常 煜，齊曉光

（1.國網(wǎng)巨鹿縣供電公司，河北邢臺 055250；2.國網(wǎng)隆堯縣供電公司，河北邢臺 055350）

引言

繼電保護裝置主要用于實現(xiàn)電路的精準(zhǔn)控制，保證電網(wǎng)安全，是維護變電站安全穩(wěn)定的第一道防線，具有十分關(guān)鍵的作用。近幾年來，隨著我國電網(wǎng)范圍的不斷擴大，部分繼電保護裝置出現(xiàn)了無法滿足強負荷電力調(diào)度的狀況，由于變電站的設(shè)備通常具有一定的關(guān)聯(lián)性，在日常運行過程中，如果出現(xiàn)異常，而未進行及時地維修與切斷，將很容易造成大面積的電力損失，同時還會造成關(guān)聯(lián)性的設(shè)備破壞，進而引發(fā)電力系統(tǒng)出現(xiàn)連鎖故障，進一步擴大故障停電的范圍[1]。面對這種狀況，變電站以及電網(wǎng)的操作人員通常會設(shè)置二次回路的方式來避免問題的發(fā)生，同時對相關(guān)設(shè)備所出現(xiàn)的故障作出診斷。我國主要以35 kV的電網(wǎng)為核心調(diào)度網(wǎng)，35 kV電網(wǎng)繼電保護二次回路是一種診斷功能極強的裝置，當(dāng)電路發(fā)生故障或者異常的情況時，傳統(tǒng)的診斷裝置可能會將所控制的電路全部斷電，以此來保證其他設(shè)備的安全性，但是這種突發(fā)性的斷電也很容易給設(shè)備造成運行的壓力，甚至?xí)s短其使用壽命，而繼電保護二次回路裝置相對較為智能，它會對相對異常區(qū)域進行勘察，如果存在的問題具有一定的擴散性，有可能影響其他設(shè)備的運行，裝置將會選擇性地斷電，并且會持續(xù)性關(guān)閉裝備，保證設(shè)備內(nèi)部器件的運行壓力[2]。然后進行故障診斷，并在控制平臺上警示。因此，對35 kV電網(wǎng)繼電保護二次回路故障診斷方法進行設(shè)計，通過較為科學(xué)的方法構(gòu)建診斷的結(jié)構(gòu)以及模型，在原本的基礎(chǔ)上進一步優(yōu)化診斷功能，以此來全面提升診斷的質(zhì)量和效率。

1 35 kV電網(wǎng)繼電保護二次回路故障診斷方法設(shè)計

1.1 計算二次回路廣義變比

進行電網(wǎng)繼電保護二次回路故障診斷方法的設(shè)計之前，需要先計算相對應(yīng)的二次回路廣義的實際變比。一般情況下，電磁式和電子式的電流互感器通常都會被安裝在電網(wǎng)控制電路的核心區(qū)域，一定程度上起到了繼電保護的作用，是目前應(yīng)用最為廣泛的電流互感器[3]。不僅如此，還可以對電流進行二次處理，將剩余的電流轉(zhuǎn)換為繼電保護計算所用的數(shù)字量。所以在這個過程中，就需要先計算出首次電流轉(zhuǎn)換的比值，如式（1）所示。

式中：D表示轉(zhuǎn)換比值；g表示交互范圍；α表示回測比值。通過以上計算，可以得出實際的轉(zhuǎn)換比值。通過上述的轉(zhuǎn)化比值將回測的電流重新轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，并將實測的數(shù)字量與轉(zhuǎn)換所獲取的數(shù)字量對比，取較大的一組，以此為基礎(chǔ)，繼續(xù)計算二次回路的廣義變比，如式（2）所示。

式中：H表示二次回路的廣義變比；v表示動態(tài)回測系數(shù)；ω表示多路識別值。通過以上計算，最終得出實際的二次回路的廣義變比。需要注意的是，此變比通常不是固定的，會根據(jù)電網(wǎng)實際的運行情況，適當(dāng)?shù)卣{(diào)整差值，但調(diào)整的幅度不會太大，以此來保證不超過額定電流的預(yù)期范圍。

1.2 設(shè)計繼電保護重疊誤差故障診斷模型

在完成二次回路廣義變比計算后，設(shè)計繼電保護重疊誤差故障診斷模型。重疊誤差主要是對35 kV電網(wǎng)進行故障診斷的過程中，通過誤差模型，將電網(wǎng)中存在的重疊故障以及隱患故障作出辨別以及處理的一種技術(shù)。通過專業(yè)的設(shè)備和測量儀器，獲取35 kV電網(wǎng)的基礎(chǔ)運行數(shù)據(jù)以及異常信息，將重要數(shù)據(jù)信息匯總整合，設(shè)定重疊誤差的標(biāo)準(zhǔn)，重疊誤差標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 重疊誤差標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)表1中的重疊誤差標(biāo)準(zhǔn)，進行實際誤差模型的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定。完成后在這個范圍之內(nèi)建立重疊誤差模型相對應(yīng)的故障診斷結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)是層級結(jié)構(gòu)，大致可以分為3層，分別為故障定位結(jié)構(gòu)，這部分是基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，主要負責(zé)確定電網(wǎng)中異常和故障的位置，以便于之后的處理。其次是分析層級，在完成故障定位之后，由分析處理層級來對故障的具體原因以及產(chǎn)生環(huán)境做出分析。頂層為故障的診斷處理層級，這個層級實質(zhì)上是真正的診斷層，會形成較為具體的診斷方案以及處理對策，極大地提升了故障診斷的效率和質(zhì)量。建立診斷結(jié)構(gòu)，將計算所得的二次回路變比添加在結(jié)構(gòu)相對應(yīng)的層級之中，并且依據(jù)重疊誤差的實際標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)定模型的重疊誤差，完成繼電保護重疊誤差故障診斷模型的設(shè)計。

