摘要：信息时代下，继电保护系统在线监测技术得到了快速发展。本文提出了智能变电站继电保护及相关设备的在线监测系统级解决方案，定义了保护设备状态监测信息和传输方式，设计了智能变电站继电保护二次回路的物理链路和逻辑链路的在线监测方案。该方案在投运的新一代智能变电站进行了继电保护在线监测系统的工程化应用，实现了智能变电站继电保护装置以及二次回路在线监测，提高了智能变电站继电保护的运维水平。
关键词：智能变电站；继电保护；在线监测
1 继电保护及相关设备状态监测
1.1 状态监测信息
为实现智能变电站继电保护相关设备的状态监测数据的综合利用， 需要把相关设备的在线监测信息传输到计算机，以实现状态监测数据分析。可用于智能变电站继电保护状态检修监测的信息包括：电源信息，电源电平输出。温度信息，运行设备的内部工作温度、装置过程层光纤接口的温度。光强信息，装置过程层光纤接口的发送光强、装置过程层光纤接口的接收光强。统计信息，实际运行无故障时间、装置采样值（SV） 统计信息、装置面向通用对象的变电站事件（GOOSE）统计信息等。自检信息，装置硬件和回路自检信息等。合并单元和智能终端可以输出如下信息用于状态监测：（1） 温度信息，运行设备的内部工作温度、装置过程层光纤接口的温度。（2） 光强信息，装置过程层光纤接口的发送光强、装置过程层光纤接口的接收光强等。
1.2 状态监测信息传输方式
实际工程应用中， 由于合并单元和智能终端是划分到过程层网络，数据分析后台是划分到站控层网络，故其在线监测信息不能直接上传。可采用如下2 种典型方式来实现相关数据的上传。
（1） 通过测控装置转发数据。在线监测信息通过GOOSE、SV 网络配置（SMV）报文发送给测控装置，测控装置接收到报文后，将数据通过制造报文规范（MMS）报文上送给监测系统。
（2） 通过网络分析仪直接转发数据。网络分析仪可捕获过程层在线监测信息报文， 进行报文解析后，再通过MMS 报文发送端口转发数据。实际应用中可综合采用上述2 种方式。状态检修需要的信息都是在设备运行过程中形成。对信息突变概率较少的状态信息，可以采用周期略长、相对缓慢的方式传输数据， 例如全站继电保护设备每2 h 报送1次状态信息。
1.3 状态检修监测应用实例
状态监测信息61850 建模采用以下方式：在S1 访问点下建立在线监测（MONT）逻辑设备，用逻辑节点类（lnClass）为温度监视逻辑节点（STMP）描述温度信息，用lnClass 为电源监视逻辑节点（SVLT）描述电源电压信息，用lnClass 为光强监视逻辑节点（SITY）描述光强信息， 相关信息均添加到在线监视数据集（dsMONT）集中。以装置内部温度为例，用STMP 建模，其关键的数据对象类型（DO）有：Tmp 对应当前装置温度，Wrn对应温度达到报警状态，Alm 对应温度故障状态，Trip对应温度达到闭锁跳闸状态。装置本身设置有温度上限和温度下限门槛，当温度越限时，装置将发出对应的报警信息。同时继电保护在线监测系统可以获取装置内部和外部的温度数据，进行装置的温升判断，当装置温升超过门槛时，也可以发出报警信息，提前发现装置内部硬件故障导致的温度异常变化， 为装置检修提供触发判据。
2 继电保护二次回路在线监测
2.1 物理链路通信在线监测
为了实现物理链路通信在线监测， 需要明确智能变电站过程层设备的物理链路拓扑信息。
无论采用组网通信方式，还是点对点通信方式。光纤通信的链路包括发送方光纤接口、点对点光纤、接收方光纤接口环节（其中发送方和接收方对应的设备，如保护装置、合并单元、智能终端和交换机）。从设备损坏可能导致光纤网口通信异常的角度来划分过程层设备光纤网口构成。
