繼電保護(hù)技術(shù)在數(shù)字化變電站中的應(yīng)用

摘 要 變電站的數(shù)字化程度不斷加強(qiáng)，探究繼電保護(hù)技術(shù)在數(shù)字化變電站中的應(yīng)用尤為重要。文章基于數(shù)字化變電站數(shù)據(jù)處理的基本要求，對繼電保護(hù)點(diǎn)檢測技術(shù)、數(shù)據(jù)處理方法及容錯技術(shù)進(jìn)行論述。數(shù)據(jù)處理直接對等間隔采樣數(shù)據(jù)傅里葉變換，通過修正實(shí)測頻率對傅里葉變換的正余弦項(xiàng)，獲取輸入信號的真實(shí)相位及有效值。在數(shù)字化變電站中，通過網(wǎng)絡(luò)化傳輸過程層采樣值信息，并將這些信息共享，根據(jù)冗余信息能夠?qū)﹀e誤數(shù)據(jù)快速識別。研究證據(jù)的生成、選取融合信息等關(guān)鍵問題，對繼電保護(hù)技術(shù)在數(shù)字化變電站廣泛應(yīng)用，對數(shù)據(jù)系統(tǒng)在線監(jiān)測和診斷意義重大。

關(guān)鍵詞 繼電保護(hù)；變電站；容錯；數(shù)字處理技術(shù)

中圖分類號：TM774 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）06-0115-02

在數(shù)字化變電站中，為了達(dá)到工程化的目的，遵守等角度數(shù)據(jù)采樣準(zhǔn)則的基本要求，在數(shù)據(jù)處理時進(jìn)行轉(zhuǎn)換，借鑒較為成熟的傳統(tǒng)數(shù)據(jù)處理方式及繼電保護(hù)措施。在多采樣率信號處理理論的基礎(chǔ)上，利用時域有限沖激響應(yīng)濾波器方法或者數(shù)據(jù)插值方法實(shí)現(xiàn)對采樣頻率的轉(zhuǎn)換，使各個角度的采樣數(shù)據(jù)與各通道數(shù)據(jù)同步。這種數(shù)據(jù)處理技術(shù)對原始采樣值序列進(jìn)行復(fù)雜的計(jì)算處理，工作量較大，并且會帶來濾波器延時以及量化誤差。針對目前數(shù)字化變電站運(yùn)營狀況，探究如何將繼電保護(hù)技術(shù)應(yīng)用于當(dāng)前數(shù)字化變電站中，建設(shè)繼電保護(hù)點(diǎn)檢系統(tǒng)，不斷優(yōu)化容錯方案，采取合理的數(shù)據(jù)處理方法，對電力系統(tǒng)的安全高效運(yùn)營有重要意義。

1 繼電保護(hù)點(diǎn)檢測

數(shù)字化變電站中，為了更好地進(jìn)行繼電保護(hù)，就要在其中建立繼電保護(hù)點(diǎn)檢測體系。將數(shù)字化變電站二次電氣設(shè)備的技術(shù)措施優(yōu)化管理作為核心任務(wù)，通過供電系統(tǒng)中二次電氣設(shè)備點(diǎn)檢測，對數(shù)字化的變電站進(jìn)行繼電保護(hù)系統(tǒng)建設(shè)，對主要業(yè)務(wù)信息進(jìn)行有序管理，達(dá)到對二次電氣設(shè)備參數(shù)和電力系統(tǒng)運(yùn)行業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的全方位實(shí)時監(jiān)管、信息共享。點(diǎn)檢測系統(tǒng)通過標(biāo)準(zhǔn)化、專業(yè)化的設(shè)計(jì)，完成對電氣設(shè)備繼電保護(hù)的信息化管理；構(gòu)建基于二次電氣設(shè)備數(shù)據(jù)的綜合業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)點(diǎn)檢測、分析平臺，加強(qiáng)繼電保護(hù)技術(shù)在數(shù)字化變電站中的應(yīng)用，為電力局點(diǎn)設(shè)備校驗(yàn)、檢修以及技術(shù)改造等提供客觀的運(yùn)行依據(jù)，為進(jìn)一步提高工作效率和運(yùn)營服務(wù)質(zhì)量，最大程度地滿足電力發(fā)展的需求，確保電力變電運(yùn)行的安全性。

