中圖分類號(hào)：TP277 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

在電力工程安全控制中，繼電保護(hù)是一種有效的手段，而二次回路作為保護(hù)動(dòng)作的執(zhí)行通道，其狀態(tài)監(jiān)測(cè)直接影響保護(hù)可靠性。曹曉松等[1]提出了一種基于次回路的繼電保護(hù)二次回路在線監(jiān)測(cè)方法，可有效結(jié)合對(duì)電力工程繼電保護(hù)二次回路故障特征檢測(cè)和信息融合處理、二次線圈的故障特征量的提取，提高繼電保護(hù)的可靠性，這種監(jiān)測(cè)方法能實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)中繼電保護(hù)次級(jí)回路故障的檢測(cè)與辨識(shí)，提升其故障診斷與分析能力。馬艷等[2]主要以多參數(shù)信息為基礎(chǔ)，研究流程和站控層的信息異常特性，采用多參數(shù)信息融合的方式，實(shí)現(xiàn)故障信息的提取。還有研究人員提出基于特征辨識(shí)的二次回路故障診斷方法，在提取報(bào)警信號(hào)的基礎(chǔ)上，利用決策樹對(duì)故障狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)故障信息的分析與監(jiān)控，提出基于負(fù)載變動(dòng)的故障診斷模型，對(duì)該模型做了進(jìn)一步的改進(jìn)。然而，上述的繼電保護(hù)二次線路故障診斷方法均缺乏對(duì)其特性參數(shù)的有效分析，從而造成了監(jiān)控結(jié)果的可靠性低、實(shí)時(shí)性差的問題。為解決上述問題，文章將開展電力工程繼電保護(hù)二次回路運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法研究。

1實(shí)時(shí)頻譜檢測(cè)定位

針對(duì)電力工程繼電保護(hù)二次回路故障時(shí)間頻譜估計(jì)問題，文章提出了一種新的基于時(shí)間序列的功率譜分析算法[3]。在估算過程中，考慮電力工程中電流抑制參數(shù)的時(shí)間單元矩陣 F 與電力工程中的時(shí)差譜估算值 χ 的關(guān)系，同時(shí)也考慮到了二極管對(duì)電力工程的影響。在這一過程中，假設(shè)二次回路運(yùn)行異常的故障時(shí)間差頻譜項(xiàng) r 服從高斯分布，其中存在下述公式關(guān)系：

r=FX

此時(shí)，意味著異常故障的時(shí)間頻譜估計(jì)值 χ 是通過環(huán)流對(duì)參數(shù)時(shí)間單位矩陣產(chǎn)生了抑制。為了能夠獲取到該估計(jì)值的最大似然解，要對(duì)似然函數(shù)進(jìn)行最大化處理，以此得到下述函數(shù)：

Lχ=P（r|χ）

其中， Lχ 表示最大似然函數(shù)解； P（r|χ） 表示在特定的異常故障時(shí)間差頻譜估計(jì)值 χ 的條件下，實(shí)際測(cè)量得到的頻譜項(xiàng) r 的概率密度函數(shù)。通過對(duì)公式（2）最大似然函數(shù)的求解，獲取繼電保護(hù)二次回路故障時(shí)間差頻譜估計(jì)的最大似然解。但是，由于繼電保護(hù)二次回路中電壓型逆變二極管的存在，要求對(duì)實(shí)時(shí)頻譜檢測(cè)定位進(jìn)行最優(yōu)設(shè)計(jì)。針對(duì)該問題，可使用齊次分解法，把電壓型反相器二極管的效應(yīng)分解成極大似然解并基于時(shí)間序列的最優(yōu)解法，對(duì)電網(wǎng)中的繼電保護(hù)進(jìn)行分析[4]。進(jìn)而可以對(duì)電網(wǎng)中的線路故障進(jìn)行及時(shí)探測(cè)與定位，從而采取針對(duì)性的維修措施。在此基礎(chǔ)上，引入二極管對(duì)系統(tǒng)輸出電壓的影響，改善故障時(shí)延時(shí)譜的估算精度，為后續(xù)異常狀態(tài)的數(shù)據(jù)采集提供高精度條件。

