CN103296757B - 基于多参量辨识的智能变电站二次系统故障判断方法 - Google Patents

基于多参量辨识的智能变电站二次系统故障判断方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于多参量辨识的智能变电站的二次设备故障判断方法,主要适用于符合IEC61850通信规约的数字化变电站,通过网络报文记录分析装置综合分析过程层、间隔层、站控层的各种告警信息、遥测数据、遥信状态等多维度参量,以原始报文为分析依据,以设备异常暂态记录、运行状态长期监测为手段,实时监测二次设备状态,实现对智能变电站二次系统的故障诊断和状态监控。通过运用该方法可以达到两方面的效果:一是对智能变电站的二次设备的正常状态进行监视,为状态检修提供背景数据和检修依据;二是异常状态辨识,实现快速故障诊断,为运检人员提供有效指导,提高智能站维护便利性。

Description

基于多参量辨识的智能变电站二次系统故障判断方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种基于多参量辨识的智能变电站的二次设备故障诊断及评估技术,主要适用于符合IEC 61850通信规约的数字化变电站。
背景技术
[0002] 随着我国电力行业的发展及新技术的应用,智能变电站成为未来变电站的发展趋势,并成为坚强智能电网中的重要组成部分。智能变电站是智能电网的关键环节,基本特征为一次设备智能化、二次设备网络化、运行管理自动化等。
[0003] 智能变电站二次系统实现方式与常规变电站有较大区别,运检人员对设备异常情况的辨别和处置手段也发生变化。智能化设备的自检功能虽然已经得到大幅提升,但仅依靠单一设备提供的信息难以定位故障点。
[0004] 当前数字化变电站普遍参照DL/T 860的三层结构进行设计和规划,过程层与间隔层、间隔层之间以SV和GOOSE报文交换采样数据、开关状态、控制命令,而间隔层装置与变电站监控系统之间以MMS报文交换事件、状态数据、控制命令。当前主要依靠网络报文记录分析装置(以下简称网分装置)来监测过程层与站控层的上述报文,而目前对网分装置的要求大多以分析单对象为主,例如某个MU发出的SV报文发送频率抖动、发送延时偏离、丢包、错序、重复,或者GOOSE状态是否变位等,对诸如此类特性进行分析、告警、存储报文数据,而现有的网分装置上已经可以实现这些功能。
[0005] 而如何对多参量进行横向比对、纵向校核以及远期预警,实现对二次设备及通信网络进行综合评估及异常诊断是智能变电站以及电力系统的安全稳定运行的亟待解决的命题。
[0006] 本发明利用智能设备网络化的特点,深度挖掘相关联设备的状态信息,通过多参量辨识的手段和专家库实现二次系统故障诊断,能够极大降低运维人员的技术门槛。另外,通过汇总智能化设备的运行信息,利用交叉比对、关键事件记录分析等手段,研究智能站二次系统状态评估技术,将为实现二次设备状态检修提供有力的数据支撑。
发明内容
[0007] 本发明的目的在于两个层面:一是正常状态监视,为状态检修提供背景数据和检修依据;二是异常状态辨识,实现快速故障诊断,为运检人员提供有效指导,提高智能站维护便利性。提出一种用于智能化变电站的二次系统状态评估方法,通过综合分析过程层、间隔层、站控层的各种告警信息、遥测数据、遥信状态等多维度参量,以原始报文为分析依据,以设备异常暂态记录、运行状态长期监测为手段,实时监测二次设备状态,实现对智能变电站二次系统的故障诊断和状态评估。
[0008] 为实现上述目的,本发明所采用的设计方案是:以变电站配置描述文件(以下简称SCD)为基础,以网分装置为数据采集工具,以异常诊断程序为分析手段,来实现异常状态辨识诊断与正常状态的监视预警的目的。[0009] 针对当前智能变电站的二次设备发展现状与二次设备状态异常状态辨识需求的趋势,提出一种基于多参量辨识的智能变电站的二次设备故障诊断方法,不再依靠单一设备提供的信息来进行故障诊断,而是利用智能设备网络化的特点,对过程层、间隔层、站控层的各种告警信息、遥测数据、遥信状态等多维度参量进行横向比对、纵向校核来实现异常状态辨识诊断与正常状态的监视预警的目的。
