基于錄波數(shù)據(jù)的故障線路自動(dòng)選取方法

摘要：提出了一種基于錄波數(shù)據(jù)的故障線路自動(dòng)選取方法，該方法克服了母線參數(shù)錯(cuò)配、零序電流反接、狀態(tài)量信號(hào)不全、故障基準(zhǔn)點(diǎn)選取難度高及受變電站試驗(yàn)影響干擾大等一系列難題，能有效適應(yīng)我國(guó)變電站無人值守和調(diào)控一體化的智能管理模式，大幅提高了故障線路判定的準(zhǔn)確度，為調(diào)控人員迅速制定應(yīng)急預(yù)案及采取恢復(fù)供電措施提供決策支持。

關(guān)鍵詞：輸電線路;錄波數(shù)據(jù);故障判定;決策支持

0 引言

輸電線路分布廣泛，是發(fā)生電網(wǎng)故障頻次最高的部分，因此，能否及時(shí)、準(zhǔn)確地判定故障線路成為影響輸電可靠性的核心因素之一，一旦出現(xiàn)輸電線路故障誤判或漏判情況，將對(duì)事故處置和恢復(fù)供電造成難以估量的后果。作為變電站運(yùn)行記錄的“黑匣子”，每臺(tái)錄波器可同時(shí)對(duì)多條線路進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)線路出現(xiàn)故障時(shí)，形成短路效應(yīng)，相關(guān)電氣量數(shù)據(jù)會(huì)被錄波器記錄并自動(dòng)上傳到調(diào)控管理系統(tǒng)，基于錄波數(shù)據(jù)對(duì)故障線路進(jìn)行各種場(chǎng)景下的精確判定，可以為調(diào)控人員快速制定應(yīng)急預(yù)案及采取查線消缺措施提供決策支持。

1 輸電線路故障信號(hào)特征及判定原理

1.1? ? 故障信號(hào)特征及判定原理

輸電線路故障典型特征量信號(hào)示意圖如圖1所示。T0時(shí)刻線路處在正常負(fù)荷狀態(tài)，Tn時(shí)刻為故障起始點(diǎn)，該線路配備的保護(hù)于Tb時(shí)刻發(fā)出動(dòng)作信號(hào)，斷路器收到動(dòng)作信號(hào)后于Tc時(shí)刻跳閘，至Tm時(shí)刻線路上的故障相負(fù)荷被切除，電流信號(hào)為0。

工程運(yùn)用中對(duì)目標(biāo)線路進(jìn)行故障判定的原理如圖2所示，需滿足兩項(xiàng)條件：

（1）線路故障發(fā)生在區(qū)內(nèi)。即故障測(cè)距定位的距離點(diǎn)應(yīng)在目標(biāo)線路全長(zhǎng)范圍內(nèi)，不得超過全長(zhǎng)或落在反方向上（即距離點(diǎn)的數(shù)值為負(fù)）。

（2）斷路器跳閘。線路一旦發(fā)生故障，目標(biāo)線路配備的保護(hù)發(fā)出動(dòng)作信號(hào)，啟動(dòng)斷路器跳閘，切除線路上的故障相負(fù)荷電流。

區(qū)內(nèi)故障的判定基于錄波數(shù)據(jù)中線路模擬量信號(hào)特征，斷路器跳閘的判定基于錄波數(shù)據(jù)中為目標(biāo)線路配備的斷路器跳閘狀態(tài)量信號(hào)變位。

錄波數(shù)據(jù)中，判定線路區(qū)內(nèi)故障的模擬量信號(hào)特征依賴于相關(guān)參數(shù)配置是否與實(shí)際配置相符，其中影響權(quán)重較大的參數(shù)有3項(xiàng)：

（1）線路所掛接的母線參數(shù)是否正確;

（2）零序模擬量信號(hào)是否存在反接現(xiàn)象;

（3）故障測(cè)距定位所依賴的基準(zhǔn)點(diǎn)選取是否合理。

1.2? ? 目前存在的技術(shù)障礙

基于錄波數(shù)據(jù)對(duì)故障線路進(jìn)行判定，目前面臨的技術(shù)問題有：

（1）母線錯(cuò)配。電網(wǎng)運(yùn)行方式的調(diào)整是隨機(jī)的，線路所掛接的母線也會(huì)相應(yīng)調(diào)整，但調(diào)整后的參數(shù)并不通知錄波器。

（2）零序反接。在電氣施工過程中人為失誤將零序反接，致使信號(hào)采集源頭出錯(cuò)，影響后期對(duì)故障線路的判定。

（3）重要狀態(tài)量參數(shù)定義缺失。實(shí)際配置中，由于不同廠家錄波器在功能設(shè)計(jì)上的差異性，與線路密切相關(guān)的重要狀態(tài)量信號(hào)參數(shù)常常定義不嚴(yán)謹(jǐn)，甚至缺失，對(duì)故障線路的直觀判定造成麻煩。