2電力工程繼電保護(hù)二次回路運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)采集

在實(shí)時(shí)頻譜檢測(cè)定位到的異常區(qū)域上，本方法通過采集電力工程繼電保護(hù)二次回路運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，并由多層分布的數(shù)據(jù)傳輸模型完成對(duì)數(shù)據(jù)的傳遞。在作者簡(jiǎn)介：郭雄躍（1989—），男，學(xué)士；研究方向：電力工程繼電保護(hù)。

數(shù)據(jù)傳輸模型中，在數(shù)據(jù)鏈路層，利用數(shù)據(jù)鏈路層對(duì)繼電保護(hù)二次環(huán)路的失效信息進(jìn)行終端到終端的連接。在應(yīng)用層，構(gòu)建故障應(yīng)用的交叉編譯融合模型，實(shí)現(xiàn)各應(yīng)用之間的通信[5]。在表現(xiàn)層，通過數(shù)據(jù)格式加密等方式，對(duì)電工工程中的繼電保護(hù)進(jìn)行數(shù)據(jù)格式、加密等方面的融合。在網(wǎng)絡(luò)層，設(shè)計(jì)了多向?qū)ぶ泛吐酚伤惴?，從而解決了數(shù)據(jù)鏈路層的尋址問題；在傳輸層，設(shè)計(jì)了終端到終端的連接，實(shí)現(xiàn)了對(duì)數(shù)據(jù)鏈路層的連接[6。結(jié)合故障樣本分布函數(shù)，通過對(duì)電消納和電流參數(shù)的分析，獲取電力工程中繼電保護(hù)二次回路的電流數(shù)據(jù)，通過下述公式計(jì)算，得到輸出平均電流：

其中， 表示輸出的平均電流值； m×n！ 表示電消納參數(shù)； V 表示電力工程繼電保護(hù)二次回路輸出電壓； 表示繼電保護(hù)二次回路產(chǎn)生的電阻值。在此基礎(chǔ)上，可以結(jié)合勵(lì)磁電路中基波成分的測(cè)量方法完成對(duì)二次回路運(yùn)行故障信息分布集的獲取，引入故障信息分布局部檢測(cè)方法，建立如下述公式所示的電力工程繼電保護(hù)二次回路運(yùn)行狀態(tài)異常信息采集模型。

其中， Q 表示電力工程繼電保護(hù)二次回路運(yùn)行狀態(tài)異常信息； δ 表示局部故障節(jié)點(diǎn)； M 表示狀態(tài)信息分布數(shù)據(jù)量。至此，完成對(duì)所需電力工程繼電保護(hù)二次回路運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集。

3異常狀態(tài)特征提取

結(jié)合上述采集到的電力工程繼電保護(hù)二次回路運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，引入雙層調(diào)度、頻譜周期檢測(cè)的方法，獲取繼電保護(hù)二次回路異常狀態(tài)特征分布展寬，這一過程的表達(dá)式為：

其中， Z 表示繼電保護(hù)二次回路異常狀態(tài)特征分布展寬。進(jìn)一步引入多參量融合的方法，獲取特征統(tǒng)計(jì)量。對(duì)于電力工程中，繼電保護(hù)二次回路的最大允許功率值，可通過下述公式計(jì)算得出：

其中， {Q} 表示繼電保護(hù)二次回路的最大允許功率值。利用單元總功率探測(cè)與分析的方法，獲取到異常狀態(tài)特征的模糊參數(shù)集合 c 。再通過多參量融合的方法，獲取異常狀態(tài)特征信息PMS參數(shù)，其表達(dá)式為：

其中， l（t） 表示異常狀態(tài)特征信息PMS參數(shù)； q 表示異常狀態(tài)信息參數(shù)聯(lián)合分布區(qū)間； t（x） 表示模糊參數(shù)。結(jié)合上述運(yùn)算得到的結(jié)果，對(duì)其進(jìn)行狀態(tài)空間融合，以此得到繼電保護(hù)二次回路異常運(yùn)行狀態(tài)特征參數(shù)提取函數(shù)，利用該函數(shù)對(duì)異常特征提取，從而有效分析參數(shù)，達(dá)到故障診斷優(yōu)化。

