陳禹志，徐浩，董亞麗，孫曉佳，李鵬，陳志彪，邊虎塞

(1.國網(wǎng)西藏電力有限公司，西藏 拉薩850000；2.國網(wǎng)湖南省電力有限公司電力科學研究院，湖南 長沙410007；3.國網(wǎng)西藏電力有限公司電力科學研究院，西藏 拉薩850000；4.國網(wǎng)西藏電力有限公司超高壓分公司，西藏 拉薩850000；5.國網(wǎng)林芝供電公司，西藏 林芝860000；6.國網(wǎng)那曲供電公司，西藏那曲852000)

0 引言

隨著新型電力系統(tǒng)建設(shè)逐步推進，安全可靠供電要求更高，需要電網(wǎng)隱患篩查治理更精準、故障恢復更及時。繼電保護是保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的第一道防線，其專業(yè)管理水平、運維水平和檢修水平直接關(guān)系一次設(shè)備和整個電網(wǎng)的運行水平。結(jié)合近年來的電網(wǎng)故障分析，壓板、定值、回路、裝置等方面問題禁而未絕，繼電保護隱患排查治理還任重道遠，是新型電力系統(tǒng)建設(shè)需要重點解決的技術(shù)難題[1－6]。國網(wǎng)西藏電力有限公司是新型電力系統(tǒng)建設(shè)試點單位，相關(guān)工作更應(yīng)在初期走在前列[7－12]。

二次系統(tǒng)專業(yè)巡檢是提高繼電保護系統(tǒng)安全可靠水平的重要手段。通過二次檢修班組專業(yè)技術(shù)人員一年兩次的人工現(xiàn)場專業(yè)巡檢，全面掌握裝置模擬量采樣、差流、開關(guān)量采樣、壓板標識及投退情況、裝置信號燈、歷史事件告警報文、GPS對時、回路、紅外測溫等情況，彌補運行巡檢工作重點不突出、專業(yè)水平欠缺、電網(wǎng)季節(jié)性特征針對性不強的不足，提升西藏自治區(qū)電網(wǎng)繼電保護正確動作率。

但隨著大二次專業(yè)的融合及電網(wǎng)規(guī)模的不斷發(fā)展，二次班組人員從事的專業(yè)范圍越來越廣，工作量也越來越大，班組工作量與承載能力之間的矛盾也越來越突出。特別是西藏自治區(qū)面積大、變電站偏遠，人工巡檢耗費大量人力、物力及時間，制約了電網(wǎng)的高質(zhì)量發(fā)展[13－16]。例如，2021年3月那曲江達變跳閘事故中，調(diào)查人員清晨出發(fā)，深夜才到達事故現(xiàn)場，影響供電恢復和村民度冬保暖，路途中人身安全也受到影響。有鑒于此，本文嘗試依托D5000系統(tǒng)等現(xiàn)有數(shù)字化成果，探索二次系統(tǒng)新的管理和技術(shù)手段，實現(xiàn)專業(yè)巡檢由人工巡檢向自動巡檢升級，提升專業(yè)巡檢實時性、效率效益和精益化水平。

1 D5000系統(tǒng)現(xiàn)狀

D5000平臺故障信息處理系統(tǒng)是一套布置在調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)安全II區(qū)的繼電保護信息收集系統(tǒng)，使用對象為繼電保護專業(yè)技術(shù)人員和調(diào)度員，其功能主要是遠程獲取變電站繼電保護裝置的運行數(shù)據(jù)，用于變電站故障后保護動作信息的遠程收集[17－19]。該系統(tǒng)主要由位于變電站內(nèi)的保信子站、故障錄波子站和位于調(diào)控中心的主站系統(tǒng)構(gòu)成，子站裝置與站內(nèi)繼電保護裝置、故障錄波裝置通信，獲取裝置內(nèi)的運行數(shù)據(jù)和故障報文、錄波數(shù)據(jù)等信息，然后通過調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)上送至主站系統(tǒng)。

該系統(tǒng)能夠采集繼電保護裝置中的所有運行信息，包括定值、模擬量采樣數(shù)據(jù)、功能壓板和軟壓板狀態(tài)、開關(guān)量狀態(tài)、故障報文、告警事件報文、保護故障錄波報文，并可以從站內(nèi)故障錄波裝置中獲取獨立的故障錄波數(shù)據(jù)。其功能定位主要用于變電設(shè)備故障后遠程收集與故障元件有關(guān)的繼電保護裝置動作報文和錄波數(shù)據(jù)，并歸集形成故障簡報推送給D5000系統(tǒng)下的智能告警功能模塊，及時提供故障信息，便于事故處理。同時，為繼電保護專業(yè)技術(shù)人員提供詳細的故障信息和數(shù)據(jù)，便于事故分析。