[0010] 一种基于多参量辨识的智能变电站的二次设备故障判断方法,其特征在于,网络报文分析装置对SCD文件进行分析过滤,获得二次设备状态的关联配置并将其配置到网络报文分析装置中,同时网络报文分析装置接收来自过程层与站控层的各种网络报文(SV/G00SE/MMS),并将解析后的各种实时信息与报文数据上传到专家分析诊断程序模块中,根据专家分析诊断程序模块中设置的二次设备状态分析与预警判据,对异常状态辨识诊断与正常状态的监视预警。
[0011] 由网络报文分析装置对S⑶文件进行深层解析,分析出各子网模型、IED模型、各IED的输入输出及报文类型、以及各报文之间的关联,对于SCD未明确或不规范的关联关系以人工干预的方式进行各对象的关联,建立起二次设备实时状态参量库,供专家分析诊断程序模块调用。
[0012] 二次设备关键状态参量的选取对象为智能变电站过程层、间隔层和站控层中的继电保护装置、测控装置、交换机或监控系统。
[0013] 二次设备关键状态参量选取智能变电站过程层、间隔层和站控层的各种告警信息、遥测数据、遥信状态这些多维度参量。
[0014] 根据二次设备关键状态参量对未来IED设备从硬件和软件上提出状态上报的要求。主要考虑继电保护装置、测控装置、交换机、监控系统等过程层、间隔层、站控层装置在新型智能站发展中需要完善的信息。
[0015] 二次设备状态分析与预警的判据包括以下一项或多项:
[0016] a、继电保护装置的采样值异常、开关量监视、开关量异常、保护动作的分析与预警的判据;
[0017] b、合并单元SV数据异常、同步性的分析与预警的判据;
[0018] C、智能终端GOOSE断线、出口动作的分析与预警的判据;
[0019] d、测控装置开入量异常、遥测精度的分析与预警的判据;
[0020] e、基于SNMP协议获取交换机状态参量,参与综合分析评估。
[0021] 继电保护装置的采样值异常的判断过程为:
[0022] DSV断链告警以MMS报告方式由继电保护装置发出,网络报文分析装置中解析出SCD文件中IED名称、BRCB的RptID、DataSet中对应的FCDA ;
[0023] 2) S⑶文件中配置该继电保护装置接收采样值信息来源的MU,网络报文分析装置中配置其SVCB的APPID ;
[0024] 3)网络报文分析装置将丽S报告与MU的APPID进行关联,保护装置报告中该告警对应FCDA的数据值进行置位或复归,则分析①若网络报文分析装置网采SV收不到则直接判定为合并单元闭锁;②若同一 MU关联的相关直采保护都报异常则判定为合并单元直采板卡闭锁;③否则判为直采光纤回路异常。
[0025] 继电保护装置的开入量监视过程为:[0026] I)网络报文分析装置中解析出S⑶文件中保护装置的〈Inputs〉内容,根据解析结果分析开关量的具体来源的IED,网络报文分析装置中配置其GOCB的APPID及对应通道;
[0027] 2)网络报文分析装置将解析与之关联的GOOSE报文,将对应通道的状态位在界面上进行显示;
[0028] 3)开入信息以丽S报告方式由继电保护装置发出,网络报文分析装置中解析出SCD文件中其IED名称、BRCB的RptID、DataSet中对应的FCDA ;
[0029] 4)网络报文分析装置将MMS报告与GOCB的APPID进行关联,比较保护装置报告中的开入量状态与GOOSE通道的状态是否一致,如不一致则在界面上进行告警。
[0030] 合并单元SV数据异常的判断过程为:
[0031] 网络报文分析装置接收到MU发送的SV报文后,对SV报文进行各种异常的判别,包括:
[0032] I)采样计数偏离、发送频率抖动、发送延时偏离;
[0033] 2) ConfRev, DataSet、SVID、MAC 条目数不匹配;
[0034] 3)超时、丢包、错序、重复、采样序号错;
[0035] 4)品质改变;
[0036] 5 )双AD采样不一致;
[0037] 6)流量突增/突减;
[0038] 7)长度参数错、APDU, ASDU编码错。
[0039] 合并单元多MU之间同步性异常的判断过程为:
[0040] 对于网络报文分析装置与MU采用点对点连接方式,并接上同源时钟进行同步,网络报文分析装置接收到MU发送的SV报文的第一位时即打上时标,在采样标号为“O”的报文对应的时刻的实际延时与额定延时的偏差不大于IOus ;
[0041] 若SV报文采取组网方式接入到网络报文分析装置,装置检查不同APPID的SVCB报文之间的采样计数偏差,偏差折算成时间后不大于2ms ;
[0042] 长期监视同一 CT、PT的两套MU采样值是否出现较大偏差。
[0043] 本发明的有益效果:
[0044] 本发明是一种用于智能化变电站的二次设备状态参量与异常辨识方法。按照这种实现方案,不仅能实现正常状态监视,为状态检修提供背景数据和检修依据;还能对智能化变电站中运行的大量二次设备的异常状态进行辨识,实现快速故障诊断,为运检人员提供有效指导,提高智能站维护便利性。
[0045] 1、对S⑶文件进行深层解析,分析出各子网模型、IED模型、各IED的输入输出(Inputs/Outputs)及相关信号类型(SV/G00SE/MMS)、以及各信号之间的关联,对于SCD未明确或不规范的关联关系以人工干预的方式进行各对象的关联,建立起二次系统实时状态参量库,供分析程序调用。
[0046] 2、网分装置接收过程层与站控层的各种报文数据,并对每个接收的报文打上精确的时标,然后进行报文实时解码。
[0047] 3、异常诊断程序根据预先设置的关联配置,通过收集网分装置的报文及状态信
息,对二次设备状态及相关装置以“横向比对”、“纵向校验”的技术策略进行分析与状态预
m
目O附图说明
[0048] 图1 二次设备状态评估数据流示意图;
[0049] 图2是保护采样回路监视逻辑图;
[0050] 图3是重要开入量状态监视逻辑图;
[0051] 图4是两套保护采样值互校逻辑图。
具体实施方式
[0052] 下面结合附图详细说明本发明的工作原理和实现方式。
[0053] 如图1所示,本方法以网分装置为中心,通过对S⑶文件进行分析过滤,获得需要对二次设备状态进行评估的关联配置并将其配置到网分装置中,同时网分装置对下接收来自过程层与站控层的各种网络报文(SV/G00SE/MMS),对上为专家分析诊断程序提供解析后的各种实时信息与报文数据。
[0054] 具体实现方式如下:
[0055] 一、研究二次设备关键状态参量的选取方法与对象,根据关键状态对未来IED设备从硬件和软件上提出状态上报的要求,主要考虑:
[0056] 继电保护装置:采样值监视(支路采样值精度、差动电流监测、采样异常诊断)、开关量监视(重要开入量监视、跳闸及控制开出量监视、开关量异常情况监视)、故障监视(记录保护启动动作情况)、保护功能元件监视(保护功能元件的投退、闭锁情况,辅助有安措和检修压板的操作预演)。
[0057] 测控装置:采样值精度(站内状态估计、母线功率平衡)、通信状态(双网运值情况)。
[0058] 过程层设备:通信状况(GOOSE)、SV数据品质、出口动作统计、对时精度、与一次设备间的电气回路监视、增加板卡(CPU、通信)的运行温度监视硬件模块。
[0059] 通信回路:IED设备增设光功率监测硬件功能,实施提供光功率裕度情况,建立全站设备通信通道的健康状态监测评估系统。
[0060] 二、研究二次设备状态分析与预警的判据,分别以典型装置的关键状态为例:
[0061] 1、继电保护装置的分析:
[0062] 采样值异常时上报的SV断链判据,如图2所示:
[0063] DSV断链告警以MMS报告方式由继电保护装置发出,网分装置中解析出S⑶文件中其IED名称、BRCB的RptID、DataSet中对应的FCDA ;
[0064] 2) S⑶文件中配置该继电保护装置接收采样值信息来源的MU,网分装置中应配置其 SVCB 的 APPID ;
[0065] 3)网分装置将丽S报告与MU的APPID进行关联,如保护装置报告中该告警对应FCDA的数据值进行置位或复归,则需分析a)若网分装置网采SV收不到直接判定为合并单元闭锁山)若同一 MU关联的相关直采保护都报异常则判定为合并单元直采板卡闭锁;c)否则判为直采光纤回路异常。
[0066] 继电保护装置的重要开入量监视,如图3所示:
[0067] I)网分装置中解析出S⑶文件中保护装置的〈Inputs〉内容,根据解析结果分析开关量的具体来源的IED,网分装置中配置其GOCB的APPID及对应通道;
[0068] 2)网分装置将解析与之关联的GOOSE报文,将对应通道的状态位在界面上进行显
/Jn ο
[0069] 3)开入信息以丽S报告方式由继电保护装置发出,网分装置中解析出S⑶文件中其 IED 名称、BRCB 的 RptID、DataSet 中对应的 FCDA ;
[0070] 4)网分装置将MMS报告与GOCB的APPID进行关联,比较保护装置报告中的开入量状态与GOOSE通道的状态是否一致,如不一致则在界面上进行告警。
[0071] 继电保护装置的开出动作监视:
[0072] I)网分装置中解析出S⑶文件中保护装置的GOCB的APPID及对应通道的具体描述;
[0073] 2)网分装置将接收到与之关联的GOOSE报文,通道状态在界面上进行显示;
[0074] 3)保护动作信息以丽S报告方式由保护装置发出,网分装置中解析出S⑶文件中其 IED 名称、BRCB 的 RptID、DataSet 中对应的 FCDA ;
[0075] 4)网分装置将丽S报告与GOCB的APPID进行关联,如保护装置报告中对应FCDA的数据值置位或复归来表示动作或出口,则需分析与之关联的GOOSE报文对应通道值是否也作相应修改;反之亦然,如此进行开出压板校验。
[0076] 继电保护装置的采样值监视,如图4所示:
[0077] I)保护采样值电流信息以MMS报告方式由保护装置发出,网分装置中解析出S⑶文件中其IED名称、BRCB的RptID、DataSet中对应的FCDA ;
[0078] 2)网分装置将采集同一间隔的不同保护装置的MMS报告的上述信息进行关联,如保护装置报告中对应通道的采样值的差值超过预设的定值则在界面上进行显示;
[0079] 2、合并单元状态的分析
[0080] SV数据异常:
[0081] 网分装置接收到MU发送的SV报文后,对SV报文进行各种异常的判别,如:
[0082] I)采样计数偏离、发送频率抖动、发送延时偏离;
[0083] 2) ConfRev/DataSet /SVID/MAC/ 条目数等不匹配;
[0084] 3)超时、丢包、错序、重复、采样序号错;
[0085] 4)品质改变;
[0086] 5 )双AD采样不一致;
[0087] 6)流量突增/突减;
[0088] 7 )长度参数错、APDU/ASDU编码错。
[0089] 多MU之间同步性异常:
[0090] 对于网分装置与MU采用点对点连接方式,将两台装置接上同源时钟进行同步,网分装置接收到MU发送的SV报文的第一位时即打上时标,在采样标号为“O”的报文对应的时刻的实际延时与额定延时的偏差应不大于10us。
[0091] 如果SV报文采取组网方式接入到网分装置,装置会检查不同APPID的SVCB报文之间的采样计数偏差,当偏差折算成时间后不大于2ms。
[0092] 长期监视同一 CT/PT的两套MU采样值是否出现较大偏差。
[0093] 交换机的评估[0094] SNMP技术监视交换机内部异常事件、端口流量,综合利用端口中断(down)告警与设备断链综合判断异常点。

Claims (9)

1.一种基于多参量辨识的智能变电站的二次设备故障判断方法,其特征在于,网络报文分析装置对SCD文件进行分析过滤,获得二次设备状态的关联配置并将其配置到网络报文分析装置中,同时网络报文分析装置接收来自过程层与站控层的各种网络报文(SV/GOOSE/MMS),并将解析后的各种实时信息与报文数据上传到专家分析诊断程序模块中,根据专家分析诊断程序模块中设置的二次设备状态分析与预警判据,对异常状态辨识诊断与正常状态的监视预警; 二次设备状态分析与预警的判据包括以下一项或多项: a、继电保护装置的采样值异常、开关量监视、开关量异常、保护动作的分析与预警的判据; b、合并单元SV数据异常、同步性的分析与预警的判据; C、智能终端GOOSE断线、出口动作的分析与预警的判据; d、测控装置开入量异常、遥测精度的分析与预警的判据; e、基于SNMP协议获取交换机状态参量,参与综合分析评估。
