摘 要：當(dāng)前繼電保護(hù)裝置閉環(huán)自動(dòng)化檢驗(yàn)?zāi)Ｐ投酁閱雾?xiàng)執(zhí)行結(jié)構(gòu)，檢驗(yàn)范圍較小，促使最終得出的重疊檢驗(yàn)誤差增加，為此提出對(duì)變電站分布式繼電保護(hù)裝置閉環(huán)自動(dòng)化檢驗(yàn)方法的設(shè)計(jì)與驗(yàn)證。根據(jù)當(dāng)前測(cè)定，先進(jìn)行繼電保護(hù)裝置失效特征提取，設(shè)置閉環(huán)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，采用多階的方式，提升檢驗(yàn)范圍，設(shè)計(jì)多階閉環(huán)自動(dòng)化檢驗(yàn)?zāi)Ｐ?，采用自適應(yīng)定點(diǎn)的方式來(lái)處理實(shí)現(xiàn)檢驗(yàn)。測(cè)試結(jié)果表明，在預(yù)設(shè)的兩個(gè)階段中，針對(duì)選定的5個(gè)測(cè)試覆蓋區(qū)域，計(jì)算得出的重疊檢驗(yàn)誤差被控制在2.2以下，說(shuō)明此次設(shè)計(jì)的繼電保護(hù)裝置閉環(huán)自動(dòng)化檢驗(yàn)速度和精度較高，穩(wěn)定性強(qiáng)，檢驗(yàn)結(jié)果更加可靠。

關(guān)鍵詞：變電站；分布式繼電保護(hù)；保護(hù)裝置；閉環(huán)自動(dòng)化；檢驗(yàn)方法；遠(yuǎn)程控制

中圖分類號(hào)：TM 77" " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

分布式繼電保護(hù)裝置是變電站的重要保護(hù)設(shè)備，對(duì)保證電力系統(tǒng)運(yùn)行至關(guān)重要。當(dāng)前，較常用的繼電保護(hù)裝置檢驗(yàn)方法一般是定向識(shí)別或者范圍標(biāo)定的檢測(cè)形式，雖然能實(shí)現(xiàn)持續(xù)性檢測(cè)，但是存在效率低、操作復(fù)雜的問(wèn)題，無(wú)法滿足現(xiàn)代電力系統(tǒng)的高效、智能需求[1]。因此，本文提出變電站分布式繼電保護(hù)裝置閉環(huán)自動(dòng)化檢驗(yàn)方法，利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、控制技術(shù)等手段構(gòu)建自動(dòng)化檢驗(yàn)系統(tǒng)[2]。雖然增加了數(shù)據(jù)采集、處理、分析、判斷等多個(gè)環(huán)節(jié)，但能實(shí)現(xiàn)對(duì)繼電保護(hù)裝置的全面、快速、準(zhǔn)確檢驗(yàn)，提高檢驗(yàn)效率和精度。同時(shí)，降低人工操作的復(fù)雜性和誤差率，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理潛在的安全隱患，適應(yīng)電力系統(tǒng)的發(fā)展變化，提高電力系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。

1 設(shè)計(jì)變電站繼電保護(hù)裝置閉環(huán)自動(dòng)化檢驗(yàn)方法

1.1 繼電保護(hù)裝置失效特征提取

當(dāng)設(shè)計(jì)閉環(huán)自動(dòng)化檢驗(yàn)方法時(shí)，需要對(duì)繼電保護(hù)裝置的失效特征進(jìn)行提取。這些失效特征包括電氣參數(shù)的異常變化、保護(hù)動(dòng)作的不正確或延遲等。對(duì)這些失效特征進(jìn)行提取和分析，可以判斷繼電保護(hù)裝置是否存在故障，從而制定相應(yīng)的檢修和維護(hù)策略。