将导致该光纤接口通信出现异常。实际应用过程中， 过程层设备的光纤通信异常可能是插件异常或者是装置异常造成的， 从而在设备异常过程中， 整个变电站将有很多设备产生对应的链路异常信号， 二次回路在线监测的一个主要功能就是综合全站的链路异常的告警信息以及过程层通信拓扑结构，统计故障发生概率，来定位哪个环节出现了故障。在线监测系统后台实时接收到过程层设备的光纤链路异常信息， 分析所有链路异常信息的发送端口和接收端口是否相同， 并按照如下规则进行过程层链路异常定位。
2.2 逻辑链路通信在线监测
智能变电站中，二次回路的整个生效过程是：先形成SCD 文件，再导出装置可识别的配置文件，然后装置解析配置文件，并发送和接收对应报文，解析数据。配置文件的循环冗余校验（CRC）机制能确保下载到装置的配置文件和SCD 文件的一致性，但无法保证装置解析配置文件的正确性， 所以除了物理链路通信在线监测外， 智能变电站过程层通信网络还需要进行网络通信内容有效性的在线监测， 用来确保实际工程装置生效的过程层通信配置和SCD 的集成配置完全一致。按照IEC 61850 标准要求，过程层GOOSE 和SV在数据交换过程中，不仅交换通信数据，还交换配置数据，这为逻辑链路通信的在线监测创造了条件。过程层装置间通过GOOSE、SV 报文交互的应用信息可以用（MAC，APPID）来唯一标识，交互关系在SCD 文件中进行详细描述，SCD 文件中定义了如下信息：（1） 发送端GOOSE、SV 报告控制块，以及报告控制块对应的数据集（DataSet）。（2） 接收端Inputs 关联了发送端数据详细信息。（3） GOOSE、SV 发送时对应的MAC、APPID 等信息。通过上述3 组信息，在线监测系统在导入SCD 文件后，读取GOOSE 网络配置（GSE）、SMV、DataSet 以及功能约束数据属性（FCDA） 内容， 构建FCDA 与GSE、SMV 的关联关系，并检索通信（Communication）节点， 构建GSE、SMV 对应的网络配置信息， 检索GOOSE 输入（GOIN）、SV 输入（SVIN）为前缀的LN中的Inputs 信息， 得到发送者的FCDA 以及接收者的插件、端口信息，可以构建过程层收发装置拓扑结构以及信息虚回路表。
3 工程应用
在2013 年度投运的220 kV 北京未来城和110kV 武汉未来城新一代智能变电站中，投运了南瑞继保研发的智能变电站继电保护在线监测系统， 该系统架构如图8 所示。状态监测系统的实施流程为：（1） 通过配置工具导入SCD 文件，将光强、温度等在线监测信息提取录入数据库， 建立保护状态监测模型。（2） 通过画图工具， 在画面上绘制展示保护装置的在线监测信息；配置监测信息的上下限值，当监测信息越限时进行越限告警。（3） 和装置建立MMS 连接， 实时接收智能站相关装置的在线监测数据。（4） 装置侧的遥信量、遥测量以MMS 报告采用实时上送方式， 条件触发产生的装置在线监测相关数据录波文件（简称状态信息文件）通过MMS 文件传输服务方式。（5） 后台通过解析SCD/CID 文件，并抓取网络报文，进行状态对比分析。
结束语：智能变电站继电保护状态检修研究项目的开展，可最大限度地提高电力设备的利用率， 减少设备停电时间；降低误碰、误接线、误整定事故的概率，提高变电站保护系统的运行可靠性，保证电网的可靠运行；对降低检修过程中人、财、物的浪费，提高企业经济效益也具有重要意义。
参考文献：
[1] 韩平，赵勇. 继电保护状态检修的实用化尝试[J].电力系统
保护与控制，2010，38(19)：92-95.
[2] 许伟国，张亮. 数字化变电站网络通信在线故障诊断系统的
设计与应用[J]. 电力自动化设备，2010，30(6)：121-124.
[3] 许伟国，张亮. 智能变电站网络通信状态监测与故障分析[J].
浙江电力，2012（4）：8-10.