國網(wǎng)四川省電力公司超高壓分公司 肖博峰

引言

在當(dāng)今時代的發(fā)展中，電力行業(yè)的發(fā)展對當(dāng)今國計民生發(fā)展有著重大的影響，電力系統(tǒng)繼電保護的故障狀態(tài)監(jiān)測是保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行的關(guān)鍵，是促進電力系統(tǒng)發(fā)展進步的有效措施，電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行更是電力系統(tǒng)發(fā)展進步的保障。在當(dāng)今電力系統(tǒng)運行安全控制技術(shù)不斷進步的前提下，通過繼電保護的方式對實現(xiàn)優(yōu)化控制從而提升其穩(wěn)定性是當(dāng)下發(fā)展的關(guān)鍵。

在電力系統(tǒng)繼電保護二次回路的設(shè)計過程中，為有效防止電流串?dāng)_以及電壓振蕩等因素對系統(tǒng)的影響，造成電力系統(tǒng)繼電保護二次回路故障輸出的穩(wěn)定性不好，導(dǎo)致故障發(fā)生率較高，從而需要構(gòu)建優(yōu)化的電力系統(tǒng)繼電保護二次回路故障狀態(tài)實時監(jiān)測模型，結(jié)合對電力系統(tǒng)繼電保護二次回路故障特征和信息融合處理，有效提取電力系統(tǒng)繼電保護二次回路故障特征量，在特征分類識別的基礎(chǔ)上進行電力系統(tǒng)繼電保護二次回路故障監(jiān)測識別，不斷提高故障診斷分析能力。

在以往傳統(tǒng)的監(jiān)測方法中，電力系統(tǒng)繼電保護二次回路故障監(jiān)測方法主要是在多參信息量的基礎(chǔ)上進行繼電保護二次回路的故障狀態(tài)監(jiān)測。通過對站控層以及過程層的信息異常特征進行分析，對異常值進行采樣，利用多參信息量的方式實現(xiàn)故障信息監(jiān)測。對于通過二次回路故障信息特征識別的故障檢測方法，以提取報文中的特征碼為主，預(yù)測二次回路的故障情況，從而對故障信息實現(xiàn)有效分析監(jiān)測。

此外，還有通過系統(tǒng)負(fù)載變化情況，在參數(shù)分析的基礎(chǔ)上實現(xiàn)對電力系統(tǒng)繼電保護二次回路的監(jiān)測方法，還有通過量化尋優(yōu)的方式對電力系統(tǒng)繼電保護二次回路實現(xiàn)有效監(jiān)測等。但在傳統(tǒng)的監(jiān)測方法中，無法實現(xiàn)對故障狀態(tài)特征參數(shù)進行有效分析，得到的監(jiān)測結(jié)果可靠性并不是很高，而且實時性也并不是非常理想。以上述各種方法為基礎(chǔ)，通過不斷改進優(yōu)化提出在頻譜特征監(jiān)測的基礎(chǔ)上對電力系統(tǒng)繼電保護二次回路故障狀態(tài)進行實時監(jiān)測的方法。

在科研人員的不斷努力下，提出了一種電力系統(tǒng)繼電保護二次回路故障狀態(tài)實時監(jiān)測方法，能夠有效提升當(dāng)下電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。在該監(jiān)測方法中，對于故障信息的采集主要通過構(gòu)建多層分布模型的方式解決，其次結(jié)合勵磁磁鏈基波分量的原理進行故障特征信息的融合處理，對繼電保護二次回路故障特征的提取主要通過電流極限圓以及電壓極限特征的方法進行，并通過頻譜監(jiān)測的方法對故障狀態(tài)進行定位監(jiān)測，有效構(gòu)建電力系統(tǒng)繼電保護二次回路故障狀態(tài)實時定位監(jiān)測模型，對電力系統(tǒng)繼電保護二次回路的故障狀態(tài)進行實時監(jiān)測，提高故障狀態(tài)監(jiān)測以及實時診斷的能力。

