薛晨

（國網(wǎng)江蘇省電力有限公司揚(yáng)州供電分公司，江蘇 揚(yáng)州 225001）

隨著國家大力推進(jìn)智能電網(wǎng)的建設(shè)，智能變電站的數(shù)量逐年遞增，智能變電站的運(yùn)營維護(hù)工作也越來越重要。智能變電站的技術(shù)架構(gòu)與傳統(tǒng)變電站相比都發(fā)生了革命性的變化，但是在運(yùn)營維護(hù)方面，智能變電站仍然采用了傳統(tǒng)的定期檢修模式[1-2]。一方面，定期檢修需要將被檢驗(yàn)的設(shè)備停電，再根據(jù)檢驗(yàn)規(guī)程要求逐項(xiàng)對(duì)被檢驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行功能與狀態(tài)的檢查，工作量巨大，耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)，目的性差、有效性差；另一方面，智能變電站運(yùn)行數(shù)據(jù)豐富，具備高度共享的屬性，能夠通過智能化設(shè)備對(duì)智能變電站的運(yùn)行數(shù)據(jù)以及繼電保護(hù)數(shù)據(jù)進(jìn)行連續(xù)性檢測(cè)，并能通過通信的方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高度共享，這就為智能變電站繼電保護(hù)的運(yùn)用維護(hù)新方法的出現(xiàn)提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，也為基于狀態(tài)信息的智能變電站運(yùn)營維護(hù)技術(shù)提供了研究方向[3-4]。本文充分利用了智能變電站運(yùn)行數(shù)據(jù)高度共享的屬性，對(duì)能夠描述變電站繼電保護(hù)狀態(tài)的數(shù)據(jù)進(jìn)行了細(xì)致梳理，并從中提取出數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，由此提出了基于狀態(tài)信息關(guān)聯(lián)新的變電站繼電保護(hù)實(shí)時(shí)檢測(cè)方法。經(jīng)過算例驗(yàn)證，本文所提出的方法能夠有效檢測(cè)出繼電保護(hù)的異常狀態(tài)[5-6]。

1 變電站繼電保護(hù)狀態(tài)信息

智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)主要由繼電保護(hù)設(shè)備、智能終端、合并單元、過程層網(wǎng)絡(luò)等構(gòu)成[7]。繼電保護(hù)是通過采集模擬量和數(shù)字量，再經(jīng)過繼電保護(hù)裝置中的多個(gè)環(huán)節(jié)的運(yùn)算后得到最終的動(dòng)作數(shù)據(jù)和提示數(shù)據(jù)而實(shí)現(xiàn)的[8-9]。數(shù)據(jù)在繼電保護(hù)系統(tǒng)的各個(gè)組成部分之間傳輸，每一項(xiàng)功能的實(shí)現(xiàn)都需要繼電保護(hù)系統(tǒng)各個(gè)組成部分之間的相互配合，所以說繼電保護(hù)系統(tǒng)各個(gè)組成部分的狀態(tài)信息都可能會(huì)與整個(gè)繼電保護(hù)系統(tǒng)的狀態(tài)具有關(guān)聯(lián)性。以繼電保護(hù)系統(tǒng)的各個(gè)組成部分為基本單元進(jìn)行研究，得到繼電保護(hù)系統(tǒng)的狀態(tài)信息如表1所示[10-11]。

表1 繼電保護(hù)系統(tǒng)狀態(tài)信息

2 變電站繼電保護(hù)狀態(tài)信息關(guān)聯(lián)屬性

每執(zhí)行一次繼電保護(hù)動(dòng)作，都需要繼電保護(hù)系統(tǒng)的各個(gè)組成部分進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)分析和相互配合。繼電保護(hù)狀態(tài)信息伴隨著整個(gè)繼電保護(hù)的動(dòng)作過程，完成繼電保護(hù)動(dòng)作的各個(gè)環(huán)節(jié)的狀態(tài)信息具有關(guān)聯(lián)屬性[12]，例如前一個(gè)環(huán)節(jié)的狀態(tài)信息會(huì)影響后一個(gè)環(huán)節(jié)的狀態(tài)信息，相同環(huán)節(jié)的狀態(tài)信息一樣等。如圖1所示為繼電保護(hù)系統(tǒng)狀態(tài)信息之間的關(guān)聯(lián)屬性。梳理圖中的關(guān)聯(lián)屬性，可以將這些關(guān)聯(lián)屬性劃分為連鎖屬性、互斥屬性、冗余屬性、物理屬性等四大類。

