配網(wǎng)保護異常動作分析與識別方法研究

廖峰　陳錦榮　黎永豪　徐聰穎　盧穎

摘要：小電阻接地方式下，因配電網(wǎng)故障而導致的保護跳閘次數(shù)明顯增加。鑒于此，根據(jù)現(xiàn)有配電網(wǎng)保護配置，分析了引起配電網(wǎng)保護異常動作的原因，并提出了解決措施。針對目前人工分析保護動作正確性的方法效率低、時效慢等問題，提出了一種跨平臺采集數(shù)據(jù)的保護異常動作智能分析方法，為后期的智能分析系統(tǒng)開發(fā)提供了技術(shù)支撐。

關鍵詞：保護異常動作;故障原因;解決措施;智能分析與識別

0 引言

電力系統(tǒng)10 kV配電網(wǎng)的接地方式一般可分為經(jīng)消弧線圈接地、經(jīng)小電阻接地、經(jīng)消弧線圈和小電阻混合接地3種。依據(jù)以往的電網(wǎng)運維經(jīng)驗，配電網(wǎng)故障多為單相接地故障，且瞬時故障遠多于永久性故障，短時的故障跳閘后又重新供電，一般不會影響用戶的正常用電。

目前，廣東電網(wǎng)公司已經(jīng)完成10 kV電網(wǎng)的小電阻接地方式改造[1-3]，與消弧接地方式相比，小電阻接地方式下，系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時保護裝置動作于跳閘，導致配電網(wǎng)故障后的跳閘次數(shù)成倍增加。因此繼電保護裝置及相關二次回路的重要性大大提高，各級配電網(wǎng)保護裝置的正確動作與否，直接影響著配電網(wǎng)用戶的安全可靠供電和電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。當前配電網(wǎng)保護動作情況分析以人工分析為主，但通過人工進行跨平臺、多種類數(shù)據(jù)采集的方法效率較低。

1 配電網(wǎng)保護的原理與配置

1.1? ? 保護原理

10 kV配電網(wǎng)的繼電保護配置原則相對簡單，以某地市供電局為例，一般在干線上設置兩級分段開關、一級聯(lián)絡開關用于跳閘[4]，對于存在較多供電支線的線路也可設置支線開關用于跳閘，若線路較長、供電戶數(shù)較多，可根據(jù)需求多設置幾級分段開關用于告警、不跳閘。此外，對于已形成配網(wǎng)自愈規(guī)模應用的場景，也可充分利用各級分段開關、支線開關的數(shù)據(jù)信息，采取更加靈活、多變的自愈策略。

目前，配電網(wǎng)保護的動作原理主要為就地式保護，一般配置有過電流保護、零序過流保護、重合閘等功能，以實現(xiàn)故障的隔離與恢復供電。上述就地式保護原理簡單、可靠，保護特征明顯，實現(xiàn)也較容易，但對于用戶數(shù)較多、線路較長且網(wǎng)架結(jié)構(gòu)復雜的城市配電網(wǎng)來說，往往存在保護級差不足、無法最小范圍隔離故障的問題。因此，考慮全線配合的站域式集中保護研究逐漸增多，也彌補了單純依靠級差配合的就地式保護的不足，通過更加多樣、快速的方法，有效解決電網(wǎng)故障的快速隔離與最小化隔離的問題。

1.2? ? 保護配置

然而，對于配電網(wǎng)保護來說，無論是就地式保護還是站域式集中保護，二者的保護配置大致相同，只是保護跳閘的實現(xiàn)方式不同。就地式保護各級分段開關與饋線開關之間的配置采用的是時間級差，因此具有一定的局限性，分級不宜過多;而站域式集中保護是由站內(nèi)的集中式保護統(tǒng)一采集故障數(shù)據(jù)、發(fā)送跳閘命令，不受級差配合的影響。

以就地式保護為例，在10 kV電網(wǎng)為小電阻接地系統(tǒng)的情況下，配電網(wǎng)線路中每個開關所對應的配網(wǎng)保護的過流、零序、重合閘定值與時間的配置詳細情況如表1所示。三段式過流保護通過定值與時間的不同，形成完全配合關系，時間級差可壓縮至150 ms;零序保護由于饋線開關的允許切除時間較長，級差配合一般能夠滿足，時間級差設置為300 ms一級，上下級分段開關的定值可整定為相同值，允許出現(xiàn)不完全配合。