具體來(lái)說(shuō)，失效特征提取可以分為以下3個(gè)步驟。1）數(shù)據(jù)采集。利用傳感器和監(jiān)測(cè)設(shè)備實(shí)時(shí)采集繼電保護(hù)裝置的電氣參數(shù)和保護(hù)動(dòng)作信息。這些數(shù)據(jù)包括電壓、電流、功率、頻率等電氣參數(shù)，保護(hù)裝置的啟動(dòng)、復(fù)歸等動(dòng)作信息。2）數(shù)據(jù)預(yù)處理。對(duì)采集的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗、濾波和標(biāo)準(zhǔn)化處理，消除噪聲和異常值的影響，提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。3）特征提取算法。利用采集的信號(hào)處理，對(duì)失效特征進(jìn)行進(jìn)一步提取[3]。明確劃分應(yīng)用信號(hào)的覆蓋時(shí)域、頻域，提取失效信號(hào)中的關(guān)鍵特征參數(shù)，見(jiàn)表1。結(jié)合表1采集繼電保護(hù)裝置的時(shí)域、頻域關(guān)鍵特征。特征參數(shù)直觀地反映裝置的性能狀態(tài)，還需要測(cè)定對(duì)應(yīng)的特征值。4）特征選擇。從提取的眾多特征中選擇最具代表性的特征，用于后續(xù)的故障診斷和分類。

在特征選擇過(guò)程中，一個(gè)重要的公式是皮爾遜相關(guān)系數(shù)（Pearson correlation coefficient），可以衡量2個(gè)變量之間的線性相關(guān)程度，其計(jì)算公式如公式（1）所示。

（1）

式中：x、y為2個(gè)變量；xi、yi分別為x、y的樣本值；μx、μy分別為x、y的均值。

ρ（x，y）的取值范圍為-1～1，值越接近1表示正相關(guān)性越強(qiáng)，值越接近-1表示負(fù)相關(guān)性越強(qiáng)，值為0表示無(wú)相關(guān)性。

通過(guò)計(jì)算繼電保護(hù)裝置各電氣參數(shù)之間的皮爾遜相關(guān)系數(shù)，可以分析它們之間的關(guān)聯(lián)程度，從而提取與失效相關(guān)的特征。例如，當(dāng)某個(gè)電氣參數(shù)與其他參數(shù)的相關(guān)性發(fā)生顯著變化時(shí)，意味該參數(shù)出現(xiàn)異常，可以推斷繼電保護(hù)裝置存在故障。

需要注意的是，在提取失效特征的過(guò)程中，盡量保證數(shù)據(jù)的完整性和準(zhǔn)確性，并結(jié)合裝置的實(shí)際運(yùn)行情況和電力系統(tǒng)的需求，進(jìn)一步優(yōu)化裝置的參數(shù)配置，為繼電保護(hù)裝置閉環(huán)自動(dòng)化檢驗(yàn)奠定基礎(chǔ)。

1.2 閉環(huán)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置與多階閉環(huán)自動(dòng)化檢驗(yàn)?zāi)Ｐ驮O(shè)計(jì)

在變電站繼電保護(hù)裝置的閉環(huán)自動(dòng)化檢驗(yàn)中，設(shè)計(jì)多階閉環(huán)自動(dòng)化檢驗(yàn)?zāi)Ｐ湍軌驅(qū)Σ煌瑢哟蔚墓收线M(jìn)行逐級(jí)排查和處理，提高檢驗(yàn)的精細(xì)度和可靠性。