1 故障數(shù)據(jù)采集以及特征參數(shù)提取

1.1 故障數(shù)據(jù)采集

在當(dāng)前的電力系統(tǒng)繼電保護二次回路故障監(jiān)測中，為有效實現(xiàn)故障狀態(tài)實時監(jiān)測，采用雙端口穩(wěn)壓控制的方法進行電力系統(tǒng)繼電保護二次回路故障信息的實時監(jiān)測，首先要合理構(gòu)建電力系統(tǒng)繼電保護二次回路故障信息采集的分布模型。

在圖1中所示的故障信息采集中，說物理層主要是電力系統(tǒng)繼電保護二次回路故障數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪Ｐ蜆?gòu)建，且在運轉(zhuǎn)的過程中通過數(shù)據(jù)鏈路層的傳輸協(xié)議從而進行介質(zhì)訪問；數(shù)據(jù)鏈路層主要是實現(xiàn)電力系統(tǒng)繼電保護二次回路故障信息各數(shù)據(jù)端的連接；應(yīng)用層主要是建立故障程序的編譯融合模型，為響應(yīng)程序之間實現(xiàn)有效通信；表現(xiàn)層主要是實現(xiàn)電力系統(tǒng)繼電保護二次回路的故障信息融合處理，包括在應(yīng)用過程中的各種數(shù)據(jù)格式，加密工作等；網(wǎng)絡(luò)層是算法程序的尋址以及路徑選擇等；傳輸層主要是實現(xiàn)計算機主機端到各數(shù)據(jù)鏈路層的相連[1]。

圖1 故障信息采集的多層分布模型

在故障樣本分布模型中，通常采用電消納及電流參數(shù)分析的方法得到繼電保護二次回路的輸出電流平均值：I=|M×N|+U/R。式中：I 為輸出電流平均值，U 為繼電保護二次回路的輸出電壓，R 表示繼電保護二次回路的電阻，|M×N|表示電銷納參數(shù)。

對于電力系統(tǒng)繼電保護二次回路故障信息分布集，通常需要結(jié)合勵磁磁鏈基波分量的方式進行檢測，需構(gòu)建完善的電力系統(tǒng)繼電保護二次回路故障信息采集模型，通常以表達式表示：式中：γ 表示電力系統(tǒng)繼電保護二次回路的局部故障節(jié)點，通常表示為γ=K(1-S)-2,式中的K、S 均為常數(shù)。M 在式中表示信息分布的數(shù)據(jù)量，完成這些工作才能保證二次回路故障信息進行有效的收集。

1.2 故障特征參數(shù)的提取

故障信息的采集結(jié)果及采集準(zhǔn)確度在很大程度上影響著特征參數(shù)的提取，在電力系統(tǒng)繼電保護故障狀態(tài)的實時監(jiān)測中，通常采用雙層調(diào)度以及頻譜周期的監(jiān)測方法進行，得到電力系統(tǒng)繼電保護二次回路故障特征分布的寬度為：T=EX-(2+γ×√I)/m。采用多參量融合的故障診斷方法，從而得到電力系統(tǒng)繼電保護二次回路的故障信息數(shù)據(jù)的回波監(jiān)測統(tǒng)計特征量。對于電力系統(tǒng)繼電保護二次回路故障特征參數(shù)提取函數(shù)，通產(chǎn)以狀態(tài)空間融合的方式進行表示，其具體表達式為；D=X∑t=1(x(t)+k(t))/z。在以上表述中，要想實現(xiàn)電力系統(tǒng)繼電保護二次回路故障特征檢測優(yōu)化，就要對其特征參數(shù)進行有效提取，從而進行參數(shù)分析。

