劉孟 鄢學峰 杜偉 馬文濤 彭雪華 皮延輝

摘要：現(xiàn)階段，電力行業(yè)的智能化建設水平不斷提升，變電站也逐漸實現(xiàn)智能化控制和管理，使得智能電網(wǎng)的運行安全得到極大保障。當變電站運行過程中出現(xiàn)故障時，其中的二次回路會自動報警，維護變電站的穩(wěn)定運行。但是由于受現(xiàn)場環(huán)境的干擾，二次回路報警功能難以有效區(qū)分繼電保護異常和其它異常情況，導致變電站運行故障無法得到及時告警和排除。因此，亟需一種變電站二次回路監(jiān)測技術，保證變電站運行的安全性和穩(wěn)定性。為此，相關專家學者對此進行了研究。

關鍵詞：變電站二次回路;繼電保護;調試技術

引言

繼電保護的二次回路狀態(tài)檢測和評估過程，涉及不同功能回路、不同間隔、不同類型變電站的綜合考量。以220kV傳統(tǒng)變電站為例，保護裝置相關的二次回路主要可以分為交流和直流回路，交流回路，比如：電流回路、電壓回路、輔助設備交流供電等;直流回路，比如：跳合閘及相關監(jiān)視回路、裝置供電、信號回路、開入開出回路等。本文對這些回路進行健康度特性分析，并對如何進行監(jiān)視提出解決方案。

1變電站監(jiān)測信息融合

由于變電站中二次回路監(jiān)測的信息較多，因此，為保證在線監(jiān)測的準確性，需對變電站監(jiān)測信息融合。利用VR技術模擬變電站實際情況，對整個變電站環(huán)境信息進行三維采集，利用獲取的三維數(shù)據(jù)建立相應的虛擬環(huán)境模型，完成每個設備回路連線和接收壓板等各個元素圖形樣式的繪制，再將各個變電站的二次回路數(shù)據(jù)連接，生成二次回路展示畫面，根據(jù)模擬結果對變電站二次回路監(jiān)測過程進行前期規(guī)劃。

2二次回路檢測難點

在傳統(tǒng)變電中，二次回路的狀態(tài)監(jiān)檢測難點在于沒有缺少對于回路的監(jiān)視手段，區(qū)別于智能變電站的二次設備及回路，可以通過對虛擬二次回路和光纖回路可視化，結合在線檢測系統(tǒng)，可實時對虛擬二次回路進行監(jiān)視。傳統(tǒng)變電站對于二次電纜的監(jiān)視只能是依靠相關設備的采樣間接數(shù)據(jù)做為依據(jù)，來判斷該回路是否連接正常。如：對于電流回路，判斷其是否有分流，甚至開路，主要是依靠裝置的差流告警，對于電流回路開路狀態(tài)主要是依靠測溫等手段。可以看出這種檢測手段是結果導向，無法實時對二次回路進行檢測。在無法新增檢測裝置的前提下，對二次回路進行準確判斷，可以采用多方數(shù)據(jù)綜合判斷，并形成日常評估的分析報告，對于健康程度較低的回路，需要結合停電計劃進行整改。

3智能變電站繼電保護二次回路在線監(jiān)測系統(tǒng)

3.1系統(tǒng)組成

智能變電站二次回路保護在線監(jiān)測系統(tǒng)主要包括主站系統(tǒng)、后臺系統(tǒng)和終端設備3個部分。其中，主站系統(tǒng)主要位于調度端，具有數(shù)據(jù)采集、分析和顯示功能，是整個在線監(jiān)測系統(tǒng)的核心部分。需要指出的是，由于智能變電站某些結構的限制，其主站系統(tǒng)的布置要嚴格按照布置方便的原則，盡量不增加設備，充分利用數(shù)字化信息分析裝置，完成信息采集工作。對于新建的智能變電站，可用在線監(jiān)控設備、故障診斷設備進行數(shù)據(jù)采集。端機可以采集、分配和過濾變電站運行過程中產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù);這樣，當電網(wǎng)發(fā)生故障，運行數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時，端站設備就能進行數(shù)據(jù)分析、故障診斷，并將相關信息、數(shù)據(jù)歸納匯總，形成相應的報表文件。

