基于故障錄波的大數(shù)據(jù)研究

摘 要：故障錄波器是一種在電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，記錄整個(gè)故障動(dòng)態(tài)過(guò)程各種電氣量變化的自動(dòng)裝置?，F(xiàn)簡(jiǎn)要闡述了故障錄波器的總體設(shè)計(jì)原理，分析了故障錄波數(shù)據(jù)的應(yīng)用與存在的問(wèn)題，對(duì)故障錄波器的發(fā)展前景進(jìn)行了展望，為技術(shù)人員快速、精準(zhǔn)地判斷故障原因并快速排除故障，及時(shí)恢復(fù)供電提供了幫助。

關(guān)鍵詞：故障錄波;大數(shù)據(jù);設(shè)計(jì)原理;發(fā)展前景

0 引言

作為一種事故記錄與分析設(shè)備，電力故障錄波裝置被廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)中。按照功能可將這一裝置分成錄波數(shù)據(jù)采集與分析部分。前者是指將系統(tǒng)故障發(fā)生后的相關(guān)系統(tǒng)電氣量變化過(guò)程記錄下來(lái);后者是指通過(guò)數(shù)據(jù)分析幫助技術(shù)人員分析故障原因，確定相應(yīng)的故障解決方案，提供相應(yīng)的工具，進(jìn)而為現(xiàn)場(chǎng)繼電保護(hù)的技術(shù)人員正確分析事故原因、研究對(duì)策、處理故障等提供有力支持，便于技術(shù)人員快速、精準(zhǔn)地判斷故障原因并快速排除故障，及時(shí)恢復(fù)供電。

1 故障錄波器的總體設(shè)計(jì)原理

電網(wǎng)正常運(yùn)行情況下，故障錄波器只收集與緩存系統(tǒng)錄波數(shù)據(jù)。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，故障錄波器就會(huì)對(duì)故障發(fā)生前后的系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，根據(jù)故障錄波器的存儲(chǔ)容量，一般可以記錄故障發(fā)生前后的電壓、電流等值的變化，然后為接下來(lái)的系統(tǒng)故障分析和系統(tǒng)改善提供有效依據(jù)，以便技術(shù)人員更加快速找出故障，并找到相應(yīng)的解決方案，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行改善。系統(tǒng)通過(guò)對(duì)故障錄波數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，能夠讓工作人員了解故障發(fā)生的情況和故障發(fā)生的原因，并減少甚至避免此類故障的發(fā)生，減小故障發(fā)生后造成的經(jīng)濟(jì)損失。相關(guān)人員對(duì)故障錄波數(shù)據(jù)的分析、處理、統(tǒng)計(jì)，對(duì)電網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)，可提升其穩(wěn)定性。不僅如此，對(duì)故障錄波數(shù)據(jù)的分析還有利于有效預(yù)測(cè)故障的發(fā)生。目前故障錄波器常見(jiàn)的錄波啟動(dòng)有很多方式，例如遠(yuǎn)方控制啟動(dòng)、開(kāi)關(guān)量變位啟動(dòng)、模擬量啟動(dòng)、手動(dòng)啟動(dòng)等，其中，模擬量啟動(dòng)又可分為直流電壓、電流突變量和越限量啟動(dòng)，主變壓器中性點(diǎn)電流越限啟動(dòng)，過(guò)激磁啟動(dòng)、頻率突變量和越限量啟動(dòng)，各相電壓、電流突變量啟動(dòng)等。

2 故障錄波數(shù)據(jù)的應(yīng)用與存在的問(wèn)題

目前常見(jiàn)的故障錄波器是記錄電網(wǎng)線路的一些基本數(shù)據(jù)，例如電網(wǎng)的電壓、電流等，當(dāng)線路發(fā)生故障時(shí)，把正常運(yùn)行時(shí)的數(shù)據(jù)與故障發(fā)生時(shí)的錄波數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理、統(tǒng)計(jì)，隨后對(duì)故障類型與相別、電流以及電壓數(shù)值等情況進(jìn)行判斷，進(jìn)而為故障的修復(fù)與處理以及日后的維護(hù)起到一定作用。本文簡(jiǎn)單例舉故障錄波數(shù)據(jù)在DS6000系統(tǒng)中的應(yīng)用。

作為一種配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)，DS6000系統(tǒng)采用了先進(jìn)的開(kāi)發(fā)技術(shù)與理念，對(duì)省級(jí)、地級(jí)配網(wǎng)自動(dòng)化較為適用。該系統(tǒng)利用功能強(qiáng)大、齊全、成熟的功能組件，建立了穩(wěn)定的系統(tǒng)架構(gòu)。

目前，國(guó)內(nèi)使用最普遍、最頻繁的就是在儲(chǔ)存故障錄波數(shù)據(jù)時(shí)，使用ComTrade格式，該格式是IEEE標(biāo)準(zhǔn)電力系統(tǒng)暫態(tài)數(shù)據(jù)交換通用格式。每組包含的相關(guān)文件有4個(gè)，這些文件是指信息、數(shù)據(jù)、標(biāo)題以及配置文件，每個(gè)文件都被劃分為具有不同等級(jí)的信息。

那么，分析故障錄波數(shù)據(jù)具體有什么作用呢？首先，對(duì)裝置記錄的各類信息進(jìn)行分析，不但能快速對(duì)故障類型以及相別進(jìn)行判斷，還能較為精準(zhǔn)地對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，能夠快速排除故障，及時(shí)恢復(fù)供電，進(jìn)而降低經(jīng)濟(jì)損失。其次，信號(hào)中的諧波量可通過(guò)故障錄波數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)，進(jìn)而對(duì)諧波的影響、變化規(guī)律進(jìn)行分析;另外，還可用于計(jì)算序分量、短路容量。最后，可提供一些故障信息。在系統(tǒng)運(yùn)行階段，會(huì)出現(xiàn)一種情況：一種故障尚未排除又出現(xiàn)其他故障或在非全相運(yùn)行階段再度出現(xiàn)相似故障。此類情況發(fā)生于短期內(nèi)，要想了解故障的類型轉(zhuǎn)換、非全相運(yùn)行階段出現(xiàn)的事故情況等，就應(yīng)使用故障錄波數(shù)據(jù)。