2 異常動作原因與解決措施

2.1? ? 異常動作原因分析

影響配電網(wǎng)保護異常動作[5-6]的因素較多，涉及面也較廣。通過對某地區(qū)全年配電網(wǎng)保護異常動作事件的深入分析，總結(jié)與歸納出配電網(wǎng)保護終端異常動作的主要原因有以下幾點：（1）定值及壓板管理不規(guī)范。主要體現(xiàn)在定值執(zhí)行不規(guī)范與定值整定不規(guī)范兩個方面，現(xiàn)場運維人員未嚴格按照定值單進行裝置定值、參數(shù)的設置，導致故障發(fā)生時保護裝置出現(xiàn)拒動或誤動。（2）保護投退管理不規(guī)范。現(xiàn)場運維人員未按定值單要求正確投退保護裝置的相關壓板，導致保護裝置出現(xiàn)誤動或拒動。（3）驗收與檢驗不規(guī)范。運維人員在設備投運前，未嚴格按照配電網(wǎng)保護驗收標準與流程進行驗收，導致設備“帶病”運行，在線路發(fā)生故障時，保護裝置不能正確動作并出口跳閘，實現(xiàn)故障隔離。（4）運行和維護不到位。由于配電網(wǎng)保護運行環(huán)境差，設備運行狀況差異較大，設備裝置無法實施反饋與識別，加之缺乏必要的定期檢驗機制，導致裝置故障后發(fā)現(xiàn)較晚，往往出現(xiàn)不正確動作后才做有針對性的檢查。（5）裝置質(zhì)量不過關。與主網(wǎng)保護設備相比，配網(wǎng)保護質(zhì)量相對較差，時常因自身元器件或運行程序出現(xiàn)異常而導致保護功能異常，造成故障時出現(xiàn)異常動作情況。（6）缺陷處理不及時。由于配電終端備品缺少、運維人員自主消缺能力不足等原因，缺陷出現(xiàn)后，需要協(xié)調(diào)裝置備品、廠家技術(shù)支持等，這就導致消缺周期較長，無法及時進行處理，一旦在該終端保護范圍內(nèi)出現(xiàn)故障，就可能出現(xiàn)保護拒動，引起故障越級動作。

2.2? ? 解決措施

（1）針對配網(wǎng)保護設備廠家眾多、型號繁雜，產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，部分廠家早已倒閉，導致裝置故障后售后和維保困難的問題凸顯，影響缺陷處理等問題，建議對于使用年限長、質(zhì)量差、無維保的廠家，開放保護裝置更換快速通道，加快配網(wǎng)保護更換的審批流程，以有效提高配網(wǎng)保護缺陷處理效率。（2）針對配網(wǎng)保護設備管理基礎薄弱，缺乏二次專業(yè)人員等問題，建議定期開展配網(wǎng)繼保技術(shù)技能培訓及現(xiàn)場實操，利用品控抽檢、調(diào)試驗收、運維消缺等機會，組織廠家對區(qū)局、供電所運維人員進行現(xiàn)場實操培訓;每年開展不少于2次的整定專題培訓，提升配網(wǎng)整定人員專業(yè)技能;開展分層次的人才培養(yǎng)，培養(yǎng)配網(wǎng)繼電保護專業(yè)技術(shù)骨干，緩解配網(wǎng)缺乏二次專業(yè)人員的問題。（3）針對配網(wǎng)保護缺乏定期檢驗等相關管理機制，無法保證配網(wǎng)保護裝置功能的正確性與設備的完好性等問題，可建立補充檢驗機制，對動作異常設備進行補充檢驗，深挖異常動作原因，確保保護裝置功能完好。（4）完善配網(wǎng)保護督查機制，開展月度現(xiàn)場飛行檢查與年度交叉檢查，提前發(fā)現(xiàn)并及時處理暴露的問題，總結(jié)與統(tǒng)計每月配網(wǎng)保護動作情況，形成月度督查報告。（5）完善配網(wǎng)創(chuàng)新與管理機制，鼓勵配網(wǎng)保護技術(shù)創(chuàng)新與管理創(chuàng)新，促進配網(wǎng)保護管理工作效能進一步提升。