建立二次電氣設(shè)備點(diǎn)檢標(biāo)準(zhǔn)化分析平臺，完成對電氣設(shè)備的可靠性評價，為點(diǎn)檢測定修管理及狀態(tài)檢修提供可靠依據(jù)。電氣設(shè)備點(diǎn)檢測定修管理主要包括如下幾個方面：設(shè)備部件參數(shù)、設(shè)備本身的參數(shù)信息以及設(shè)備投運(yùn)、檢驗(yàn)、使用、更換等信息的跟蹤記錄；保護(hù)工作電子化，對繼電保護(hù)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄與分析，進(jìn)行可靠性分析，為設(shè)備的現(xiàn)場校驗(yàn)、技術(shù)改造等提供客觀運(yùn)行依據(jù)。

將繼電保護(hù)專業(yè)點(diǎn)檢測定修及高級分析系統(tǒng)應(yīng)用于數(shù)字化變電站中，該系統(tǒng)以電氣設(shè)備信息為基礎(chǔ)，依托流程平臺為，以檢修過程管理為出發(fā)點(diǎn)，建立標(biāo)準(zhǔn)化信息服務(wù)體系，實(shí)現(xiàn)管理標(biāo)準(zhǔn)化，對檢修知識不斷積累和復(fù)用。點(diǎn)檢測系統(tǒng)整體框架如圖1。

圖1 點(diǎn)檢測系統(tǒng)框圖

點(diǎn)檢測工作人員通過點(diǎn)檢測儀將定點(diǎn)任務(wù)下載到移動設(shè)備上，并攜帶至現(xiàn)場完成點(diǎn)檢作業(yè)任務(wù)，首先對標(biāo)識設(shè)備地點(diǎn)的條形碼進(jìn)行掃描，驗(yàn)證通過后，點(diǎn)檢項(xiàng)目將在系統(tǒng)中自動顯示，按照點(diǎn)檢項(xiàng)目的顯示順序登記項(xiàng)目運(yùn)行狀況，正?；蛘弋惓?，并將備注說明在表格中填寫；點(diǎn)檢測任務(wù)完成后將數(shù)據(jù)上傳到系統(tǒng)中。系統(tǒng)中相應(yīng)管理模塊對點(diǎn)檢測計(jì)劃自動編制，同時自動生成點(diǎn)檢項(xiàng)目，幾秒鐘時間就能夠?qū)⑸锨€點(diǎn)檢項(xiàng)目下載到點(diǎn)檢儀，使點(diǎn)檢測計(jì)劃以及項(xiàng)目編制時間大大縮短，實(shí)現(xiàn)作業(yè)任務(wù)無紙化辦公，能夠方便地將測量數(shù)據(jù)錄入到系統(tǒng)中，使工作效率大大提高，管理成本降低。

2 繼電保護(hù)容錯技術(shù)

在數(shù)字化變電站中，冗余數(shù)據(jù)信息能夠較為方便、快捷地獲取到，當(dāng)繼電保護(hù)數(shù)據(jù)失真發(fā)生時，冗余數(shù)據(jù)信息為解決容錯問題提供了新的處理方法?，F(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)傳輸與數(shù)據(jù)處理技術(shù)在數(shù)字化變電站的過程層廣泛應(yīng)用，繼電保護(hù)數(shù)據(jù)能夠以固定格式通過公共網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，從而做到快速識別錯誤數(shù)據(jù)、防止繼電保護(hù)不正確動作的發(fā)生。

探究表達(dá)、推理及綜合判斷冗余數(shù)據(jù)信息的妥當(dāng)方法，是利用這些信息辨識錯誤數(shù)據(jù)的關(guān)鍵。以證據(jù)理論為基礎(chǔ)，融合多源互感器數(shù)據(jù)，防止繼電保護(hù)錯誤動作的容錯方法。

證據(jù)理論的基本假設(shè)主要包括：設(shè)識別框架θ包含所需識別或判斷的全部對象，其元素彼此相斥，且有函數(shù)，滿足條件：

（1）

融合相容證據(jù)：

（2）

其中，m（A）表示經(jīng)n個證據(jù)合成后對命題A的支持程度。當(dāng)證據(jù)間沒有沖突時，利用式（2）合成結(jié)果使得對相同命題的支持程度增大。

融合沖突證據(jù)：

（3）

其中，λi為各個證據(jù)的權(quán)重。

從多源互感器獲取到數(shù)據(jù)信息后，通過繼電保護(hù)設(shè)備對這些數(shù)據(jù)信息進(jìn)行融合，輸出結(jié)果與保護(hù)算法共同構(gòu)成“與門出口”，只有在信息融合及繼電保護(hù)算法的輸出結(jié)果都判定系統(tǒng)發(fā)生故障時，保護(hù)才可以進(jìn)行動作。繼電保護(hù)容錯方法的原理結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 繼電保護(hù)容錯原理