（4）故障基準(zhǔn)點(diǎn)選取風(fēng)險(xiǎn)高。相鄰時(shí)刻各電氣分量數(shù)值離散度非常大，選取不同基準(zhǔn)點(diǎn)的測(cè)距結(jié)果差異明顯，故障基準(zhǔn)點(diǎn)的選取往往具有一定的運(yùn)氣成分，極易導(dǎo)致漏判。

（5）電力系統(tǒng)人員在變電站從事試驗(yàn)、檢修活動(dòng)時(shí)的仿真數(shù)據(jù)與實(shí)際故障數(shù)據(jù)高度相似，甄別難度大。

2 方案設(shè)計(jì)

針對(duì)上述問題，現(xiàn)提出通過母線自動(dòng)匹配、零序模擬量信號(hào)反接智能識(shí)別及矯正、采用全模擬量信號(hào)判定斷路器跳閘、邊界預(yù)期法篩選故障基準(zhǔn)點(diǎn)及基于母線電壓擾動(dòng)特征的防誤閉鎖五步處理方案，解決母線掛接參數(shù)不同步、零序通道反接、關(guān)鍵狀態(tài)量配置不全或缺失、故障基準(zhǔn)點(diǎn)選錯(cuò)時(shí)風(fēng)險(xiǎn)大、變電站試驗(yàn)仿真數(shù)據(jù)的有效甄別和防誤閉鎖等問題，基于錄波數(shù)據(jù)的故障線路判定步驟如圖3所示。

該方案特點(diǎn)是能適應(yīng)電網(wǎng)運(yùn)行方式的隨機(jī)改變，兼容現(xiàn)場(chǎng)電氣施工時(shí)極易出現(xiàn)的通道反接現(xiàn)象，避免核心狀態(tài)量信號(hào)配置參數(shù)缺失/不全情況下的判定依據(jù)不足問題，克服過去依賴單一故障基準(zhǔn)點(diǎn)易發(fā)的自動(dòng)選線不可靠問題，解除變電站試驗(yàn)時(shí)各種仿真信號(hào)的干擾威脅，將輸電線路的故障定位精確到桿塔，緊密契合了電力系統(tǒng)管理和運(yùn)行特點(diǎn)，具有極強(qiáng)的針對(duì)性和適用性。

2.1? ? 母線自動(dòng)匹配

輸電線路發(fā)生故障時(shí)，故障相短路點(diǎn)的電流值急劇增大，電壓值不同程度減小，短路點(diǎn)距離錄波器越近，電壓值減小的幅度越大。在故障持續(xù)時(shí)間段內(nèi)，通過測(cè)算故障時(shí)電壓值衰減度，可以自動(dòng)匹配出故障線路所掛接的真實(shí)母線。

2.2? ? 零序模擬量信號(hào)反接智能識(shí)別及矯正

零序模擬量信號(hào)反接智能識(shí)別及矯正的原理是在任意時(shí)刻，母線電壓零序模擬量信號(hào)瞬時(shí)值Uns=-|Uas+Ubs+Ucs|，線路電流零序模擬量信號(hào)瞬時(shí)值Ins=|Ias+Ibs+Ics|。其中，Uas、Ubs、Ucs分別為母線A、B、C三相電壓模擬量信號(hào)的瞬時(shí)值，Ias、Ibs、Ics分別為線路A、B、C三相電流模擬量信號(hào)的瞬時(shí)值。

鑒于零序模擬量信號(hào)是判定接地性質(zhì)故障的唯一依據(jù)，一旦出現(xiàn)零序反接，如不采取識(shí)別和矯正措施，將直接導(dǎo)致故障線路漏判。通過零序模擬量信號(hào)的反接自動(dòng)識(shí)別及矯正，還原故障時(shí)刻真實(shí)的電氣模擬量信號(hào)特征，為目標(biāo)線路的正確判定掃清障礙。

2.3? ? 采用全模擬量信號(hào)判定斷路器跳閘

斷路器跳閘發(fā)出的狀態(tài)量變位信號(hào)十分關(guān)鍵，是判定目標(biāo)線路發(fā)生故障的必要條件。而工程實(shí)際配置中，很多情況下錄波數(shù)據(jù)中并沒有如實(shí)、完整地反映斷路器狀態(tài)量配置信息，致使斷路器跳閘信號(hào)無法確認(rèn)，妨礙了故障線路的判定。

線路發(fā)生故障時(shí)，短路點(diǎn)電流迅速增大，引起為該線路配備的保護(hù)裝置在Tb時(shí)刻動(dòng)作并發(fā)出信號(hào)，斷路器收到信號(hào)后在Tc時(shí)刻跳閘，分?jǐn)喽搪伏c(diǎn)。跳閘成功后，線路上的故障相負(fù)荷在Tm時(shí)刻被切除，保持電流為0。