圖1 繼電保護(hù)系統(tǒng)狀態(tài)信息之間的關(guān)聯(lián)屬性

連鎖屬性是指兩個(gè)狀態(tài)信息中的其中一個(gè)為A，另一個(gè)也對(duì)應(yīng)為A。連鎖屬性的狀態(tài)信息存在于實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)動(dòng)作必然引起的環(huán)節(jié)或同類型環(huán)節(jié)。連鎖屬性專門針對(duì)于數(shù)字量的狀態(tài)信息，取值為“0”和“1”，主要是指繼電器的通斷和壓板的投退。

互斥屬性是指兩個(gè)狀態(tài)信息中的其中一個(gè)為A，另一個(gè)對(duì)應(yīng)為～A，互斥屬性專門針對(duì)于數(shù)字量的狀態(tài)信息，取值為“0”和“1”，對(duì)于具有互斥關(guān)系的兩個(gè)狀態(tài)信息，其中一個(gè)為“1”，與其對(duì)應(yīng)的必然為“0”?；コ怅P(guān)系在繼電保護(hù)中主要是指斷路器狀態(tài)只能是“通”或“斷”，不存在第三種狀態(tài)；合閘繼電器處于“合位”，分閘繼電器必然處于“分位”。

冗余屬性是指兩個(gè)狀態(tài)信息完全保持一致，冗余屬性適用于數(shù)字量和模擬量，其中數(shù)字量的取值存在“0”和“1”之外的第三種狀態(tài)，涉及到冗余屬性的變量有電壓、電流、溫度、網(wǎng)絡(luò)延時(shí)等，具有冗余屬性的狀態(tài)信息通常存在于二重化配置的繼電保護(hù)系統(tǒng)或同信息源的模擬量和數(shù)字量中。

物理屬性主要針對(duì)于模擬量，必須要滿足基爾霍夫定律的約束，換而言之就是一次側(cè)系統(tǒng)的模擬量必須滿足跟電路結(jié)構(gòu)相關(guān)的物理定律的約束關(guān)系。

3 基于狀態(tài)信息關(guān)聯(lián)性的繼電保護(hù)檢測(cè)策略

本文選取連鎖屬性和互斥屬性對(duì)基于狀態(tài)信息關(guān)聯(lián)性的繼電保護(hù)檢測(cè)策略進(jìn)行研究。

根據(jù)連鎖屬性的特點(diǎn)，如果兩個(gè)具有連鎖屬性的狀態(tài)信息出現(xiàn)了數(shù)據(jù)偏差，則可以得到結(jié)論，其中的一個(gè)狀態(tài)信息出現(xiàn)了異常，具體的檢測(cè)方式是通過構(gòu)造異或邏輯來實(shí)現(xiàn)的，如果兩個(gè)具有關(guān)聯(lián)屬性的狀態(tài)信息經(jīng)過異或運(yùn)算后，其輸出結(jié)果位1，則認(rèn)定存在異常。

假設(shè)存在α 個(gè)數(shù)字量的狀態(tài)信息m1（t），m（2t），L，m（αt）分別與β 個(gè)數(shù)字量的狀態(tài)信息n（1t），n（2t），L，n（β）t存在關(guān)聯(lián)屬性關(guān)系。設(shè)定基準(zhǔn)向量和比較向量為：

定義“異或”運(yùn)算，當(dāng)兩個(gè)數(shù)字量不同時(shí)，異或運(yùn)算結(jié)果為1，則存在：

如果矩陣ω（t）的第i行的全部元素都為1，則認(rèn)定m（it）狀態(tài)信息出現(xiàn)了異常；如果矩陣ω（t）的第j列的全部元素都為1，則認(rèn)定n（jt）狀態(tài)信息出現(xiàn)了異常；特別情況下，如果m（it）狀態(tài)信息和n（jt）狀態(tài)信息都出現(xiàn)異常如果矩陣ω（t）的第i行和第j列的全部元素除了ω（ijt）外全部為1。當(dāng)出現(xiàn)多個(gè)狀態(tài)信息異常時(shí)，通過查找矩陣中的非零元素就能夠判定出是哪個(gè)狀態(tài)信息出現(xiàn)了異常。

