继电保护状态有哪几种 [继电保护二次系统状态在线监测]

　　摘要：本文针对国内电力系统继电保护在线监测技术发展现状，提出建立基于IEC61850标准的保护状态监视环境，与原来的继电保护二次系统构成闭环监测系统，以推进保护状态检修技术发展，并探索常规变电站数字化改造安全、可靠过渡方案。
　　关键词：在线监测；IEC61850；闭环监测；数字化
　　中图分类号：TM58文献标识码:A
　　引言
　　随着电网容量的增加，继电保护设备也在相应增加，由于国内电力系统继电保护是开放性系统，以往定期传动校验的做法已越来越不适应形势的发展。在线监测是实现状态检修的基础，本文针对浙江省杭州220kV凤川变科研试点的技术成果，深入探讨数字化继电保护的状态在线监测技术。
　　1 数字化在线监测技术简介
　　1.1现状分析
　　目前，国内对于电力系统二次回路的正确性检查是采用传动试验方法实现的，该方法存在的主要问题：
　　1)无法监视装置的交流输入回路和装置的数据采集回路；2)无法监视跳闸出口压板状态；3)无法监视常规操作箱的状态。
　　1.2解决方案
　　该方案是在原有的继电保护二次系统的基础上增加状态监测控制装置（综合测控）、全站数字录波装置、数字式采集单元（合并单元），把传统操作箱更换为智能操作箱，与原来的继电保护二次系统构成闭环监测系统，采用光缆和交换机实现信息传输，信息传输基于IEC61850标准[1]。
　　状态监测装置一方面通过合并单元直接在PT/CT端子箱采集交流信号和开关量信号，另一方面通过保护装置通信口采集信号和相关报告。利用PLC功能完成各种逻辑诊断，通过状态监测总控制器记录和分析结果的正确性，及时发现保护交流回路、控制回路的异常情况，并通过后台计算机接入保护故障信息系统远传到保护管理部门[2]。如图1所示。
　　图1保护状态在线监测原理图
　　2 数字化在线监测构成与特点
　　2.1基本构成
　　通过合并单元对模拟量的就地采集，规约转换器对保护装置接收模拟量和相关报告的转换收集，以及智能操作箱对状态量的采集等等，获取在线监测所需的数据信息，信息模型与传输基于IEC61850标准[3]，经过交换机的汇聚整理后提供给综合测控和网络故障录波分析记录，再传输到后台，由在线监测可视化系统进行逻辑判断、全局分析。
　　2.1.1数据信息采集
　　1)模拟量的就地采集
　　利用合并单元就地安装于PT/CT端子箱旁，同步采集保护装置的电流电压输入量，并按IEC61850-9-2格式上送给综合测控。就地安装确保能监测保护装置交流输入回路的状态，其它装置集中组屏。
　　为考虑安全因素，采用钳型测量装置采集交流电流信号，确保无损接入，这种采集器与电力系统无直接的电气上联接，安全可靠；交流电压信号采用并接方式接入，并在合并单元的接收端安装速断熔丝。
　　2)模拟量的转换收集
　　规约转换器通过保护装置通信口收集交流采样信号，并在内部转换成IEC61850标准信号，上送给监测分析系统，完成监测保护装置交流回路的状态。
　　3)状态量采集
　　智能操作箱代替传统常规操作箱，接收相应保护装置和测控装置的开入/开出状态量，在完成传统常规操作箱功能的同时监测保护二次回路，并采用GOOSE方式将变位信号送给综合测控，通过对监测运行信息的分析比较，以监测保护控制回路的状态。
　　智能操作箱对保护装置的信息采集所有连接全部采用空接点接入，它只获取信号，这种连接方式不对保护装置产生任何干扰，安全可靠。项目前期可采用智能操作箱与传统常规操作箱并列运行，各自二次回路完全独立，实现逐步安全可靠过渡。
　　4)其他信息采集
　　规约转换器在采集保护装置交流采样信号的同时，通过保护的通信口采集相关报告与录波文件，以便为后期的数据处理提供比对依据。
　　2.1.2数据信息汇聚和处理
　　对采集的数据信息要求唯一、同步、共享、标准。
　　交换机除了数据汇聚和信息交换功能外，还支持IEC61588时钟同步功能，供综合测控装置同步采样使用，确保综合测控装置与合并单元采样同步。
　　综合测控完成数据收集、处理、传输等功能，与监测分析系统采用IEC61850-8-1进行通信。
　　网络和故障录波实现网络报文记录、故障电流电压记录和分析功能。
　　2.1.3状态监测可视化
　　通过状态监测可视化软件对采集数据分析处理，完成各种逻辑判断，并且记录和分析结果的正确性。
　　1)状态监测可视化系统实现六角图显示和状态显示等功能；
　　2)实现保护元件PLC逻辑图的可视化；
　　3)对输入/输出回路在线监测装置的开入/开出状态量以及继电器接点的状态检修告警。
　　2.2系统结构
　　以一个220kV线路间隔为例，具体工程实施结构如图2。
　　图2保护状态在线监测系统工程结构图
　　2.3主要特点
　　（1）合并单元采集就地化
　　就地化的安装使现场施工极为方便，直接安装到PT/CT的端子箱，采用钳型采集器无损接入，通过采集装置测量交流电流信号并转换成光信号接入合并单元，保证数据采集的可靠性。这样对装置的抗干扰性、运行可靠性提出了很高的要求。
　　合并单元必须具有的特性：
　　1)满足环境条件要求的可靠硬件，高等级元器件，装置运行环境温度零下40度到零上70度；2)防水、防尘、抗振动设计；3)具有优异的抗干扰性能，安装于开关场时运行稳定；4)无整定值、固件或维护端口的硬件装置；5)通过标准化的借口消除过程的可变性；6)当外界同步脉冲丢失时，利用内部同步时钟仍可继续工作。
　　（2）智能操作箱代替传统操作箱
　　利用数字化技术实现操作箱的各种功能，兼容传统操作箱；操作回路结构简单，使用软件完成防跳继电器功能，实现出口继电器接点和出口压板的在线监测、状态检修以及数据远传功能。