3 異常動作的智能識別方法

3.1? ? 數(shù)據(jù)采集

配網(wǎng)線路故障時的電流、電壓、開關量等數(shù)據(jù)是保護裝置正確動作[7-8]的基礎。目前，配電網(wǎng)故障分析的數(shù)據(jù)大多已實現(xiàn)電子化采集與存儲，主要來源于配網(wǎng)技術(shù)支持平臺、配網(wǎng)GIS系統(tǒng)、配網(wǎng)自動化系統(tǒng)、配網(wǎng)保護遠程維護系統(tǒng)、配網(wǎng)保護定值整定與管理平臺五大類系統(tǒng)，因此數(shù)據(jù)源較多，接口的可交互性成為影響數(shù)據(jù)應用的最主要難題。

傳統(tǒng)的故障分析工作模式如下：配電網(wǎng)故障后，人工登錄各類系統(tǒng)，收集故障信息、故障電流/電壓、開關量、動作信息、接線圖等資料，再通過以上資料分析故障地點、故障原因以及當次故障發(fā)生時配電網(wǎng)上下游開關動作是否均正確。但人工收集數(shù)據(jù)效率低、需跨多平臺，容易出現(xiàn)錯誤和遺漏，受人工干擾因素較多，易導致分析結(jié)果有誤。配網(wǎng)故障人工數(shù)據(jù)采集與分析流程如圖1所示。

3.2? ? 智能識別方法

為提高配電網(wǎng)保護動作正確性分析的效率與準確性，實現(xiàn)故障分析工作的減負增效，本文提出一種配網(wǎng)保護異常動作智能識別方法。通過建立系統(tǒng)，自動采集和分析多個平臺的數(shù)據(jù)信息，包括故障信息、跳閘開關的所屬位置、保護動作信息、開關變位情況、裝置定值設置情況、定值單數(shù)據(jù)、故障線路開關分布信息等數(shù)據(jù)，并建立一套配網(wǎng)保護異常動作智能判別流程，如圖2所示。

首先，判斷已發(fā)生跳閘的開關是隸屬于變電站內(nèi)的饋線開關還是站外分段開關，跳閘方式是否為自動跳閘。其次，結(jié)合已收集到的故障點位置信息，搜索故障點電源側(cè)自動化開關數(shù)量N，并遍歷這N個開關，查看是否有保護動作信息。然后，通過分析保護動作信息與對應的保護裝置定值、自動化開關變位情況，得到對應保護是否出現(xiàn)異常動作情況。最后，通過計算機程序?qū)ι鲜鲂畔⑦M行綜合分析與判斷后，輸出一個判斷結(jié)果，如整定定值有誤、開關控制器（保護）拒動、開關本體拒動、正確動作等內(nèi)容，為系統(tǒng)的下一步拓展應用服務。

3.3? ? 應用注意事項

本文研究的配電網(wǎng)異常動作智能識別方法可作為系統(tǒng)開發(fā)的理論依據(jù)與基礎，但系統(tǒng)開發(fā)時還應注意以下幾個方面：（1）實現(xiàn)智能識別與分析的前提是要能實現(xiàn)多個平臺與系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集，因此應優(yōu)先處理好接口與數(shù)據(jù)獲取權(quán)限的問題，提前做好數(shù)據(jù)處理。（2）應提前布局好所采集數(shù)據(jù)的格式與存儲方案，便于實現(xiàn)對數(shù)據(jù)充分共享，完成擴展性應用與實用化設計。（3）系統(tǒng)前期設計應充分考慮網(wǎng)絡安全問題和操作系統(tǒng)的選擇，確保其符合網(wǎng)絡信息傳輸安全要求。接入前應按相關制度要求，做好對信息系統(tǒng)安全等級保護狀況的測試評估。

4 結(jié)論

（1）通過分析配電網(wǎng)保護異常動作的具體原因，提出解決措施與處理建議，能夠解決現(xiàn)有配網(wǎng)保護異常動作問題，確保故障在最小范圍內(nèi)隔離，緩解電網(wǎng)越級動作壓力，避免擴大停電范圍，保障用戶的安全、可靠用電。

（2）提出一種配電網(wǎng)保護異常動作的智能識別方法，從采集數(shù)據(jù)、智能分析等方面進行研究，通過機器的自動分析與識別來取代現(xiàn)有的人工識別與分析方法，提高工作效率和分析的準確性，加強故障分析的時效性。

（3）通過對配網(wǎng)保護動作智能分析方法的研究，為后續(xù)智能分析系統(tǒng)與平臺的開發(fā)提供理論基礎與實現(xiàn)方案。

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收稿日期：2021-08-12

作者簡介：廖峰（1985—），男，福建南平人，工學碩士，高級工程師，主要從事電力系統(tǒng)繼電保護運行管理及相關研究工作。