閉環(huán)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)置需要考慮多個(gè)方面，包括電氣參數(shù)的閾值、保護(hù)動(dòng)作的時(shí)間窗、故障判別的準(zhǔn)確率等。這些標(biāo)準(zhǔn)需要根據(jù)實(shí)際的電力系統(tǒng)運(yùn)行情況、繼電保護(hù)裝置的性能特點(diǎn)以及相關(guān)的行業(yè)規(guī)范進(jìn)行制定。例如，針對(duì)電氣參數(shù)的閾值，可以通過(guò)分析歷史數(shù)據(jù)、結(jié)合專家經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定合理的上下限值。針對(duì)保護(hù)動(dòng)作的時(shí)間窗，需要根據(jù)保護(hù)裝置的響應(yīng)速度和電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性要求進(jìn)行設(shè)定。結(jié)合變電站分布式繼電保護(hù)裝置運(yùn)行實(shí)況，以多階檢驗(yàn)來(lái)代替單向檢驗(yàn)，強(qiáng)化檢驗(yàn)結(jié)果的真實(shí)性。閉環(huán)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)置是確保檢驗(yàn)過(guò)程規(guī)范、準(zhǔn)確的基礎(chǔ)[4]。因此，設(shè)定的過(guò)程中應(yīng)基于電力系統(tǒng)的實(shí)際需求和繼電保護(hù)裝置的性能特點(diǎn)來(lái)制定，具體如下所示。1）靈敏性檢驗(yàn)。結(jié)合繼電保護(hù)裝置的運(yùn)行，對(duì)其異常情況感知的靈敏程度。2）動(dòng)作時(shí)間。對(duì)實(shí)際錯(cuò)誤動(dòng)作的瞬時(shí)捕捉時(shí)間，判定自動(dòng)化檢驗(yàn)的實(shí)際速度。3）可靠性。檢驗(yàn)是以自動(dòng)化形式對(duì)比閉環(huán)檢測(cè)的穩(wěn)定、可靠，確保閉環(huán)檢測(cè)結(jié)果的真實(shí)性。

結(jié)合上述設(shè)定的閉環(huán)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)多階閉環(huán)自動(dòng)化檢驗(yàn)?zāi)Ｐ汀z驗(yàn)過(guò)程劃分為多個(gè)階段，設(shè)置數(shù)據(jù)采集、處理、分析以及反饋優(yōu)化等環(huán)節(jié)，形成閉環(huán)控制。根據(jù)預(yù)設(shè)的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)裝置性能進(jìn)行評(píng)估，根據(jù)具體的閉環(huán)需求，捕捉異常位置的信號(hào)[5]，并對(duì)其進(jìn)行整合處理，設(shè)計(jì)模型的階閉環(huán)自動(dòng)化檢驗(yàn)流程，如圖1所示。

結(jié)合圖1，對(duì)模型多階閉環(huán)自動(dòng)化檢驗(yàn)流程進(jìn)行設(shè)計(jì)和實(shí)踐。此時(shí)，可以結(jié)合基礎(chǔ)的仿真系統(tǒng)模擬各種復(fù)雜的電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置閉環(huán)故障場(chǎng)景，根據(jù)檢驗(yàn)特征值來(lái)測(cè)試性能，此時(shí)可以設(shè)計(jì)模型自動(dòng)化檢驗(yàn)表達(dá)式，如公式（2）所示。

（2）

式中：H為自動(dòng)化檢驗(yàn)?zāi)Ｐ洼敵鼋Y(jié)果；?為檢驗(yàn)范圍；λ為異常區(qū)域標(biāo)定；T為檢驗(yàn)點(diǎn)位；S為失效特征[6]。

結(jié)合當(dāng)前的測(cè)定，對(duì)最終得出的自動(dòng)化檢驗(yàn)?zāi)Ｐ洼敵鼋Y(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，通過(guò)大數(shù)據(jù)分析進(jìn)行深度挖掘和處理，提取更多有價(jià)值的失效特征和性能優(yōu)化建議，進(jìn)一步完善自動(dòng)化檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷姆€(wěn)定性。

1.3 自適應(yīng)定點(diǎn)處理實(shí)現(xiàn)檢驗(yàn)

自適應(yīng)定點(diǎn)處理的核心思想是根據(jù)裝置的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)和性能特點(diǎn)，動(dòng)態(tài)調(diào)整檢驗(yàn)過(guò)程中的數(shù)據(jù)處理方式和精度要求。根據(jù)不同場(chǎng)景下的需求，自動(dòng)選擇最合適的處理方法和參數(shù)，以確保檢驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。對(duì)裝置的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和預(yù)處理，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行定點(diǎn)化處理[7]。結(jié)合繼電保護(hù)裝置的性能特點(diǎn)和故障特征計(jì)算定點(diǎn)檢驗(yàn)限值，如公式（3）所示。

