智能变电站二次设备的状态监测技术研究讲解

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1、技术与应用智能变电站二次设备的状态监测技术研究张晓华刘跃新刘永欣孙嘉邱俊宏（河南省电力公司，郑州；许继电气股份有限公司，河南许昌）摘要变电站的二次设备状态监测是实时监测继电保护等二次设备运行状况的重要手段，是变电站安全、稳定，可靠运行的重要保障。随着电网规模的发展，输电线路日趋复杂，继电保护装置也随之增多，需要监测的数据量、节点数量，通信通道量等大大增加，检修人员的工作量不断加大智能变电站技术的发展，特别是二次状态监测技术和集中式保护装置的应用，有效的解决了这一问题。本文就智能变电站的二次设备状态监测技术进行研究，并提出解决方案。关键词：智能变电站；状态监测；集中式数字化保护裔（，；，），：；

2、：引言近年来随着电网规模的快速发展，变电站和输电线路的数量越来越多，继电保护设备的校验工作量急剧增加，而各电力公司由于编制所限人员的增加很少，同时继电保护工作是一项技术性很强的工作，人才培养周期长，工作压力大，目前很多供电公司都存在继电保护人员超负荷工作的情况。如何使继电保护设备少检修、免维护，从而降低继电保护检验的工作量和维修成本。这就需要在变电站配置技术先进的状态监测设备。微机保护应用技术的迅速发展，使保护装置本身具备了很强的自检功能，但作为电网安全屏障的继电保护系统除装置本身，还包含交流输入、直流回路、操作控制回路等，状态检修范畴如果仅局限在保护装置本身将很难有实施推广的价值，对于保护的

3、状态检修必须作为一个系统性的问题来考虑，或者说状态检修如果能够包含交流输入、直流回路、操作回路等构成保护系统的各个环节，这样，才可能避免状态监测出现“盲点”，使保护状态检修技术有可能在实际应用中得到推广。常规的微机保护设备理论上可以实现对逆变电源、电流、电压输入回路、采样数据合理性、保护定值完整性、保护的输入输出接点、保护数据通信环节、执行回路可靠性等的监视。但是这种方式存在着监测的数据量大、节点数目多、通信通道量大的问题。随着智能变电站技术的发展，数字化保护装置，特别是集中式数字化保护装置的应用，状态监测技术被大大简化了。年第期电气技肃万方数据技术麻木文植到能变屯站，次发精们状态雌删技术进行

4、分析嘶觅，提解决方案，希掣对智能娈电站技术的髓艇冉月】坼助智能变电站的系统构成智能娈屯站技术导则”惜出智能娈电站的如定义：震刚先进、可扦、集成、低碳、环保的智能设备，以仝站信息数字化、通信平台网络化、信息托宁标准化为难丰要求，动完成信息采集、测量，控制、保护，最和监删等基本功能，井可报据需要支持电网宴时自动拄制、智能调辑、在线分析决策、动等高级功能的变电站。智能变电站系统可分山站挡层、问隔层和过程层由站级总线和过程总线完成舒层的信息交互各层之削的联系均可采用光缆或过程层采用光缆，站级总线来用电缆。导蚶强调对智能变电站高级应用功能的研究，强调互动般网取保护的智能变电站分层结构如图所示，囤智箭变电

5、站结构图站控雇站挖层包括动化系统、站域系统、通信系统和对时系统等设蔷。站控壕赏现向牟站或一个咀上的次蹬等的测量和控制助艟，完同数据采集和监视控制，操作闭镄咀殷同步耵精采燕、电能量采集、保扩信息特理等相关功能。间隔雇甜脏蹬备一般指琳电保扩装莆、测拄装霄利故障录波等一次吐蔷蛮现使州一铲附的数姑并上作媛碥改设备的功能。黼层通过光纤与过程联通信。过程廑过豫层乜吉敞吐蔷日【钾能组构成的智能殴薪、合并，错旋终完成立站电能丹配、电技市年第期变换、传输及测量、控制、保护、帚、状奋魁制等相黄功能。坎世备智能化的发艟和非常规互感器的应州满足叫隔层过程层之问；息通信光纤化、信息弛柯、准化的要求。就非常规漉互感器米讲