4基于多參量的在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷

基于上述獲取到的多參量異常狀態(tài)特征，對(duì)繼電保護(hù)二次回路進(jìn)行在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷。在多參量特征中，針對(duì)電流參數(shù)特征、電壓參數(shù)特征等，其聯(lián)合概率密度函數(shù)可表示為：

其中， P（A，U） 電流參數(shù)特征、電壓參數(shù)特征聯(lián)合概率密度； π_i 表示狀態(tài)參數(shù)集合中第 i 個(gè)分量可作為數(shù)據(jù)生成來源的概率； φ_i 表示狀態(tài)參數(shù)集合中第 i 個(gè)分量多維空間數(shù)控。在解析多參量特征參數(shù)時(shí)，可進(jìn)一步引入滑動(dòng)窗口平均算法計(jì)算特征參數(shù)的平均水平。以電壓特征參數(shù)為例，其平均水平可表示為：

其中， R 表示窗口大??； U（t） 表示窗口內(nèi) χ_t 時(shí)間點(diǎn)的電壓值。將多參量異常章臺(tái)特征存儲(chǔ)在SCD和CID文檔中，以SCD和CID文檔為基礎(chǔ)的在線監(jiān)控與故障診斷，可以借助更加先進(jìn)的工具，充分利用監(jiān)控和故障診斷功能，把所有的SCD文件和CID文件都精確地輸入分析服務(wù)平臺(tái)進(jìn)行收集和分析，更好地掌握繼電保護(hù)二次回路的有關(guān)信息以及二次裝置的實(shí)際狀況，從而達(dá)到監(jiān)控運(yùn)行狀況的目的。以SCD和CID文件為基礎(chǔ)的在線監(jiān)控與故障診斷由物理鏈路通信狀態(tài)和邏輯信息鏈狀態(tài)2部分組成。在通信鏈路正常運(yùn)行時(shí)，發(fā)送者與接收者并非一個(gè)統(tǒng)一的裝置。一旦通信線路發(fā)生了異常，由于發(fā)行商一致且能正常傳送數(shù)據(jù)，不能判定錯(cuò)誤，為正確判定異常狀態(tài)，應(yīng)從接收端著手，對(duì)接收端的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行正確的判斷和排除。因此，通過鏈路監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)評(píng)估分析交換機(jī)的工作狀態(tài)來判斷通信鏈路的狀態(tài)，能在較短的時(shí)間內(nèi)檢測(cè)出故障，避免通信鏈路對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果的干擾。

5 實(shí)例應(yīng)用分析

5.1應(yīng)用環(huán)境

為了驗(yàn)證文章提出的監(jiān)測(cè)方法實(shí)際應(yīng)用性能，使用圖1所示繼電保護(hù)二次回路作為監(jiān)測(cè)對(duì)象，進(jìn)行實(shí)例應(yīng)用實(shí)驗(yàn)和結(jié)果分析。

圖1繼電保護(hù)二次回路

該繼電保護(hù)二次回路二次側(cè)的三相電壓幅度為240kV ，原系統(tǒng)的負(fù)載為 56kW ，正、負(fù)交流電流迭代25，電動(dòng)機(jī)無載電壓 28Ω ，故障樣本數(shù)據(jù)收集容量為1350個(gè)。

5.2應(yīng)用設(shè)備參數(shù)配置

在應(yīng)用環(huán)境中，主要組件包括：繼電保護(hù)裝置、信號(hào)發(fā)生裝置、直流電源等。各應(yīng)用設(shè)備的參數(shù)配置情況如表1所示。

表1各應(yīng)用設(shè)備的參數(shù)配置

在實(shí)驗(yàn)前，為確保實(shí)驗(yàn)的客觀性，須要對(duì)各個(gè)設(shè)備進(jìn)行嚴(yán)格的校準(zhǔn)，通過高精度設(shè)備捕捉實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)細(xì)微變化的掌握。

