍵所在。