在數(shù)字化變電站中，繼電保護(hù)容錯方法將在兩種情況下呈現(xiàn)不同的工作狀態(tài)：①保護(hù)對象是否處于故障狀態(tài)；②互感器是否產(chǎn)生錯誤數(shù)據(jù)。當(dāng)信息融合處于不啟動狀態(tài)時，無論故障是否存在，只要沒有錯誤采樣值，信息融合算法將一直保持處于不啟動狀態(tài)，并持續(xù)保持保護(hù)出口處于開放狀態(tài)，是否進(jìn)行跳閘，將由保護(hù)算法單獨(dú)判斷。當(dāng)存在錯誤數(shù)據(jù)、信息融合處于保護(hù)啟動狀態(tài)，且判斷結(jié)果為閉鎖出口時，根據(jù)數(shù)據(jù)融合結(jié)果能夠準(zhǔn)確判斷出系統(tǒng)處于無故障狀態(tài)，將閉鎖跳閘出口，避免保護(hù)誤動。當(dāng)真實(shí)故障與錯誤數(shù)據(jù)并存時，信息融合結(jié)果將認(rèn)定系統(tǒng)處于故障狀態(tài)，開放保護(hù)出口。

3 繼電保護(hù)數(shù)據(jù)處理技術(shù)

在數(shù)字化變電站中，數(shù)據(jù)采集、傳輸模式都與常規(guī)變電站有較大區(qū)別，當(dāng)電力系統(tǒng)與額定頻率不相當(dāng)時，在這一點(diǎn)上不符合標(biāo)準(zhǔn)的等角度采樣，離散傅立葉變換的直接使用將導(dǎo)致頻譜泄漏，計(jì)算誤差太大。完成采樣率轉(zhuǎn)換，提取算法提取法，頻率采樣序列對應(yīng)的原始序列的頻譜擴(kuò)展。endprint

圖3 數(shù)字化變電站與常規(guī)變電站中的數(shù)據(jù)流對比

等間隔采樣時，在信號頻率不等于額定頻率的情況下對傅里葉算法修正。對只含基波分量的電壓信號，，則

（4）

其中，為電壓信號振幅；為初相；為信號實(shí)際頻率，與額定頻率不一定相等；為正弦振幅；為余弦振幅。

在微機(jī)處理時，根據(jù)傅里葉級數(shù)原理，可按下式求得正弦及余弦振幅為：

（5）

其中，為第k次的采樣值；N為一個周期內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù)。

當(dāng)時，

（6）

當(dāng)頻率與額定值不相當(dāng)時，利用傅里葉算法求得的正余弦項(xiàng)振幅式與真實(shí)值有差別。振幅誤差為：

（7）

相位誤差為：

（8）

4 總結(jié)

電力設(shè)備技術(shù)管理精細(xì)化水平的不斷提高，需要構(gòu)建基于繼電保護(hù)設(shè)備數(shù)據(jù)的綜合分析平臺，繼電保護(hù)點(diǎn)檢系統(tǒng)，能為設(shè)備的選型、校驗(yàn)、檢修、技術(shù)改造等提供客觀依據(jù)。針對數(shù)字化變電站中采樣值數(shù)據(jù)出錯可能導(dǎo)致保護(hù)誤動的問題，本文所提方法可實(shí)現(xiàn)全數(shù)字式繼電保護(hù)的容錯控制，對數(shù)字化變電站中的繼電保護(hù)防誤設(shè)計(jì)具有一定的參考價值。

參考文獻(xiàn)

[1]朱承治，郭創(chuàng)新，孫旻，等.基于改進(jìn)證據(jù)推理的變壓器狀態(tài)評估研究[J].高電壓技術(shù)，2008，34（11）：2332-2337.

[2]蘇永春，辛建波，竇曉波.數(shù)字化變電站保護(hù)與視頻系統(tǒng)聯(lián)動控制方案[J].中國電力，2010（04）：33-37.

[3]鄧勇，施文康，朱振福.一種有效處理沖突證據(jù)的組合方法[J].紅外與毫米波學(xué)報，2004，23（1）：27-32.

[4]黃輝，舒乃秋，李自品，等.基于信息融合技術(shù)的電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定評估[J].中國電機(jī)工程學(xué)報，2007，27（16）：19-23.

[5]李仲青，周澤昕，黃毅，等.數(shù)字化變電站繼電保護(hù)適應(yīng)性研究[J].電網(wǎng)技術(shù)，2011（05）：210-215.

[6]張兵，盧煥章.多傳感器自動目標(biāo)識別中的沖突證據(jù)組合方法[J].系統(tǒng)工程與電子技術(shù)，2006，28（6）：857-860.