根據(jù)互斥屬性的特點(diǎn)，如果兩個(gè)具有互斥屬性的狀態(tài)信息不呈現(xiàn)互補(bǔ)，則可以得到結(jié)論，其中的一個(gè)狀態(tài)信息出現(xiàn)了異常，具體的檢測(cè)方式是通過構(gòu)造同或邏輯來實(shí)現(xiàn)的，如果兩個(gè)具有關(guān)聯(lián)屬性的狀態(tài)信息經(jīng)過異或運(yùn)算后，其輸出結(jié)果位1，則認(rèn)定存在異常。

假設(shè)存在α個(gè)數(shù)字量的狀態(tài)信息m1（t），m（2）t，L，m（α）t分別與β個(gè)數(shù)字量的狀態(tài)信息n（1t），n（2）t，L，n（β）t存在互斥屬性關(guān)系。設(shè)定基準(zhǔn)向量和比較向量為：

定義“同或”運(yùn)算，當(dāng)兩個(gè)數(shù)字量相同時(shí)，同或運(yùn)算結(jié)果為1，則存在：

如果矩陣ω（t）的第i行的全部元素都為1，則認(rèn)定m（it）狀態(tài)信息出現(xiàn)了異常；如果矩陣ω（t）的第j列的全部元素都為1，則認(rèn)定n（jt）狀態(tài)信息出現(xiàn)了異常；特別情況下，如果m（it）狀態(tài)信息和n（jt）狀態(tài)信息都出現(xiàn)異常，則認(rèn)定矩陣ω（t）的第i行和第j列的全部元素除了ω（ijt）外全部為1。當(dāng)出現(xiàn)多個(gè)狀態(tài)信息異常時(shí)，通過查找矩陣中的非零元素就能夠判定出是哪個(gè)狀態(tài)信息出現(xiàn)了異常。

4 算例分析

為了驗(yàn)證本文所提出方法的有效性，以智能變電站最小系統(tǒng)為研究對(duì)象進(jìn)行分析，該系統(tǒng)包含了一個(gè)母聯(lián)斷路器間隔、一個(gè)變壓器間隔、五個(gè)線路間隔以及智能終端、合并單元、繼電保護(hù)設(shè)備等，其具體結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 智能變電站最小系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

當(dāng)k點(diǎn)發(fā)生接地故障時(shí)，保護(hù)1、保護(hù)2為內(nèi)部故障，正常情況下，t1時(shí)刻保護(hù)1、保護(hù)2、保護(hù)5、保護(hù)6起動(dòng)，t2時(shí)刻保護(hù)1、保護(hù)2動(dòng)作，保護(hù)5、保護(hù)6返回。如果保護(hù)1、保護(hù)2不動(dòng)作，則由保護(hù)5、保護(hù)6作為后備保護(hù)動(dòng)作。

本文以保護(hù)6的起動(dòng)異常為例，以保護(hù)6、保護(hù)2的狀態(tài)信息為基準(zhǔn)，得到t1時(shí)刻的基準(zhǔn)狀態(tài)向量，向量中各元素分別表示保護(hù)1和保護(hù)2的起動(dòng)情況，起動(dòng)為1，不起動(dòng)為0；得到t1時(shí)刻的比較狀態(tài)向量，向量中各元素分別表示保護(hù)5、保護(hù)6的起動(dòng)情況，運(yùn)算得到的矩陣第二行不為0，因此可以判斷保護(hù)6的起動(dòng)異常。

5 結(jié)論

為了充分利用智能變電站運(yùn)行數(shù)據(jù)高度開放的特點(diǎn)，本文從繼電保護(hù)系統(tǒng)基本組成出發(fā)對(duì)繼電保護(hù)狀態(tài)信息進(jìn)行了深入研究，對(duì)各個(gè)狀態(tài)信息之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系進(jìn)行了深入分析，將繼電保護(hù)裝置采集到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)變電站繼電保護(hù)的實(shí)時(shí)檢測(cè)。算例分析表明，本文所提出的方法運(yùn)算簡(jiǎn)單、結(jié)果可靠，在變電站一次側(cè)設(shè)備處于運(yùn)行狀態(tài)下也能夠?qū)崿F(xiàn)繼電保護(hù)檢測(cè)，有效提高了繼電保護(hù)的可靠性，減少了運(yùn)營維護(hù)的工作量，大大提升了變電站的檢修效率。