從中不難得知，在對(duì)電力系統(tǒng)故障進(jìn)行分析時(shí)，故障錄波數(shù)據(jù)起到了關(guān)鍵作用，可通過(guò)數(shù)據(jù)對(duì)故障電流、相別與類型等進(jìn)行精準(zhǔn)判斷，在此基礎(chǔ)上思考對(duì)策以有效消除故障，以便后續(xù)改善電網(wǎng)設(shè)計(jì)方式，對(duì)潛在故障進(jìn)行有效預(yù)測(cè)，從而避免類似故障再次發(fā)生，對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行起著重要作用。

就目前而言，故障錄波器在一般常規(guī)的變電站中可以良好運(yùn)行，但問(wèn)題在于，常規(guī)變電站和智能變電站所做出的通信規(guī)定存在一定差異，其數(shù)據(jù)表現(xiàn)形式也各不相同，在智能變電站中，常規(guī)故障錄波器無(wú)法將故障錄波作用發(fā)揮出來(lái)，在智能變電站中該裝置主要存在以下問(wèn)題：第一，常規(guī)故障錄波器采用接線方式接入裝置，而在智能變電站中是一種模擬采樣值，屬于弱電信號(hào)，當(dāng)采集量新增或采樣對(duì)象有所改變時(shí)，采集線路也應(yīng)發(fā)生相應(yīng)變化或增加。由此可見(jiàn)，常規(guī)故障錄波器難以用于智能變電站中。第二，因傳輸回路長(zhǎng)度、形式存在一定差異，智能變電站中的網(wǎng)絡(luò)傳輸方式會(huì)產(chǎn)生傳輸時(shí)間延長(zhǎng)等問(wèn)題，加上數(shù)據(jù)處理的延長(zhǎng)時(shí)間會(huì)因所使用的智能設(shè)備而異，數(shù)據(jù)差異將進(jìn)一步增大，采集的數(shù)據(jù)難以同步，這就需要同步處理采樣數(shù)據(jù)。鑒于采用硬接線方式采集數(shù)據(jù)的常規(guī)錄波器可以通過(guò)電纜傳輸信息，因此其傳輸所產(chǎn)生的時(shí)間延誤無(wú)需考慮，可直接分析并使用數(shù)據(jù)，無(wú)需進(jìn)行同步處理。之所以這種裝置無(wú)法用于智能變電站中，是因?yàn)樗o(wú)處理數(shù)據(jù)對(duì)時(shí)間進(jìn)行同步的做法。第三，IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的使用使得網(wǎng)絡(luò)通信中的設(shè)備可進(jìn)行互相操作，而對(duì)于大都采用DNP或IEC 60870-5-103通信規(guī)約的常規(guī)變電站而言，各廠家的規(guī)約存在一定變數(shù)，因此只有使用規(guī)約轉(zhuǎn)換器才能實(shí)現(xiàn)不同設(shè)備之間的信息互換，難以實(shí)現(xiàn)互相操作，所以常規(guī)故障錄波器在智能變電站中受到限制，無(wú)法使用。

3 故障錄波器發(fā)展前景

隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展，大數(shù)據(jù)蘊(yùn)含著巨大的應(yīng)用價(jià)值。通過(guò)對(duì)錄波數(shù)據(jù)的研究，可以改進(jìn)現(xiàn)有的故障錄波器，國(guó)內(nèi)的電力系統(tǒng)也隨著新一代智能電力系統(tǒng)的全方位建設(shè)而發(fā)展為全球規(guī)模最大的電力系統(tǒng)，在將來(lái)，我國(guó)將建立規(guī)模最大的“云計(jì)算”平臺(tái)，進(jìn)而在時(shí)空等多個(gè)維度上為能源資源的調(diào)用與分配起到一定鋪墊作用。因此，傳統(tǒng)的故障錄波器已經(jīng)不能適應(yīng)當(dāng)前需求，難以與當(dāng)前需求保持同步，顯得較為滯后。通過(guò)對(duì)錄波數(shù)據(jù)的研究，從而改進(jìn)現(xiàn)有故障錄波器，對(duì)實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)故障智能診斷有著重要意義。

4 結(jié)語(yǔ)

長(zhǎng)期以來(lái)電網(wǎng)故障診斷在事故后快速分析、盡快恢復(fù)供電等方面發(fā)揮著重要作用。由于電網(wǎng)操作增多、電網(wǎng)規(guī)模擴(kuò)大，電網(wǎng)故障在所難免。因此，對(duì)故障錄波數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理，能夠?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)繼電保護(hù)的技術(shù)人員正確分析事故原因、研究對(duì)策、處理故障等提供有力支持，便于技術(shù)人員快速、精準(zhǔn)地判斷故障原因并快速排除故障，及時(shí)恢復(fù)供電。在當(dāng)前智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)環(huán)境下，故障錄波器作為實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)自愈功能的高級(jí)應(yīng)用，其對(duì)于電網(wǎng)故障診斷的重要性愈發(fā)突出。

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收稿日期：2019-12-18

作者簡(jiǎn)介：楊潔民（1971—），男，貴州興義人，高級(jí)工程師，研究方向：高壓直流輸電控制保護(hù)。