2 自動專業(yè)巡檢算法制定

故障信息處理系統(tǒng)主要側(cè)重于故障后信息的歸集，卻并未有效利用正常運行中的信息。實際上故障信息處理系統(tǒng)可以提供二次系統(tǒng)專業(yè)巡視工作中對于裝置運行數(shù)據(jù)的檢查內(nèi)容，如定值、模擬量、開關(guān)量、軟壓板、異常告警信號燈檢查所需的絕大部分現(xiàn)場數(shù)據(jù)，只是這些數(shù)據(jù)目前處于閑置狀態(tài)。通過對該系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行二次處理，可以實現(xiàn)專業(yè)巡檢的自動化。本文提出通過主站系統(tǒng)遠程采集保護裝置的定值、模擬量采樣信息、壓板信息、開關(guān)量信息及異常報文等信息，設(shè)置對比基準或一定的規(guī)則，實現(xiàn)裝置運行數(shù)據(jù)的校核，其架構(gòu)如圖1所示。以下以保護定制核對和模擬量校核為例說明自動巡檢算法。

圖1 繼電保護自動專業(yè)巡檢系統(tǒng)架構(gòu)

2.1 保護定值核對

繼電保護定值是確保保護功能可靠有效的根本前提?，F(xiàn)場專業(yè)巡檢往往需要運行人員、檢修人員參照運行定值單對裝置中定值逐項核對，費時耗力，且可能因人為疏漏出現(xiàn)核對錯誤。在推行二次專業(yè)巡檢后，定值錯誤導致保護不正確動作案例仍時有發(fā)生。采用自動巡檢算法后，軟件自動核對所有定值，提高了精益化程度和準確度。保護定值自動核對算法主要包括基準定值錄入(設(shè)置)、定值自動核對及生成核對結(jié)果三部分。

1)基準定值單的設(shè)置。實現(xiàn)的方式有三種:一是收集各地市(區(qū))公司在用的各類型繼電保護設(shè)備的定值單，按設(shè)備類型進行核對，并最終形成全網(wǎng)統(tǒng)一格式的定值單；二是與定值整定計算程序接口，開發(fā)專用的格式；三是通過召喚繼電保護裝置內(nèi)的當前定值，通過人工核對后固化為定值核對的基準，本文中采用第三種方式。

2)定值核對。支持手工選擇指定保護或自動對選定的批量保護召喚實際運行定值，與選定的基準值進行比對，不一致時差異、高亮顯示，并給出告警。

3)生成核對結(jié)果。核對完畢后，可生成全部設(shè)備核對記錄表，并對異常的定值單和裝置給出告警信息。運行人員根據(jù)告警信息，及時進行定值定向核對修正，工作承載力將得到顯著提高。

2.2 模擬量校核

現(xiàn)場專業(yè)巡檢模擬量的主要方式是對裝置模擬量進行逐一檢查，同樣存在人為疏漏問題，特別是異常情況判斷嚴重依賴于巡檢人員自身技術(shù)水平，存在巡檢不到位問題。自動專業(yè)巡檢主要針對電流電壓采樣值，進行多數(shù)據(jù)源之間幅值和相位的比對及三相不平衡度的計算，智能判別模擬量的正確性。對于220 kV級以上電壓等級繼電保護裝置為雙重化配置，兩套裝置的采樣回路獨立，可以對兩套裝置的采樣數(shù)據(jù)逐項進行相互比對校驗。110 kV電壓等級繼電保護裝置為單套配置時，對采樣間隔保護與母線保護對應(yīng)間隔的模擬量采樣數(shù)據(jù)進行比對，并需要有變比折算的參數(shù)設(shè)置功能?？紤]到采樣環(huán)節(jié)中各種誤差，兩套保護裝置的采樣值不可能完全一致，設(shè)置誤差在5%之內(nèi)即認為一致；雙重化配置的兩套保護一般為兩個廠家的裝置，其上送的模擬量數(shù)據(jù)不完全一致，僅針對兩套保護裝置上送的三相電壓、電流、差動電流及零序電壓電流等進行比對。

對各裝置采樣的三相電壓或電流進行不平衡度計算，以檢查幅值及相位是否平衡，主要步驟如下。

1)召喚模擬量。支持手工選定保護或設(shè)定批量設(shè)備自動進行模擬量召喚。

2)三相電流電壓平衡檢查。對保護設(shè)備回應(yīng)的模擬量結(jié)果進行分析計算，檢查幅值和相角是否平衡。

3)與主(備)保護一致性檢查。核查同個一次設(shè)備下主、備保護或同一個間隔下多個保護、測控之間的三相電流、電壓值的一致性，對比誤差大于5%時按不一致處理。

4)告警。對于發(fā)現(xiàn)不一致、越限或越變化率的情況進行告警提示。

5)校核結(jié)果。校核完畢后，支持生成全部設(shè)備檢查記錄表。

3 高級功能開發(fā)

3.1 故障智能分析功能

3.1.1 原始動作報告

根據(jù)一二次設(shè)備關(guān)聯(lián)關(guān)系，自動對從I區(qū)保護(安控)設(shè)備在線監(jiān)視模塊收到的保護實時事件、故障特征量、保護錄波文件及II區(qū)采集的錄波器錄波文件信息進行篩選、過濾，將一次故障相關(guān)的保護真實跳閘信息、保護錄波及錄波器錄波文件進行挑選、整理，形成原始動作報告。