6、，撼十电磁感麻原理的罗科夫斯（）电子互感器和耩于磁旋光效应的碰光玻璃电予互感器或全光纤电子或互感器在电力系统的应用带来变电站技术形态的变革。电了互感器测量范围宽，精度高，圆没铁心无融饱和现象，二次电流不会发生畸变；由于光纤数字信号输出和信息共学技术不再有常规二次负载的担忧：电子互感器也小像常规揶杆需要多个次级线嘲体积小，重量轻绝缘可靠。集中式数字化保护整体构架智能变电站的集中式数字化保护装置遵循标准，基于过程总线和强大的软硬件甲台，将目前垒电站内多台间隔层的功能集中在一台上完成”，采用台来宴现原来需要按隔配置的多台宴现的功能。原米每个被抽象成为一个逻辑上实现保护、测挡功能的币兀，简称逻辑设备（

7、）每个保持功能上的相对独证性井通过统一的通信接口与其他设备进章亍交。整体系统构架如图所示。集成一体化保护一般按双套冗余配置。臣新型集成一体化架椅及应用高压线路集成一体化保护的示倒以线路州隔为例说明集中数宁化保护装置的犁。由丹集成体化保护测榨袈置实现若条线路的保护洲拄功能其中每个实现个“碥的保护驯扎功能并个问隔之问没数据通信相小影响。采用集成体化保护洲杯装咒方案，可以大量节省犍戳、解体数艟可节约占地面积。集中式僳护蜘嘲所示，万方数据蠹看霉孽孽。莩：雯。拳图高压线路集成一体化保护智能变电站的二次设备状态监测智能变电站中基于微电子、计算机技术、网络技术的继电保护设备其强大的“自检”能力为状态检修技术

8、的实现提供了良好的基础。智能变电站的继电保护装置二次电流、二次电压输入的方式不同于常规变电站，取而代之的是光纤以太网传输的数字采样值报文的输入：保护动作出口不再是跳闸、重合闸接点，而是光纤以太网传输的开关量信息。因此，二次设备的状态监测不同于一次设备，一次设备状态监测一般都需要安装另外的监测设备，对主设备进行监测；而二次设备由于继电保护及安全自动装置一般都具有在线自检功能及通讯功能，再加上考虑到二次回路的负载及安全性等因素，一般不另外附加监测设备，属于嵌入式状态监测。利用装置本身自检及装置之间的互相监测来实现在线监测。因此，建立变电站二次设备在线监测系统，必须着手开发具备全面监测状态信息的全新

9、的保护、自动装置及其他智能设备。技术与应用目前智能变电站继电保护装置需要监测的主要对象【】如图所示，包括：（）装置的电流、电压等通道的状态。（）装置的遥信、遥控等通道的状态。（）装置直流逆变电源的状态。（）装置本身自检如：擦写次数统计、扇区健康状况监测、是否出错、看门狗是否动作、装置的重启次数等。图二次设备监测对象智能变电站采用的数字化保护测控装置使二次设备的状态监测更为全面、可靠。由表可见，与常规变电站相比，智能变电站的二次设备状态监测有着明显的优势。表智能变电站的状态监测技术定期检修数字化站状态检修检验内容方法方法绝缘测量绝缘电阻表操作回路智能化，次同路由智能开关状态监测实现同化的程掉电试

10、验程序在线凋取，异常告警数据采集加载试验电流、电压接收以太网监视、采样异常检测开关量通过试验检查开入、开出收发以太网监视、开入异常检测定值核对保护运行时定值单在线调取，实时评估采样值输入保护电流、电压大小，相位及极性检验光纤接线，配置文件修改可监控，装置本身采样点序号检查分布式数字化保护装置的状态监测在智能变电站，标准为我们提供了数字化变电站的通信框架，由于采用电子式互感器、，一次的模拟信号转换为数字信号，传送到保护装置的是经过合并器加工的符合标准的以光纤为媒介的数字信号；保护动作后输出的不再是跳合闸接点，而是光纤以太网传输的信息，基于此标准实现继电保护状态监测则变得较为容易实现。分布式保护装