（3）

式中：I為定點(diǎn)檢驗(yàn)限值；?為故障特征；X為定點(diǎn)速度；E為單元范圍。

將得出的定點(diǎn)檢驗(yàn)限值設(shè)置為自適應(yīng)定點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)，與閉環(huán)自動(dòng)化檢驗(yàn)的其他環(huán)節(jié)相結(jié)合，形成一體化的檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)檢驗(yàn)過(guò)程的持續(xù)優(yōu)化和改進(jìn)。需要注意的是，當(dāng)前所設(shè)定的自適應(yīng)定點(diǎn)形式并不是固定的，在針對(duì)繼電保護(hù)進(jìn)行檢測(cè)的過(guò)程中，可以隨時(shí)調(diào)整、轉(zhuǎn)換，增加檢測(cè)的覆蓋范圍以及綜合靈活度[8]，不斷強(qiáng)化繼電保護(hù)裝置閉環(huán)自動(dòng)化檢驗(yàn)結(jié)果。此外，自適應(yīng)檢測(cè)的對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)也需要及時(shí)調(diào)整、更新，從而保證檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的真實(shí)性、可靠性。

2 方法測(cè)試

結(jié)合實(shí)際的變電站控制管理要求，在復(fù)雜的電網(wǎng)運(yùn)行環(huán)境下，對(duì)變電站分布式繼電保護(hù)裝置閉環(huán)自動(dòng)化檢驗(yàn)方法測(cè)試環(huán)境進(jìn)行關(guān)聯(lián)、設(shè)定。選定G變電站作為測(cè)試的輔助目標(biāo)對(duì)象，利用專業(yè)的電網(wǎng)平臺(tái)和裝置采集實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)和信息，匯總整合相關(guān)數(shù)據(jù)后，采用對(duì)比的形式進(jìn)行驗(yàn)證。接下來(lái)，綜合閉環(huán)檢驗(yàn)的原則，細(xì)化部署具體測(cè)試環(huán)境。

2.1 測(cè)試準(zhǔn)備

G變電站的覆蓋范圍相對(duì)較大，日常電網(wǎng)及電路的可控針對(duì)性和穩(wěn)定性也相對(duì)較強(qiáng)。因此，需要增加對(duì)繼電保護(hù)裝置的控制與調(diào)整。隨機(jī)選定5條輸電線路進(jìn)行測(cè)試，并劃分對(duì)應(yīng)的覆蓋區(qū)域，區(qū)域內(nèi)部設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間搭接聯(lián)系，形成閉環(huán)式的監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)，有助于采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和信息。另外，各個(gè)位置的節(jié)點(diǎn)還需要對(duì)接入的大型等值電力機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，形成一個(gè)獨(dú)立的檢驗(yàn)區(qū)域。值得注意的是，當(dāng)前還需要將預(yù)設(shè)的自動(dòng)化檢驗(yàn)程序?qū)霗z驗(yàn)測(cè)試環(huán)境中，確保后期的感應(yīng)對(duì)比可以正常進(jìn)行。接下來(lái)，設(shè)置對(duì)應(yīng)的測(cè)試環(huán)境與參數(shù)，見(jiàn)表2。

根據(jù)表2對(duì)測(cè)試環(huán)境和參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。在此基礎(chǔ)上，還需要設(shè)定和支撐測(cè)試硬件環(huán)境。一般情況下，繼電保護(hù)需要增設(shè)傳感裝置以及電壓電流識(shí)別設(shè)備做輔助，建立應(yīng)用聯(lián)系，如圖2所示。

結(jié)合圖2實(shí)現(xiàn)對(duì)繼電保護(hù)裝置測(cè)試硬件的支撐關(guān)聯(lián)。當(dāng)前，確定測(cè)試設(shè)備與裝置的穩(wěn)定運(yùn)行之后，尋找并標(biāo)定失效中繼電保護(hù)穩(wěn)定平衡點(diǎn)，調(diào)整此時(shí)電力機(jī)組的機(jī)電模式，鎖定繼電保護(hù)裝置的覆蓋影響范圍，完成對(duì)當(dāng)前測(cè)試環(huán)境的設(shè)定和搭建工作。

