CN103457657A - 智能变电站继电保护装置光模块状态检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及智能变电站继电保护装置光模块状态检测方法，根据获取的光功率值求得反应实际状态与故障状态相比的相对劣化程度的光功率相对劣化率，并构建光功率相对劣化率对应于不同状态等级的分布函数，求得光功率相对劣化率属于各状态等级的隶属度值，并将最大隶属度值对应的状态等级作为该光功率相对劣化率的当前状态显示出来；通过该方法能够直接显示出来光模块所处的状态，状态类型的设置可分别良好、一般、注意和严重状态，运行人员可根据光模块状态直接采取相应的措施，是在故障发生之前进行的检测，并且能及时避免故障的发生。

Description

智能变电站继电保护装置光模块状态检测方法

技术领域

本发明属于智能变电站继电保护装置状态检测技术领域，涉及一种智能变电站继电保护装置光模块状态检测方法。

背景技术

目前，智能变电站继电保护的检修模式是根据《继电保护及电网安全自动装置检验条例》的要求对装置及二次回路接线进行定期检修。定检方式有很大的局限性：一方面如果保护***在两次检修之间出现故障，只能等保护功能失效或等下一次校验才能发现，严重影响了***的可靠性；另一方面，定期检修消耗了大量的人力物力，增加了***的全寿命周期成本，同时检修过程的停电，降低了设备的使用率，增加了无谓的停电时间。为实现继电保护状态检修，需要继电保护装置增加在线监测的信息。目前智能变电站二次设备本身已具备了部分自检功能，但是监测信息不够全面，且监测范围比较局限，无法满足状态检修的要求。

智能变电站实现了信息的数字化，常规继电保护外部回路的问题不存在，而过程层光纤回路的健康状况将作为运行监视的重点。现有对光纤回路监视的手段主要由保护装置对应用层的数据通信进行监视，告警信息包括“SMV链路中断”、“GOOSE链路中断”、“SMV采样丢帧”等，上述告警信息发生后网络已经出现故障，此时保护装置已经退出运行，无法提前对光纤回路的状态进行监视。

对光回路的监测主要就是装置光模块的光口光功率进行监视，光功率实时值无法直观的反应装置状态，该光功率数据上送到监控***后，运行人员无法根据光功率实时值判断当前装置的健康状况，因此需要一种通过光功率值的检测来反应装置光模块状态健康状态的方法。申请号为201010589693.4的名称为“通过在线测量光功率实现通道状态实时监测的方法”公开了一种电机保护的光纤通道装置的实时监测方法，该方法首先需将测量得到的光功率对应的电流信号进行I-U转换，利用事先测量光模块光功率——光功率数据，采用曲线拟合技术求出相应的光功率值，然后将光功率值与设定的功率门槛进行比较，发出通道异常告警，这种检测方式是一种在线对光纤回路的状态进行监视，但是需对检测到的光功率值进行多种变换处理得到光功率值，方法复杂，不仅增加了光模块硬件设置，加重了CPU处理负担，且容易产生误差。

发明内容

本发明的目的是提供一种智能变电站继电保护装置光模块状态检测方法，以解决现有方法无法提前对光纤回路的状态进行监视且复杂、易产生误差、效率低的问题。

为实现上述目的，本发明的智能变电站继电保护装置光模块状态检测方法步骤如下：

（1）获取光模块对应光口的当前光功率值，并设定该光口的光功率良好值和允许最小值；

（2）依据光功率良好值、允许最小值和当前光功率值求得光功率相对劣化率，该光功率相对劣化率表示实际状态与故障状态相比的相对劣化程度；

（3）基于三角形、梯形形状的组合，建立光功率相对劣化率对应于不同状态等级的分段函数；

（4）将光功率相对劣化率代入各分段函数，求得光功率相对劣化率属于各状态等级的隶属度值，并将最大隶属度值对应的状态等级作为该光功率相对劣化率的当前状态显示出来。

所述步骤（1）中光功率值的获取是通过光功率测量电路将检测出的光功率信号发送给CPU，CPU进行相应的处理得到的。

所述步骤（2）中光功率相对劣化率=（光功率良好值-当前光功率值）/（光功率良好值-允许最小值）。

所述步骤（3）中状态等级包括良好状态、一般状态、注意状态和严重状态。

所述步骤（3）中光功率相对劣化率对应于不同状态等级的分段函数如下：

良好状态的函数： $U1=\left\{\begin{array}{cc}1& s\&le;a_1\\ 2-5s& a_1<s<a_2\\ 0& s\&GreaterEqual;a_2\end{array}\right.$