11、置实现单台的功能，以间隔为单位，不同的间隔配置独立的继电保护装置和过程层接口，重要间隔按双重化配置，如主变间隔、级以上线路、母线间隔等。之所以说数字化保护装置的状态监测更为容易实现，是因为电子式互感器的应用，进入保护装置的是光数字信号，二次电流、电压输入、采样不复存在，对数字采样部分实现状态监测更加容易。装置本身可以对接收的采样值报文进行监视，年第期电气技康万方数据技术与应用如有接收中断、丢数据帧、接收数据帧不正确等现象，立即告警采样异常即可。数字化智能开关的使用，使二次控制系统的操作回路通过软件编程的方式实现智能化，本身具备在线监测功能，继电保护状态监测不存在常规变电站操作回路无法在线监测的

12、瓶颈问题。保护的投退用软压板控制，不存在常规变电站连接片（压板）状态监测的困难。大量光纤取代铜缆，也不再需要回路绝缘状况监测（直流回路除外）。强大的以太网通信技术的应用，使数字化变电站继电保护设备的状态检修网络灵活、强壮、可靠性高。集中式数字化保护装置的状态监测集中式数字化保护装置可实现多台的功能，如图所示的线路集中式保护装置，包括了若干条线路的保护测控功能，为了增加可靠性和维护方便性，即使低电压等级，集中式保护一般按双套保护配置。相对分布式保护装置状态监测的技术实现，集中式数字化保护装置的应用，使得整个变电站的监测对象大大减少，而且状态监测实现也相对简单。以图为例，例如对线路保护装置的线路的

13、、通道的监测，由于集中式保护按双套保护配置，则可采用简单的比较法：比较双套保护装置的相同间隔（如线路插件）的采样值，当比值超过设定门槛时发出报警信号，据此认为其中一条甚至两条通道有异常；比较两台保护装置同一的信息，因为反应的是断路器和刀闸的位置等信息，而同一时刻的断路器的位置是一定的，因此比较法同样适用于通道的监视。不但双套保护配置为实现了装置自身的自检和装置之间的互检提供便利，而且集中式保护把原来分布式装置抽象为一个个，因此原来每台分布式装置所包含的电源监测功能、装置自检功能、软压板监测功能都集中到了一台中，这样不但减少了监测对象，也方便了检修人员的检修维护工作，大大减少了工作量。例如，相对

14、于按间隔配置的保电技肃年第期护，基于结构优化的集中式保护装置结构更为紧凑，电源数量极大减少，这使得二次设备监测的重点之电源监测的实现更为方便。结论二次设备的状态检修是变电站综合自动化技术发展的必然结果，二次装置的状态监测将有助于对设备的运行情况、缺陷故障情况、历次检修试验记录等实现有效的管理和信息共享，并为设备运行状况的分析提供了可靠的信息基础，将有助于合理地制定设备的检修策略，提高保护装置的用率，为电网的安全运行提供坚实的基础。智能变电站的全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为二次设备状态监测技术的发展和应用提供了有力条件，特别是集中式数字化保护装置的应用，减少了继电保护二次设备的

15、数量，优化了二次设备的结构，对继电保护二次设备监测实现更为有利。参考文献【】智能变电站技术导则】【】邱红辉电子式互感器的关键技术及其相关理论研究【】大连理工大学，【】易永辉基于标准的变电站自动化若干关键技术研究】浙江大学，【】徐广辉，李友军，王文龙等数字化变电站采样数据同步插值的设计】电力系统自动化，（）【】基于数字化采样的集中式保护装置【】电力系统自动化。，（）：【】吴杰余，张哲，尹项根等电气二次设备状态检修研究【】继电器，（）【】雷兆江，赵凯，康成华关于输变电设备状态检修周一期的探讨【】中国科技信息，（）作者简介张晓华（），男，高级工程师，电力系统及其自动化专业，常年从事电力系统规划、调度

16、运行、生产管理工作。刘跃新（），男，教授级高级工程师，常年从事电力系统规划、计划、生产管理工作。万方数据 智能变电站二次设备的状态监测技术研究作者：张晓华， 刘跃新， 刘永欣， 孙嘉， 邱俊宏， Zhang Xiaohua， Liu Yuexin， Liu Yongxin ， Sun Jia， Qiu Junhong作者单位：张晓华,刘跃新,Zhang Xiaohua,Liu Yuexin(河南省电力公司,郑州,450000， 刘永欣,孙嘉,邱俊宏,Liu Yongxin,Sun Jia,Qiu Junhong(许继电气股份有限公司,河南,许昌,461000刊名：电气技术英文刊名：ELECTRICAL ENGINEERING年，卷(期：2011(4本文链接：