1.3 多參量融合法實現(xiàn)故障診斷方法的設(shè)計

在完成繼電保護重疊誤差故障診斷模型的設(shè)計之后，利用多參量融合法來最終優(yōu)化實現(xiàn)故障診斷方法的設(shè)計。在診斷模型之中進行多參量設(shè)計。先在每一個診斷結(jié)構(gòu)中分別建立對應(yīng)的故障感應(yīng)節(jié)點，并將其與重疊結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)，當(dāng)節(jié)點通過監(jiān)測設(shè)備感應(yīng)到故障以及異常情況時；然后，將相關(guān)的數(shù)據(jù)信息傳輸至模型相對應(yīng)的診斷層級中，在綜合診斷區(qū)域建立多參量的故障融合體系，可以將層級診斷的結(jié)果進行二次核查，并給予對應(yīng)的解決方案。按式（3）計算診斷實測的融合比例。

式中：U表示實測的融合比例；h表示回測變化范圍；R表示參量系數(shù)。通過以上計算，可以得出實際的融合比例，依據(jù)此比例進行多參量的融合，進一步縮小故障診斷的范圍，完成35 kV電網(wǎng)繼電保護二次回路故障診斷方法的設(shè)計。

2 方法測試

2.1 測試準(zhǔn)備

本次主要對35 kV電網(wǎng)繼電保護二次回路故障診斷方法實際應(yīng)用的效果進行驗證。首先，采用PSCAD/EMTDC搭建測試環(huán)境，并設(shè)置基礎(chǔ)性的測試，電網(wǎng)母線的總長度范圍需要確定在360 m左右即可；然后，調(diào)整電網(wǎng)各個控制區(qū)域的額定電流均為1600 A，同時電流互感器的動態(tài)變比為M=1350/5，在此基礎(chǔ)上，將電源的控制模式更改為單相。額定電壓頻率為60 Hz，根據(jù)以上基礎(chǔ)指標(biāo)參數(shù)值，按式（4）計算實際二次回路的綜合負載量值。

式中：K表示實際二次回路的綜合負載量值；δ表示額定差值。通過以上計算，可以得出實際的二次回路的綜合負載量值，此數(shù)值為綜合的負載指標(biāo)，當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)異常的情況時，計算出的此數(shù)值為所能夠承受的最大電力負載值范圍。一旦超出這個范圍，便很容易造成關(guān)聯(lián)設(shè)備的損壞。測試共分為兩組，一組為傳統(tǒng)的差值故障診斷法，將其設(shè)定為傳統(tǒng)差值故障診斷測試組；另一組為本研究所設(shè)計的故障診斷方法，將其設(shè)定為重疊故障診斷測試組。兩組方法同時進行測試，核查測試所用設(shè)備是否處于穩(wěn)定的運行狀態(tài)，確保不存在影響最終測試結(jié)果的外部因素后開始測試。

2.2 測試過程及結(jié)果分析

在上述搭建的測試環(huán)境中進行故障診斷方法的測試，具體測試步驟如圖1所示。

圖1 故障診斷測試步驟

按圖1中的步驟測試，最終可以得出兩組測試結(jié)果，對其進行對比，具體如表2所示。

表2 故障診斷測試結(jié)果對比

從表2可以發(fā)現(xiàn)，在相同的測試環(huán)境下，對比于傳統(tǒng)的差值故障診斷測試組，重疊故障診斷測試組的方法所獲取的誤差率相對較低，表明其在對故障進行診斷時出現(xiàn)的誤差相對較小，最終的診斷結(jié)果較為精準(zhǔn)，具有一定的實際應(yīng)用價值。

3 結(jié)束語

設(shè)計與研究35 kV電網(wǎng)繼電保護二次回路故障診斷方法。此種診斷方法具有更強的靈活性和應(yīng)變性，在不同的設(shè)備以及電力調(diào)度環(huán)境中，可以最大程度地保證診斷的精準(zhǔn)性和完整性，同時，依據(jù)物理鏈路與邏輯鏈路的方式，增加了對繼電保護二次回路的監(jiān)測功能，進一步完善了故障診斷的總體結(jié)構(gòu)。這不僅降低了故障發(fā)生的頻率，還提高了35 kV電網(wǎng)運行的整體安全性，保證了我國電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，推動電力企業(yè)的長遠發(fā)展。