為了確保測(cè)試結(jié)果的可靠性，設(shè)置異常對(duì)比檢驗(yàn)輔助測(cè)試條件，見(jiàn)表3。

收集繼電保護(hù)裝置在正常運(yùn)行和故障狀態(tài)下的多個(gè)電氣參數(shù)數(shù)據(jù)，包括電壓、電流、功率等。對(duì)收集的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗、濾波和標(biāo)準(zhǔn)化處理，以消除噪聲和異常值的影響。使用皮爾遜相關(guān)系數(shù)公式來(lái)計(jì)算電壓和電流之間的相關(guān)性。如果ρ（x，y）的值接近1，就表示電壓和電流之間存在強(qiáng)正相關(guān)關(guān)系，這通常表示繼電保護(hù)裝置在正常運(yùn)行狀態(tài)。如果ρ（x，y）的值顯著偏離1（例如小于某個(gè)預(yù)設(shè)的閾值），就表示這兩個(gè)參數(shù)之間存在異常關(guān)系，指示繼電保護(hù)裝置存在潛在故障。

在閉環(huán)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中，設(shè)置具體的參數(shù)閾值，針對(duì)電壓參數(shù)的閾值，設(shè)置正常運(yùn)行時(shí)電壓的上下限為 220V ± 5%，即209V～231V。如果檢測(cè)到的電壓值超出這個(gè)范圍，那么表示存在故障。

針對(duì)保護(hù)動(dòng)作的時(shí)間窗，設(shè)置保護(hù)動(dòng)作的最大延遲時(shí)間為50ms，如果保護(hù)裝置的實(shí)際動(dòng)作時(shí)間超過(guò)這個(gè)值，就表示存在故障或性能下降。

設(shè)置定點(diǎn)檢驗(yàn)限值為0.8，故障特征值為1.2，定點(diǎn)速度為30ms，單元范圍為1，自動(dòng)化檢驗(yàn)?zāi)Ｐ洼敵鼋Y(jié)果1表示通過(guò)，0表示未通過(guò)，檢驗(yàn)范圍是故障特征、定點(diǎn)速度和單元范圍的綜合，設(shè)定為一個(gè)多維空間或區(qū)間，失效特征 （`）：這是描述裝置失效或性能下降的特定參數(shù)或特征為重疊檢驗(yàn)誤差。

2.2 測(cè)試過(guò)程及結(jié)果分析

計(jì)算出重疊檢驗(yàn)誤差，如公式（4）所示。

（4）

式中：P為重疊檢驗(yàn)誤差；φ為重疊區(qū)域；?為擾動(dòng)頻率；μ1和μ2分別為基礎(chǔ)檢驗(yàn)區(qū)域和實(shí)際檢驗(yàn)區(qū)域。

根據(jù)以上測(cè)定，對(duì)最終得出的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，見(jiàn)表4。

根據(jù)表4對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析：在預(yù)設(shè)的2個(gè)階段中，針對(duì)選定的5個(gè)測(cè)試覆蓋區(qū)域，計(jì)算得出的重疊檢驗(yàn)誤差控制在2.2以下，說(shuō)明此次設(shè)計(jì)的繼電保護(hù)裝置閉環(huán)自動(dòng)化檢驗(yàn)速度和精度較高、穩(wěn)定性強(qiáng)、檢驗(yàn)結(jié)果更可靠。

3 結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合實(shí)際的檢驗(yàn)需求，深入理解閉環(huán)自動(dòng)化檢驗(yàn)方法的核心原理和技術(shù)實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)更靈活、更多變的檢驗(yàn)?zāi)Ｊ剑趶?fù)雜背景環(huán)境下，短時(shí)間內(nèi)提升檢驗(yàn)效率、保障電力系統(tǒng)安全性和穩(wěn)定性。同時(shí)，結(jié)合電力系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行需求進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)控，確保閉環(huán)自動(dòng)化檢驗(yàn)方法能夠真正服務(wù)于電力系統(tǒng)，推動(dòng)電力系統(tǒng)快速朝智能化、自動(dòng)化方向發(fā)展。

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