3.2交流電流二次回路分流及斷線檢測

在二次回路長期運行過程，形成電流二次回路分流或者開路的原因主要有以下幾個：（1）電流回路中的試驗接線端子由于在配置質量和結構上的缺陷，從而導致螺桿與銅板的螺孔接觸不良從而形成開路。其次是在電路回路中的線端子壓板，由于膠木頭過長，從而導致該金屬墊片未能夠與壓板處于全面的固定狀態(tài)，從而誤壓在了金屬片結構上，從而導致該結構開路，如圖1（a）所示;（2）維修和試驗人員在日常工作中存在操作處理失誤，最終未能將繼電器內(nèi)部的接頭進行全面的銜接處理，并且在驗收時未能找到問題;（3）二次回路線端子接頭結構的壓接結構處于不緊密狀態(tài)，整個回路中的電壓過大，從而導致相關設施處于燒毀狀態(tài)，自然也會導致系統(tǒng)開路;（4）端子接觸的接片和螺栓腐蝕嚴重，也會導致開路。發(fā)生CT分流或者斷線時，首先是回路的儀器表顯示為異常降低或者直接為0的狀態(tài)，對于存在差動原理的保護裝置，裝置會報“CT斷線告警”，甚至誤動作。因此，在裝置閉鎖甚至誤動作之前提前告警很有必要。在傳統(tǒng)的變電站中，一般一個保護CT繞組可能會串接其他裝置，如穩(wěn)控、故錄等裝置，因此我們可能對串接與同一回路的裝置的采樣值進行比對，如果存在偏差過大則可能存在分流;同時對于CT的不同次級，可能進行比照互印證，如后臺測控數(shù)據(jù)同保護，雙重化保護中間數(shù)據(jù)互印證等;對于CT回路的檢測，還有一種手段是測溫，發(fā)生CT回路斷線的時候，電流互感器及其二次回路會存在打火、發(fā)熱的現(xiàn)象，對于運維人員的巡視測溫也是重要的輔助檢測手段，圖1（b）所示即為CT電流回路開路時的測溫圖。

3.3故障特征提取

根據(jù)智能變電站繼電開關校正系統(tǒng)的轉差頻率進行故障狀態(tài)下的誤差補償控制，建立智能變電站繼電保護的閉環(huán)控制參數(shù)解析控制模型，得到智能變電站繼電保護二次回路的阻抗判別模型，采用阻抗分析法，得到變電站繼電保護二次回路的能量輸出均值為：

（1）

根據(jù)輸入電壓到直流母線電壓特征分布情況，得到智能變電站繼電保護二次回路的輸出功率參數(shù)檢測結果為X=x1，x{}2，…，xn，n是故障樣本數(shù)據(jù)集的模糊匹配特征參數(shù)，得到X的數(shù)目表示故障類別數(shù)，采用深度學習方法，構建變電站繼電保護二次回路的三維譜參數(shù)識別模型，表示為：

（2）

根據(jù)勞斯穩(wěn)定判據(jù)，在故障工況下，得到變電站繼電保護二次回路的輸出阻抗包絡值為：

（3）

（4）

對采集的智能變電站繼電保護二次回路動態(tài)數(shù)據(jù)進行三維特征重組，采用勵磁電感支路電流綜合分析方法進行智能變電站繼電保護二次回路故障特征分布式融合，根據(jù)智能變電站繼電開關校正系統(tǒng)的轉差頻率進行故障狀態(tài)融合，得到故障檢測的自適應迭代式：

（5）

其中，y∈Rm為智能變電站繼電保護二次回路的無源阻尼特征量，有源阻尼控制參數(shù)為：

結合深度學習方法進行智能變電站繼電保護二次回路故障特征分類檢測，根據(jù)故障特征屬性進行故障特征辨識，得到變電站繼電保護二次回路的故障分布式融合輸出：

（7）

其中，an表示直流母線工作點的偏移量，由此得到智能變電站繼電保護二次回路故障信息檢測的譜峰為：

（8）

（9）

采用深度學習方法，得到變電站繼電保護二次回路的故障演化狀態(tài)向量[14]，f∈Rm為故障樣本分布集，由此實現(xiàn)對變電站繼電保護二次回路的故障特征提取，特征分布為：

（10）

式中：μ為故障定位的位置參數(shù);δ為系統(tǒng)的特征聚類系數(shù);k為深度學習的迭代次數(shù)。根據(jù)對智能變電站繼電保護二次回路的故障特征提取結果，進行故障檢測。

結束語

變電站作為輸配電系統(tǒng)的信息源和執(zhí)行終端，其主要設備的安全可靠運行必須要得到足夠的保障。由于監(jiān)測數(shù)據(jù)多、過程復雜，傳統(tǒng)的變電站二次回路監(jiān)測方法的實時性和準確性差，嚴重影響了變電站的安全運行。為解決這一問題，設計了一種基于VR技術的變電站二次回路在線監(jiān)測方法，并通過測試對比結果證明了該監(jiān)測方法的應用優(yōu)勢。

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