　　（3）状态监测可视化软件的先进性
　　用户或服务工程师可通过监测状态可视化软件进行配置，以满足监测状态可视化的实际需求。首先应该能够对逻辑通道和通道组的属性进行配置，其中包括模拟通道的比例系数，开出的保持属性等；支持基本的运算和逻辑比较功能外，提供简单逻辑组态功能；能进行通道映射，将物理通道与逻辑通道进行映射关联，提高装置的硬件无关性；能进行功能集定义和功能集投退，可以根据需要退出部分实际现场不用的功能；能进行参数、定值管理以及定值映射，能够根据现场实际设置参数，提炼用户定值；能够收集显示装置运行时工程PLC逻辑图[4]的状态信息；能够导入变电站系统配置描述文件SCD（Substation Configuration Description）[5]，自动配置装置的通讯参数，GOOSE、SOE等信息；
　　3数字化在线监测分析与展望
　　3.1实用性分析
　　在不影响原有继电保护二次系统安全、可靠运行的基础上，通过信号的多点采集，与原有设备形成闭环监测系统，运用多种监测、逻辑判断手段，解决了传统保护二次回路状态监测难以实现的技术难题。
　　1)有效监视装置的交流输入回路和装置的数据采集回路。利用IEC61850标准建立全变电站光纤数字采集和录波系统与传统保护装置进行闭环分析，实现传统保护装置交流输入回路状态监视
　　2)有效监视出口压板状态。用CPU逻辑功能实现控制操作全过程的方案，使操作回路的结构只需用简单的开关量输入和开关量输出即可实现，取消了硬件结构上的防跳继电器，大大简化了操作回路的逻辑接线，减轻了现场工作人员的工作量，同时为保护实现状态检修提供了重要的应用基础。
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　　4)智能组件评估间隔内设备各板件的运行状态。使用智能操作箱更换传统常规操作箱，在完成传统常规操作箱功能的同时监测保护二次回路，通过对监测运行信息的分析比较，判断保护二次回路和操作箱回路是否正常运行。
　　5)综合测控、网络和故障录波装置、后台可视化系统全局分析、判断。后台分析系统，根据综合测控、网络和故障录波装置提供的全站信息，利用一定的判据，分析被监测间隔保护装置自身的可靠性，分析判断保护交流回路、控制回路的异常情况，并接入保护故障信息系统上送到保护管理部门。
　　3.2先进性分析与展望
　　目前，国内各网省公司都进行了数字化变电站试点，全国已建成一定数量的数字化变电站，未来，在智能电网建设的大背景下，数字化变电站快速发展与分阶段实现是必然趋势[6]。已建数字化变电站对IEC61850标准的应用程度和技术水平各不相同，有的仅在变电站层应用层的，也有在过程层试点的，还有结合电子式互感器应用的。
　　数字化变电站应当做到数字采集数字化、过程层设备智能化、数据模型标准化、信息交互网络化、设备检修状态化、设备操作智能化[7]。
　　数字化在线监测系统，对数据信息的建模完全基于IEC61850标准，传输采用标准以太网接口，支持IEC61850-9-2、GOOSE、IEEE1588、MMS标准规范[8]，具备互操作能力。目前的实现形式是，原有的保护装置/保护回路不变；就地化安装合并单元；用智能操作箱代替常规操作箱，在此基础上可设想进行有步骤的逐级过渡演变：智能操作箱同样就地化处理→数字化的保护/测控一体化装置与原有保护并列运行→完全取代原有保护二次系统。当前的在线监测可视化后台系统独立配置，以后的逐级演变中就变成集成在线监测功能的数字化监控系统。
　　如果按这种方式对传统变电站数字化进行改造，从闭环监测原有保护与回路，到增加保护功能并列运行，再到完整功能替换，平稳过渡，提高了保护可靠性，也是一种切实可行的改造方案。
　　4结束语。本文深入探讨了数字化在线监测在传统变电站中的应用，分析了如何实现常规变电站无法实现的监测功能，对实现手段、实现标准以及具体的功能要求都做出了详细说明，并展望这种变电站应用新技术的未来发展，确定其在未来智能电网建设、改造中的特殊意义。
　　参考文献
　　[1]高翔．数字化变电站应用展望.华东电力，2006年8月.
　　[2]韩祯祥．电力系统分析.浙江大学出版社，2002年.
　　[3]徐宁，朱永利等．基于IEC61850的变电站自动化对象建模.电力自动化设备，Vol.26，NO.3，2006.
　　[4]高翔，刘韶俊．继电保护状态检修及实施探讨.继电器，Vol.33，NO.20，2005.
　　[5]C.Hoga and G.Wong．EC61850:Open Communication in Practice in Substation- s，IEEE，2004.
　　[6]孙一民，李延新等．分阶段实现数字化变电站系统的工程方案.电力系统自动化，2007.
　　[7]高翔，张沛超．数字化变电站的主要特征和关键技术.电网技术，2006年8月.
　　[8]John Burger,Charles Sufana,Mark Adamiak,etc.Application Considerations of IEC61850/UCA 2 for Substation Ethernet Local Area Network Communication for Protection and Control.IEEE PSRC H6 Special Report,2005,May.
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