5.3 監(jiān)測(cè)效果

在監(jiān)測(cè)過程中，人為導(dǎo)人多種異常的繼電保護(hù)二次回路運(yùn)行狀態(tài)，分別為強(qiáng)電磁干擾狀態(tài)（狀態(tài)A）、負(fù)載突變狀態(tài)（狀態(tài)B）、回路老化狀態(tài)（狀態(tài)C）、極端電壓波動(dòng)狀態(tài)（狀態(tài)D）。在4種異常狀態(tài)下，利用文章所提監(jiān)測(cè)方法對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測(cè)。對(duì)監(jiān)測(cè)方法中異常狀態(tài)特征提取效果進(jìn)行檢驗(yàn)。從上述4種異常狀態(tài)中選取一種，在監(jiān)測(cè)過程中提取其異常狀態(tài)特征，將得到的結(jié)果繪制成圖2所示。

圖2文章所提監(jiān)測(cè)方法故障特征提取結(jié)果

從圖2可以看出，文章所提監(jiān)測(cè)方法可以準(zhǔn)確提取到異常運(yùn)行狀態(tài)的特征，進(jìn)而為后續(xù)監(jiān)測(cè)響應(yīng)與故障診斷提供更加可靠的依據(jù)條件。

在此基礎(chǔ)上，選擇將監(jiān)測(cè)時(shí)效性作為評(píng)價(jià)指標(biāo)圖3中記錄了5種不同狀態(tài)下，異常狀態(tài)發(fā)生與監(jiān)測(cè)到異常狀態(tài)時(shí)間的對(duì)比結(jié)果。

圖3中，縱坐標(biāo)為狀態(tài)標(biāo)簽，當(dāng)取值為0時(shí)，說明當(dāng)前處于正常運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)取值為1時(shí)，說明當(dāng)前處于異常狀態(tài)。從圖3所示的監(jiān)測(cè)結(jié)果可以看出，針對(duì)上述4種繼電保護(hù)二次回路運(yùn)行異常狀態(tài)，其發(fā)生時(shí)間與文章所提監(jiān)測(cè)方法監(jiān)測(cè)到并作出響應(yīng)的時(shí)間相差不超過10.5s，并且在部分異常狀態(tài)反復(fù)出現(xiàn)時(shí)，文章所提監(jiān)測(cè)方法可以實(shí)現(xiàn)對(duì)其進(jìn)行多次監(jiān)測(cè)響應(yīng)。因此，通過上述得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以證明，文章所提監(jiān)測(cè)方法可以實(shí)現(xiàn)對(duì)二次回路運(yùn)行異常狀態(tài)的準(zhǔn)確檢測(cè)，且具備極高的時(shí)效性，監(jiān)測(cè)靈敏度能夠充分滿足電力工程安全運(yùn)行所需。

6結(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷革新與發(fā)展，對(duì)電力工程中的繼電保護(hù)二次線路的故障狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)方法也在不斷優(yōu)化與創(chuàng)新。為此，文章提出了一種全新的針對(duì)電力工程中繼電保護(hù)二次回路運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法，通過實(shí)例實(shí)現(xiàn)了對(duì)該技術(shù)應(yīng)用可行性的驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法應(yīng)用實(shí)際可以為電力工程的運(yùn)行安全提供更強(qiáng)有力的支撐與保障。未來，要不斷對(duì)新型監(jiān)控技術(shù)進(jìn)行研究與應(yīng)用，從而不斷完善現(xiàn)有監(jiān)控手段，為電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行提供有力支撐與保證。

圖3監(jiān)測(cè)結(jié)果

參考文獻(xiàn)

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（編輯戴啟潤）

Abstract：Inresponse toissuessuch as theinability to extract effectivestate characteristicsandpoor timeliness in monitoring the operating statusof secondary circuits in power engineering relay protection，this paperconducts research on methods for monitoring the operating status of secondary circuits in power engineering relay protection.This method introduce power spectrumanalysisalgorithms to achievereal-time spectral detectionand localization，can colect operational status datafromthesecondarycircuitsof power enginering relay protection inthe identifiedabnormalareas and extract abnormal state characteristics from the colected setof status data.Then，based on multi-parameter state characteristics，online status monitoring and fault diagnosisarerealized.Theresults of practical applications show that the newmonitoring methodcanaccurately extract efective state characteristics，enablingreal-time monitoring of the operating status of secondary circuits in relay protection.

Key words：power engineering; secondary circuit； monitoring; operation status； relay protection