一般状态的函数：

注意状态的函数：

严重状态的函数： $U4=\left\{\begin{array}{cc}5s-3& a_3<{s<a}_4\\ 1& s\&GreaterEqual;a_4\\ 0& s\&le;a_3\end{array}\right.$

其中，s表示光强相对劣化率，a₁，a₂，a₃，a₄为定值，且s,a₁，a₂，a₃，a₄均属于0～1范围内。

所述a₁=0.2，a₂=0.4，a₃=0.6，a₄=0.8。

所述步骤（4）之后还有步骤（5）根据显示的状态进行相应给出相应的处理措施。

本发明的智能变电站继电保护装置光模块状态检测方法，根据获取的光功率度值求得反应实际状态与故障状态相比的相对劣化程度的光功率相对劣化率，并构建光功率相对劣化率对应于不同状态等级的分布函数，求得光功率相对劣化率属于各状态等级的隶属度值，并将最大隶属度值对应的状态等级作为该光功率相对劣化率的当前状态显示出来；通过该方法能够直接显示出来光模块所处的状态，状态类型的设置可分别良好、一般、注意和严重状态，运行人员可根据光模块状态直接采取相应的措施，是在故障发生之前进行的检测，并且能及时避免故障的发生。本方法将光功率进行计算得到光功率的相对劣化率，然后根据不同的状态函数计算出光功率相对于各种状态的函数值（隶属度），即可得到光功率的当前状态，本方法与背景技术中给出的方法相比实现更加简单并且没有误差。

附图说明

图1是光功率相对劣化率对应的四种状态的函数；

图2是本发明实施例的检测***示意图。

具体实施方式

对光纤回路的监测主要就是光模块光口的光功率进行监视，但是只看光功率实时值并不能判断当前装置的健康状况，因此需要一种智能变电站继电保护装置光模块状态检测方法来正确反映装置光纤回路的运行情况。

智能变电站继电保护装置光模块状态检测方法步骤如下：

（1）获取光模块对应光口的当前光功率值，并设定该光口的光功率良好值和允许最小值；光功率值的获取是通过光功率测量电路将检测出的光功率信号发送给CPU，CPU进行相应的处理得到的。

（2）依据光功率良好值、允许最小值和当前光功率值求得光功率相对劣化率，该光功率相对劣化率反映实际状态与故障状态相比的相对劣化程度；光功率相对劣化率=（光功率良好值-当前光功率值）/（光功率良好值-允许最小值），光功率相对劣化率是根据光口光功率在装置投运后会逐渐老化的特点提出的。光功率良好值和允许最小值是根据光模块的参数已知量，光功率的当前值是由装置CPU实时监测采集到的数据，在装置故障前光功率是一个逐渐变化的过程，在光功率逐渐接近允许最小值时运行监视人员已经提前得到告警信息，实现提前检测。

（3）基于三角形、梯形形状的组合，建立光功率相对劣化率对应于良好状态、一般状态、注意状态和严重状态这四种状态等级的分段函数，如图1所示；

良好状态的函数： $U1=\left\{\begin{array}{cc}1& s\&le;a_1\\ 2-5s& a_1<s<a_2\\ 0& s\&GreaterEqual;a_2\end{array}\right.$

一般状态的函数：

注意状态的函数：

严重状态的函数： $U4=\left\{\begin{array}{cc}5s-3& a_3<{s<a}_4\\ 1& s\&GreaterEqual;a_4\\ 0& s\&le;a_3\end{array}\right.$

其中，s表示光强相对劣化率，a₁，a₂，a₃，a₄为定值，且s,a₁，a₂，a₃，a₄均属于0～1范围内。

（4）将光功率相对劣化率代入各分段函数，求得光功率相对劣化率属于各状态等级的隶属度值，并将最大隶属度值对应的状态等级作为该光功率相对劣化率的当前状态显示出来。

（5）根据显示的状态进行相应给出相应的处理措施。

下面给出一个具体的实例来详细说明本智能变电站继电保护装置光模块状态检测方法。

继电保护装置过程层接口插件配置有光模块，光模块电子元器件包括发射和接收两部分。光模块的接收及发送的光功率都会随时间逐渐变小，主要原因包括：长时间运行装置用光纤会逐渐老化，光纤的损耗逐渐变大；装置光模块激光器的阈值电流会缓慢增加，从而导致激光器退化。

为了采集光模块发送和接收光功率，需要在原光纤电路的基础上再构建一个完整的光功率测量电路，光模块具备接收/发送光功率的输出功能，电路将光模块输出的光功率信息连接到CPU插件,把检测出的光功率信号发送给CPU，由CPU完成基础信息的读取，然后进行信息编码、解码及单位换算（光模块输出的光功率单位是μw需要转换到dBM），最后将光功率值上送到监控***，由监控***完成每台装置光功率的评估，如图2所示。