3.1.2 事故分析報告

在原始故障包基礎(chǔ)上，進一步對錄波文件進行分析，并形成簡潔的結(jié)論性分析結(jié)果，如故障類型、持續(xù)時間、故障電流、故障元件、故障測距等及關(guān)鍵跳閘事件等。

3.1.3 錄波分析報告

對收到的錄波文件進行自動分析，給出分析結(jié)果報告，啟動錄波生成啟動分析報告、故障類錄波形成故障分析報告，以方便專業(yè)人員提前發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患或快速定位故障。

3.1.4 保護動作時序回放

支持對當次故障的電流電壓變化、開關(guān)量時序變位等情況以圖形化方式自動回放，以方便專業(yè)人員進行故障分析。

3.1.5 故障測距計算

支持單端和雙端測距計算，當僅有線路一端的錄波文件時，自動按單端計算測距；否則，根據(jù)歸檔的事故報告，抽取線路兩端的錄波器錄波文件進行自動雙端測距計算，并將計算結(jié)果在最終的事故報告中進行展示。

3.2 運行報表管理

3.2.1 實時統(tǒng)計

實時統(tǒng)計并更新廠站、設(shè)備的最新運行情況，為界面實時顯示提供基礎(chǔ)，主要功能如下。

1)按地區(qū):各地區(qū)接入廠站總數(shù)、斷開廠站數(shù)及斷開率、各地區(qū)接入裝置總數(shù)、斷開數(shù)及斷開率；2)按廠站:各廠站接入裝置總數(shù)、斷開數(shù)目及斷開率；3)全網(wǎng)接入廠站總數(shù)、斷開廠站數(shù)及廠站斷開率；4)全網(wǎng)接入裝置總數(shù)、斷開裝置數(shù)及裝置斷開率、檢修設(shè)備數(shù)及檢修率；5)變電站接入數(shù)、電廠接入數(shù)及各占比例。

3.2.2 報表生成

自動生成廠站、設(shè)備運行情況及專業(yè)巡視等報表，并支持自動形成月報表。

1)廠站、設(shè)備運行情況報表

按地區(qū)。廠站中斷率:本地區(qū)所有廠站總計運行時間、通信斷開時間、中斷率；裝置中斷率:本地區(qū)所有保護總計運行時間、通信斷開時間、設(shè)備檢修時間、中斷率、檢修率；計算裝置中斷率應(yīng)排除檢修時間段。上述信息以表格和柱狀圖方式展示。

按廠站。中斷率:本廠站總計運行時間、通信斷開時間中斷率及中斷明細；裝置接入率:本廠站應(yīng)接裝置總數(shù)、實接裝置總數(shù)及接入率；裝置中斷率:本廠站所有保護總計運行時間、通信斷開時間、檢修時間中斷率、檢修率及其明細；計算裝置中斷率應(yīng)排除檢修時間段。上述信息以表格及圖形方式展示。

2)電網(wǎng)故障報表

正確收集率:總故障次數(shù)、信息收全次數(shù)及正確收集率；故障類型:各類型真實故障次數(shù)及其在總故障中所占比例；故障報告生成總數(shù)、真實跳閘報告?zhèn)€數(shù)、調(diào)試及檢修類報告?zhèn)€數(shù)。

3)專業(yè)巡視報表

全網(wǎng)裝置錄波文件總數(shù)、啟動錄波、故障錄波及啟動異常錄波次數(shù)及明細；定值不一致、開關(guān)量不一致、模擬量不一致、軟壓板不一致總次數(shù)及明細；各地區(qū)設(shè)備故障告警、運行異常告警、裝置啟動和啟動異常、定值不一致、開關(guān)量不一致、模擬量不一致、軟壓板不一致總次數(shù)及明細。

4 結(jié)語

本文基于西藏電網(wǎng)繼電保護問題頻發(fā)、專業(yè)巡檢耗時費力現(xiàn)狀，研究開發(fā)了基于D5000故障信息處理系統(tǒng)的繼電保護自動專業(yè)巡檢系統(tǒng)，詳細闡述了系統(tǒng)架構(gòu)、邏輯規(guī)則和高級功能。該系統(tǒng)以主站系統(tǒng)遠程采集的保護裝置定值、模擬量采樣信息、壓板信息、開關(guān)量信息及異常報文等信息為基礎(chǔ)，通過設(shè)置對比基準或一定的邏輯規(guī)則以及深度挖掘，實現(xiàn)了對變電站繼電保護裝置定值、壓板狀態(tài)、開入量狀態(tài)和模擬量的遠程自動校核、異常告警及統(tǒng)計分析、事故分析和波形反演。該系統(tǒng)已在西藏自治區(qū)進行部署，提升電網(wǎng)供電能力。