2 繼電保護二次回路故障狀態(tài)實時監(jiān)測應(yīng)用

在當(dāng)下電力系統(tǒng)繼電保護二次回路故障狀態(tài)實時監(jiān)測的過程中，實時頻譜特征檢測是較為常用的檢查方法，同時也是實時監(jiān)測在優(yōu)化設(shè)計中的關(guān)鍵，在二次回路檢測中，通常主要有電壓回路檢測以及電流回路檢測，其檢測的簡單示意圖如圖2。

圖2 二次回路檢測

2.1 運行狀態(tài)故障監(jiān)測

在二次回路故障狀態(tài)實時監(jiān)測中可以有效實現(xiàn)運行狀態(tài)信息的監(jiān)測，在實際操作中，包括狀態(tài)監(jiān)測過程中的硬件系統(tǒng)設(shè)計、軟件系統(tǒng)以及各采樣值等數(shù)據(jù)信息的獲取等。此外，還包括電力系統(tǒng)各設(shè)備在在運行過程中的運行溫度以及在發(fā)生故障時的溫度變化監(jiān)測。在繼電保護二次回路故障診斷的過程中，對于采樣量的監(jiān)測在應(yīng)用過程中主要有差動電流監(jiān)測及設(shè)備支路電流監(jiān)測，通過對電力系統(tǒng)的實時監(jiān)測，記錄在不用運行工況下運行環(huán)境狀態(tài)變化的情況下的狀態(tài)信息，確保能夠及時發(fā)現(xiàn)電力系統(tǒng)在運行過程中的異常情況，能夠根據(jù)相關(guān)狀態(tài)信息準(zhǔn)確分析故障原因，制定科學(xué)合理的解決措施[2]。

2.2 鏈路故障監(jiān)測

電力系統(tǒng)繼電保護鏈路故障的情況相對來說較為復(fù)雜，在實際操作中可能造成的故障原因如下：首先系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)信息接收設(shè)備，在特定時間內(nèi)若是無法接收到相應(yīng)鏈路的運行狀態(tài)信息時，系統(tǒng)就會自動發(fā)出報警，在通常情況下造成這種原因可能是因為系統(tǒng)中的鏈路發(fā)生故障，導(dǎo)致數(shù)據(jù)信息無法進行正常傳輸，導(dǎo)致繼電保護二次回路信息接收設(shè)備出現(xiàn)數(shù)據(jù)斷層的現(xiàn)象，系統(tǒng)在規(guī)定的時間內(nèi)無法接收到有效的數(shù)據(jù)信息就會自動發(fā)生預(yù)警，顯示鏈路貴故障信息。

在實際操作過程中，鏈路故障信息會發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)報文裝置中進行信息處理，最終向系統(tǒng)發(fā)送相應(yīng)的預(yù)警指令。通常在繼電保護二次回路的運行過程中，其鏈路發(fā)生故障的位置較為確定，隨機性較強，對于操作人員來說是很大的挑戰(zhàn)，需要依靠豐富的實際經(jīng)驗進行有效的判斷。而在二次回路故障監(jiān)測診斷應(yīng)用的過程中，可以有效實現(xiàn)對系統(tǒng)各鏈路全方位、實時性的監(jiān)測，在故障發(fā)生時能夠?qū)ζ溥M行準(zhǔn)確的定位，能夠幫助維修人員排除正常的運行鏈路，使維修人員在進行檢查后快速制定有效的故障排除方案，從而使線路恢復(fù)正常的運行。

2.3 保護動作故障監(jiān)測

繼電保護二次回路為電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行提供保障，為電力系統(tǒng)的運行提供保護作用，避免因為事故的發(fā)生導(dǎo)致電力系統(tǒng)的安全運行受到影響，從而影響電能的質(zhì)量。在二次回路的保護裝置中，最為核心重要的保護裝置通常分為單重保護裝置以及雙重保護裝置，在單重保護配置中主要依靠網(wǎng)絡(luò)報文裝置，對系統(tǒng)的模擬信息量進行處理對比，從而起到監(jiān)測保護裝置是否正常運行的作用。