若在实验室对智能变电站中三种不同继电保护的光口光功率进行了测量，测量数据如下表：

光功率相对劣化率的公式：光功率相对劣化率s=（光功率良好值-当前光功率值）/（光功率良好值-允许最小值）。光功率良好值和允许最小值是根据光模块发送光口参数和接收方装置接收光口的最小接收灵敏度设置，当光强等于或小于最小灵敏度时对侧装置已经不能收到光信号将报出“GOOSE中断”等信息，即已经出现故障，此时光口监测的意义已经不是太大，光口监测的主要功能是在还未出现故障时提前预知并解除故障，故不会出现光强当前值大于光强良好值或者光强当前值小于允许最小值的情况。发送光功率良好值取-14dBm，允许最小值取-20dBm；接收光功率良好值取-14dBm，允许最小值取-32dBm。根据上式可计算每个光口的相对劣化率如下表：

设a₁=0.2，a₂=0.4，a₃=0.6，a₄=0.8，将上述光功率的相对劣化率代入以下光功率的相对劣化率的关系函数：

良好状态的函数： $U1=\left\{\begin{array}{cc}1& s\&le;0.2\\ 2-5s& 0.2<s<0.4\\ 0& s\&GreaterEqual;0.4\end{array}\right.$

一般状态的函数：

注意状态的函数：

严重状态的函数： $U4=\left\{\begin{array}{cc}5s-3& 0.6<s<0.8\\ 1& s\&GreaterEqual;0.8\\ 0& s\&le;0.6\end{array}\right.$

可分别得出每个光口对应四种状态的隶属值，取最大值的即为光口当前的状态。

以线路保护光口1的发送口为例，将s=0.18代入上述四组函数，分别得出U₁=1，U₂=-0.1，U₃=0，U₄=0，最大值为U₁=1，因此，该线路保护的发送口处在良好状态。若是光口处于注意状态或严重状态，则运行人员需要进行多加关注或者报警检修处理。

Claims (7)

1.智能变电站继电保护装置光模块状态检测方法，其特征在于，该方法的步骤如下：

（1）获取光模块对应光口的当前光功率度值，并设定该光口的光功率良好值和允许最小值；

（2）依据光功率良好值、允许最小值和当前光功率度值求得光功率相对劣化率，该光功率相对劣化率表示实际状态与故障状态相比的相对劣化程度；

（3）基于三角形、梯形形状的组合，建立光功率相对劣化率对应于不同状态等级的分段函数；

（4）将光功率相对劣化率代入各分段函数，求得光功率相对劣化率属于各状态等级的隶属度值，并将最大隶属度值对应的状态等级作为该光功率相对劣化率的当前状态显示出来。

2.根据权利要求1所述的智能变电站继电保护装置光模块状态检测方法，其特征在于，所述步骤（1）中光功率度值的获取是通过光功率测量电路将检测出的光功率信号发送给CPU，CPU进行相应的处理得到的。

3.根据权利要求1所述的智能变电站继电保护装置光模块状态检测方法，其特征在于：所述步骤（2）中光功率相对劣化率=（光功率良好值-当前光功率度值）/（光功率良好值-允许最小值）。

4.根据权利要求1所述的智能变电站继电保护装置光模块状态检测方法，其特征在于：所述步骤（3）中状态等级包括良好状态、一般状态、注意状态和严重状态。

5.根据权利要求4所述的智能变电站继电保护装置光模块状态检测方法，其特征在于，所述步骤（3）中光功率相对劣化率对应于不同状态等级的分段函数如下：

良好状态的函数： $U1=\left\{\begin{array}{cc}1& s\&le;a_1\\ 2-5s& a_1<s<a_2\\ 0& s\&GreaterEqual;a_2\end{array}\right.$

一般状态的函数：

注意状态的函数：

严重状态的函数： $U4=\left\{\begin{array}{cc}5s-3& a_3<{s<a}_4\\ 1& s\&GreaterEqual;a_4\\ 0& s\&le;a_3\end{array}\right.$

其中，s表示光强相对劣化率，a₁，a₂，a₃，a₄为定值，且s,a₁，a₂，a₃，a₄均属于0～1范围内。

6.根据权利要求5所述的智能变电站继电保护装置光模块状态检测方法，其特征在于：所述a₁=0.2，a₂=0.4，a₃=0.6，a₄=0.8。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的智能变电站继电保护装置光模块状态检测方法，其特征在于：所述步骤（4）之后还有步骤（5）根据显示的状态进行相应给出相应的处理措施。

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