依據(jù)故障相負(fù)荷在斷路器跳閘前后的特性原理，可基于全模擬量信號(hào)，識(shí)別目標(biāo)線路的故障相電流從增大到變?yōu)?并保持過程的模擬量信號(hào)變化特性，可倒推判定斷路器跳閘，從而擺脫對(duì)狀態(tài)量信號(hào)的依賴，不受其配置參數(shù)出錯(cuò)、殘缺等因素影響，兼具靈活性和可靠性。

基于全模擬量信號(hào)進(jìn)行斷路器跳閘判定的方法是在時(shí)間窗B內(nèi)，判定目標(biāo)線路的故障相電流模擬信號(hào)瞬時(shí)值是否持續(xù)為0，判定成立則表示斷路器跳閘。

2.4? ? 邊界預(yù)期法篩選故障基準(zhǔn)點(diǎn)

實(shí)際計(jì)算過程中，不同基準(zhǔn)點(diǎn)的選取，測(cè)距定位結(jié)果也不相同，即使是相鄰時(shí)刻的兩個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)的測(cè)距定位結(jié)果也有明顯差異，表現(xiàn)出一定的離散性。換句話說，倘若故障基準(zhǔn)點(diǎn)的選取不合理，其測(cè)距定位結(jié)果輕則導(dǎo)致與實(shí)際產(chǎn)生偏離，重則超出線路全長(zhǎng)，或者落在反方向上，引發(fā)漏報(bào)事故。

為消除故障基準(zhǔn)點(diǎn)選取不當(dāng)可能造成的巨大風(fēng)險(xiǎn)，此處采用邊界預(yù)期法篩選故障基準(zhǔn)點(diǎn)：首先對(duì)時(shí)間窗A內(nèi)所有采樣點(diǎn)進(jìn)行測(cè)距定位初算，初算結(jié)果落在線路起點(diǎn)至終點(diǎn)兩條邊界以內(nèi)的，納入基準(zhǔn)點(diǎn)備選梯隊(duì)，再對(duì)這些備選點(diǎn)進(jìn)行精算，篩選出最佳故障基準(zhǔn)點(diǎn)。

邊界預(yù)期法篩選故障基準(zhǔn)點(diǎn)的優(yōu)勢(shì)非常明顯。首先，在初算階段即確保所有候選基準(zhǔn)點(diǎn)能使測(cè)距定位結(jié)果發(fā)生在區(qū)內(nèi)，避免了過度依賴單個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)可能引發(fā)的測(cè)距定位到區(qū)外或反方向的漏判風(fēng)險(xiǎn);其次，基于多個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)測(cè)算的結(jié)果無疑更逼近真實(shí)故障發(fā)生的位置，有利于提升巡線人員查找故障點(diǎn)的效率。

2.5? ? 基于母線電壓擾動(dòng)特征識(shí)別的防誤閉鎖

變電站運(yùn)維人員對(duì)保護(hù)裝置、錄波器等進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)十分常見，設(shè)備在投運(yùn)、定檢、升級(jí)和維修情形下都有可能進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，試驗(yàn)產(chǎn)生的仿真數(shù)據(jù)同真實(shí)電網(wǎng)故障數(shù)據(jù)極其相似?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)時(shí)，為防止誤報(bào)，保護(hù)裝置可以通過投試驗(yàn)軟壓板來閉鎖仿真數(shù)據(jù)，而錄波器則沒有這類軟壓板機(jī)制，因此，對(duì)于錄波數(shù)據(jù)處理來說，現(xiàn)場(chǎng)仿真故障的自動(dòng)防誤閉鎖措施非常重要。

3 結(jié)語

由于電網(wǎng)運(yùn)行方式復(fù)雜，線路出現(xiàn)故障后各種電氣量對(duì)調(diào)度集控中心的信息處理平臺(tái)造成不同程度影響，容易導(dǎo)致漏判或誤判事故的發(fā)生，引發(fā)不可預(yù)期的后果。因此，在各式各樣海量錄波信息中排除各種干擾，進(jìn)行精準(zhǔn)故障線路判定，是調(diào)控人員迅速查線消缺、恢復(fù)供電的技術(shù)關(guān)鍵。本文所述方法運(yùn)用于網(wǎng)、省、地各級(jí)調(diào)控機(jī)構(gòu)的信息處理平臺(tái)，能適應(yīng)大電網(wǎng)運(yùn)行方式的隨機(jī)改變，兼容現(xiàn)場(chǎng)電氣施工常見的通道反接現(xiàn)象，彌補(bǔ)因參數(shù)配置不全時(shí)故障判定依據(jù)不足的技術(shù)短板，克服過去依賴單個(gè)故障基準(zhǔn)點(diǎn)易引發(fā)的自動(dòng)選線不可靠問題，有效避免變電站試驗(yàn)時(shí)各種仿真故障數(shù)據(jù)的干擾，大幅提高了故障線路判定的準(zhǔn)確度。

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收稿日期：2020-04-01

作者簡(jiǎn)介：王家倫（1976—），男，云南昭通人，助理工程師，從事電力系統(tǒng)繼電保護(hù)調(diào)試及運(yùn)維工作。