继电保护二次系统状态在线监测

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。
3)有效监视操作回路状态。在线监测控制 回路断线状态，从图中可知，利用对装置（IN2） 输入信号的在线监测，实现了电气二次回路断 路器机构箱辅助接点（LD）状态的在线监测。
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
验，对如何降低电能计量误差的方法做了归纳总结，供同行参考。
关 键 词 ：电能计量装置;误差因素;控制措施
中 图 分 类 号 ：TM93
文 献 标 识 码:A
工业技术
前言 电力系统计量装置是电力企业经营的主要 测量工具,计量的准确性直接影响到企业的经济 效益和社会效益,电能计量的准确与否是电力管 理部门关心的重要问题。电能计量故障及差错 的发生,影响到客户所用电量的准确计算、电费 的及时回收及线损的准确计算,因此预防和避免 电能计量故障及差错,是电能计量工作的一项重 要内容。 1．目前电能计量存在的问题 1.1.高压出线侧不具备电能计量的条件 由于以前发电厂的供电量是按发电机出口 电量减去厂用电量来考核的,目前还有部分电厂 的计量点设在发电机出口,高压出线侧没有电能 计量装置,因此不能准确地计量关口电量。 1.2. 目前关口电能表普遍采用国产三相两 元件感应式电能表,在结构和功能上存在缺陷。
看出：在小负载范围内(I=5%Ib～40%Ib)电能表
误差较大,这是因为在低负载时转矩很小,只要 补偿力矩小于摩擦力矩, 误差就向负的方向变 化。此情况下相位角误差影响很小,电流自制动 力矩可视为零。cosφ=0.5 时的转矩比 cosφ=1 时的转矩小 1 倍,摩擦力相对比较小,补偿力矩
图 1 感应式电能表的负载特性曲线图 当负载电流达到 180%标定电流时,电流自 制动力矩会增加很多,此时铁心已饱和,工作转 矩增加,又会出现负的误差;当 cosφ≠1 时,相位 角误差影响增加, 所以 cosφ=0.5 的曲线比 co-
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。
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
2．电能计量装置误差因素分析
负载达到标定电流附近时(I=60%Ib～150%Ib)误
2.1．电能表误差
差值最小。
电能表的误差可以分为 3 种, 即电能表的
负载特性误差、生产误差以及不当使用误差。
电能表的基本误差随负载电流和功率因数
变化而变化的关系曲线称电能表的负载特性。
图 1 为常用感应式电能表的负载特性曲线,可以
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。
工业技术
中国新技术新产品 2011 NO.16
China New Technologies and Products
继电保护二次系统状态在线监测
赵志新 1 杨漪俊 1 王桂龙 2 （1、浙江杭州电力局，浙江 杭州 312025；2、上海思源弘瑞自动化有限公司，上海 201108）
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
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。
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
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