作者簡介

于慶武，男，北京人，廣電總局中央廣播電視塔高級工程師。endprint

圖3 數(shù)字化變電站與常規(guī)變電站中的數(shù)據(jù)流對比

等間隔采樣時，在信號頻率不等于額定頻率的情況下對傅里葉算法修正。對只含基波分量的電壓信號，，則

（4）

其中，為電壓信號振幅；為初相；為信號實(shí)際頻率，與額定頻率不一定相等；為正弦振幅；為余弦振幅。

在微機(jī)處理時，根據(jù)傅里葉級數(shù)原理，可按下式求得正弦及余弦振幅為：

（5）

其中，為第k次的采樣值；N為一個周期內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù)。

當(dāng)時，

（6）

當(dāng)頻率與額定值不相當(dāng)時，利用傅里葉算法求得的正余弦項(xiàng)振幅式與真實(shí)值有差別。振幅誤差為：

（7）

相位誤差為：

（8）

4 總結(jié)

電力設(shè)備技術(shù)管理精細(xì)化水平的不斷提高，需要構(gòu)建基于繼電保護(hù)設(shè)備數(shù)據(jù)的綜合分析平臺，繼電保護(hù)點(diǎn)檢系統(tǒng)，能為設(shè)備的選型、校驗(yàn)、檢修、技術(shù)改造等提供客觀依據(jù)。針對數(shù)字化變電站中采樣值數(shù)據(jù)出錯可能導(dǎo)致保護(hù)誤動的問題，本文所提方法可實(shí)現(xiàn)全數(shù)字式繼電保護(hù)的容錯控制，對數(shù)字化變電站中的繼電保護(hù)防誤設(shè)計(jì)具有一定的參考價值。

參考文獻(xiàn)

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[5]李仲青，周澤昕，黃毅，等.數(shù)字化變電站繼電保護(hù)適應(yīng)性研究[J].電網(wǎng)技術(shù)，2011（05）：210-215.

[6]張兵，盧煥章.多傳感器自動目標(biāo)識別中的沖突證據(jù)組合方法[J].系統(tǒng)工程與電子技術(shù)，2006，28（6）：857-860.

作者簡介

于慶武，男，北京人，廣電總局中央廣播電視塔高級工程師。endprint

圖3 數(shù)字化變電站與常規(guī)變電站中的數(shù)據(jù)流對比

等間隔采樣時，在信號頻率不等于額定頻率的情況下對傅里葉算法修正。對只含基波分量的電壓信號，，則

（4）

其中，為電壓信號振幅；為初相；為信號實(shí)際頻率，與額定頻率不一定相等；為正弦振幅；為余弦振幅。

在微機(jī)處理時，根據(jù)傅里葉級數(shù)原理，可按下式求得正弦及余弦振幅為：

（5）

其中，為第k次的采樣值；N為一個周期內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù)。

當(dāng)時，

（6）

當(dāng)頻率與額定值不相當(dāng)時，利用傅里葉算法求得的正余弦項(xiàng)振幅式與真實(shí)值有差別。振幅誤差為：

（7）

相位誤差為：

（8）

4 總結(jié)

電力設(shè)備技術(shù)管理精細(xì)化水平的不斷提高，需要構(gòu)建基于繼電保護(hù)設(shè)備數(shù)據(jù)的綜合分析平臺，繼電保護(hù)點(diǎn)檢系統(tǒng)，能為設(shè)備的選型、校驗(yàn)、檢修、技術(shù)改造等提供客觀依據(jù)。針對數(shù)字化變電站中采樣值數(shù)據(jù)出錯可能導(dǎo)致保護(hù)誤動的問題，本文所提方法可實(shí)現(xiàn)全數(shù)字式繼電保護(hù)的容錯控制，對數(shù)字化變電站中的繼電保護(hù)防誤設(shè)計(jì)具有一定的參考價值。

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[3]鄧勇，施文康，朱振福.一種有效處理沖突證據(jù)的組合方法[J].紅外與毫米波學(xué)報，2004，23（1）：27-32.

[4]黃輝，舒乃秋，李自品，等.基于信息融合技術(shù)的電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定評估[J].中國電機(jī)工程學(xué)報，2007，27（16）：19-23.

[5]李仲青，周澤昕，黃毅，等.數(shù)字化變電站繼電保護(hù)適應(yīng)性研究[J].電網(wǎng)技術(shù)，2011（05）：210-215.

[6]張兵，盧煥章.多傳感器自動目標(biāo)識別中的沖突證據(jù)組合方法[J].系統(tǒng)工程與電子技術(shù)，2006，28（6）：857-860.

作者簡介

于慶武，男，北京人，廣電總局中央廣播電視塔高級工程師。endprint