雙重保護裝置主要是通過對二次回路執(zhí)行保護動作的時間以及其效率展開分析，分析電力系統(tǒng)各部分運行的工作狀態(tài)以及相應(yīng)時間，從而監(jiān)測保護裝置是否處于正常運行狀態(tài)。動作保護裝置是繼電保護二次回路的核心部分，二次回路的各項作用是否能夠正常發(fā)揮，有很大程度取決于動作保護裝置的運行狀態(tài)，故障診斷的實時監(jiān)測分析能夠準(zhǔn)確判斷動作保護裝置是否在發(fā)生故障時能夠正常運行，保證電力系統(tǒng)的安全運行[3]。

2.4 交流回路故障監(jiān)測

在電力系統(tǒng)繼電保護二次回路故障狀態(tài)監(jiān)測中，對交流回路的故障監(jiān)測主要是通過對回路中的交流量進行分析，從而判斷交流回路的運行狀態(tài)。在目前的發(fā)展中，電力系統(tǒng)繼電保護二次回路故障監(jiān)測對于交流回路的監(jiān)測通常采用雙AD 裝置。在運行過程中，可以實時采集交流回路的各種數(shù)據(jù)量信息，并采用可靠性較好的雙保護套的形式對采集的數(shù)據(jù)信息進行對比分析，若是雙保護套的裝置在最終的結(jié)論中差異性較小，則通常表明交流回路運行狀態(tài)正常，可以正常發(fā)揮其作用，若是雙保護套的數(shù)據(jù)信息對比差異較大則表明交流回路中可能存在故障，需要對其進行故障定位分析、判斷故障類型，制定高效可靠的故障排除方案。

2.5 預(yù)警系統(tǒng)故障監(jiān)測

繼電保護二次回路故障診實時監(jiān)測電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)，在此過程中系統(tǒng)若是發(fā)生運行狀態(tài)異常，預(yù)警系統(tǒng)會接受到相應(yīng)的指令發(fā)出故障預(yù)警，從而為工作人員提供較為準(zhǔn)確合理的預(yù)警信息，幫助工作人員在及時制定合理的故障排除計劃，保證系統(tǒng)的安全。在繼電保護二次回路中，采樣值、開關(guān)樣以及運行狀態(tài)是警報信息的主要組成部分，采樣值通常反映鏈路故障、檢修狀態(tài)以及PT/PC 是否存在斷線的問題。運行狀態(tài)通常反映出系統(tǒng)某部分閉鎖以及電告警的問題。

開關(guān)量故障信息通常包括鏈路在運行過程中是否通暢的問題，檢修的協(xié)調(diào)性問題等。在運行過程中，當(dāng)故障監(jiān)測診斷獲取到相關(guān)的故障信息后，通常會根據(jù)數(shù)據(jù)信息的處理分析從而判斷故障的范圍以及引起故障的因素等，為維修人員在制定故障排除方案中提供很大的便利[4]。

綜上，在電力系統(tǒng)繼電保護二次回路故障狀態(tài)實時監(jiān)測過程中，要在實踐的基礎(chǔ)上不斷構(gòu)建優(yōu)化的電力系統(tǒng)繼電保護二次回路故障狀態(tài)實時監(jiān)測模型。通過對電力系統(tǒng)繼電保護二次回路故障特征檢測以及各數(shù)據(jù)信息的融合處理，在物理層中構(gòu)建有效的電力系統(tǒng)繼電保護二次回路故障數(shù)據(jù)傳輸模型，在多參量融合的故障診斷方法基礎(chǔ)上有效構(gòu)建故障數(shù)據(jù)模型，進行故障數(shù)據(jù)檢測。繼電保護二次回路故障狀態(tài)實時監(jiān)測診斷能夠充分掌握二次回路的運行狀態(tài)，在運行過程中系統(tǒng)各部分發(fā)生異常情況能夠及時發(fā)出預(yù)警，保障系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運行。