2.根据权利要求1所述的基于多参量辨识的智能变电站的二次设备故障判断方法,其特征在于,由网络报文分析装置对SCD文件进行深层解析,分析出各子网模型、IED模型、各IED的输入输出及报文 类型、以及各报文之间的关联,对于SCD未明确或不规范的关联关系以人工干预的方式进行各对象的关联,建立起二次设备实时状态参量库,供专家分析诊断程序模块调用。
3.根据权利要求1所述的基于多参量辨识的智能变电站的二次设备故障判断方法,其特征在于,二次设备关键状态参量的选取对象为智能变电站过程层、间隔层和站控层中的继电保护装置、测控装置、交换机或监控系统。
4.根据权利要求1或3所述的基于多参量辨识的智能变电站的二次设备故障判断方法,其特征在于,二次设备关键状态参量选取智能变电站过程层、间隔层和站控层的各种告警信息、遥测数据、遥信状态这些多维度参量。
5.根据权利要求4所述的基于多参量辨识的智能变电站的二次设备故障判断方法,其特征在于,根据二次设备关键状态参量对未来IED设备从硬件和软件上提出状态上报的要求。
6.根据权利要求1所述的基于多参量辨识的智能变电站的二次设备故障判断方法,其特征在于,继电保护装置的采样值异常的判断过程为: 1) SV断链告警以MMS报告方式由继电保护装置发出,网络报文分析装置中解析出SCD文件中IED名称、BRCB的RptID、DataSet中对应的FCDA ; 2) SCD文件中配置该继电保护装置接收采样值信息来源的MU,网络报文分析装置中配置其 SVCB 的 APPID ; 3)网络报文分析装置将丽S报告与MU的APPID进行关联,保护装置报告中该告警对应FCDA的数据值进行置位或复归,则分析①若网络报文分析装置网采SV收不到则直接判定为合并单元闭锁若同一 MU关联的相关直采保护都报异常则判定为合并单元直采板卡闭锁;③否则判为直采光纤回路异常。
7.根据权利要求1所述的基于多参量辨识的智能变电站的二次设备故障判断方法,其特征在于,继电保护装置的开入量监视过程为:1)网络报文分析装置中解析出SCD文件中保护装置的〈Inputs〉内容,根据解析结果分析开关量的具体来源的IED,网络报文分析装置中配置其GOCB的APPID及对应通道; 2)网络报文分析装置将解析与之关联的GOOSE报文,将对应通道的状态位在界面上进行显示; 3)开入信息以MMS报告方式由继电保护装置发出,网络报文分析装置中解析出SCD文件中其IED名称、BRCB的RptID、DataSet中对应的FCDA ; 4)网络报文分析装置将MMS报告与GOCB的APPID进行关联,比较保护装置报告中的开入量状态与GOOSE通道的状态是否一致,如不一致则在界面上进行告警。
8.根据权利要求1所述的基于多参量辨识的智能变电站的二次设备故障判断方法,其特征在于,合并单元SV数据异常的判断过程为: 网络报文分析装置接收到MU发送的SV报文后,对SV报文进行各种异常的判别,包括: 1)采样计数偏离、发送频率抖动、发送延时偏离; 2) ConfRev, DataSet、SVID、MAC 条目数不匹配; 3)超时、丢包、错序、重复、采样序号错; 4)品质改变; 5)双AD采样不一致; 6)流量突增/突减; 7)长度参数错、APDU、ASDU编码错。
9.根据权利要求1所述的基于多参量辨识的智能变电站的二次设备故障判断方法,其特征在于,合并单元多MU之间同步性异常的判断过程为: 对于网络报文分析装置与MU采用点对点连接方式,并接上同源时钟进行同步,网络报文分析装置接收到MU发送的SV报文的第一位时即打上时标,在采样标号为“O”的报文对应的时刻的实际延时与额定延时的偏差不大于IOus ; 若SV报文采取组网方式接入到网络报文分析装置,网络报文分析装置检查不同APPID的SVCB报文之间的采样计数偏差,偏差折算成时间后不大于2ms ; 长期监视同一 CT、PT的两套MU采样值是否出现较大偏差。
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Inventor after: Gao Lei

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