變電站二次回路及繼電保護(hù)調(diào)試技術(shù)措施分析

劉孟 鄢學(xué)峰 杜偉 馬文濤 彭雪華 皮延輝

摘要：現(xiàn)階段，電力行業(yè)的智能化建設(shè)水平不斷提升，變電站也逐漸實(shí)現(xiàn)智能化控制和管理，使得智能電網(wǎng)的運(yùn)行安全得到極大保障。當(dāng)變電站運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)故障時(shí)，其中的二次回路會(huì)自動(dòng)報(bào)警，維護(hù)變電站的穩(wěn)定運(yùn)行。但是由于受現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的干擾，二次回路報(bào)警功能難以有效區(qū)分繼電保護(hù)異常和其它異常情況，導(dǎo)致變電站運(yùn)行故障無(wú)法得到及時(shí)告警和排除。因此，亟需一種變電站二次回路監(jiān)測(cè)技術(shù)，保證變電站運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。為此，相關(guān)專(zhuān)家學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：變電站二次回路;繼電保護(hù);調(diào)試技術(shù)

引言

繼電保護(hù)的二次回路狀態(tài)檢測(cè)和評(píng)估過(guò)程，涉及不同功能回路、不同間隔、不同類(lèi)型變電站的綜合考量。以220kV傳統(tǒng)變電站為例，保護(hù)裝置相關(guān)的二次回路主要可以分為交流和直流回路，交流回路，比如：電流回路、電壓回路、輔助設(shè)備交流供電等;直流回路，比如：跳合閘及相關(guān)監(jiān)視回路、裝置供電、信號(hào)回路、開(kāi)入開(kāi)出回路等。本文對(duì)這些回路進(jìn)行健康度特性分析，并對(duì)如何進(jìn)行監(jiān)視提出解決方案。

1變電站監(jiān)測(cè)信息融合

由于變電站中二次回路監(jiān)測(cè)的信息較多，因此，為保證在線監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性，需對(duì)變電站監(jiān)測(cè)信息融合。利用VR技術(shù)模擬變電站實(shí)際情況，對(duì)整個(gè)變電站環(huán)境信息進(jìn)行三維采集，利用獲取的三維數(shù)據(jù)建立相應(yīng)的虛擬環(huán)境模型，完成每個(gè)設(shè)備回路連線和接收壓板等各個(gè)元素圖形樣式的繪制，再將各個(gè)變電站的二次回路數(shù)據(jù)連接，生成二次回路展示畫(huà)面，根據(jù)模擬結(jié)果對(duì)變電站二次回路監(jiān)測(cè)過(guò)程進(jìn)行前期規(guī)劃。

2二次回路檢測(cè)難點(diǎn)

在傳統(tǒng)變電中，二次回路的狀態(tài)監(jiān)檢測(cè)難點(diǎn)在于沒(méi)有缺少對(duì)于回路的監(jiān)視手段，區(qū)別于智能變電站的二次設(shè)備及回路，可以通過(guò)對(duì)虛擬二次回路和光纖回路可視化，結(jié)合在線檢測(cè)系統(tǒng)，可實(shí)時(shí)對(duì)虛擬二次回路進(jìn)行監(jiān)視。傳統(tǒng)變電站對(duì)于二次電纜的監(jiān)視只能是依靠相關(guān)設(shè)備的采樣間接數(shù)據(jù)做為依據(jù)，來(lái)判斷該回路是否連接正常。如：對(duì)于電流回路，判斷其是否有分流，甚至開(kāi)路，主要是依靠裝置的差流告警，對(duì)于電流回路開(kāi)路狀態(tài)主要是依靠測(cè)溫等手段?？梢钥闯鲞@種檢測(cè)手段是結(jié)果導(dǎo)向，無(wú)法實(shí)時(shí)對(duì)二次回路進(jìn)行檢測(cè)。在無(wú)法新增檢測(cè)裝置的前提下，對(duì)二次回路進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，可以采用多方數(shù)據(jù)綜合判斷，并形成日常評(píng)估的分析報(bào)告，對(duì)于健康程度較低的回路，需要結(jié)合停電計(jì)劃進(jìn)行整改。

3智能變電站繼電保護(hù)二次回路在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

3.1系統(tǒng)組成

智能變電站二次回路保護(hù)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要包括主站系統(tǒng)、后臺(tái)系統(tǒng)和終端設(shè)備3個(gè)部分。其中，主站系統(tǒng)主要位于調(diào)度端，具有數(shù)據(jù)采集、分析和顯示功能，是整個(gè)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的核心部分。需要指出的是，由于智能變電站某些結(jié)構(gòu)的限制，其主站系統(tǒng)的布置要嚴(yán)格按照布置方便的原則，盡量不增加設(shè)備，充分利用數(shù)字化信息分析裝置，完成信息采集工作。對(duì)于新建的智能變電站，可用在線監(jiān)控設(shè)備、故障診斷設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。端機(jī)可以采集、分配和過(guò)濾變電站運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù);這樣，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障，運(yùn)行數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時(shí)，端站設(shè)備就能進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、故障診斷，并將相關(guān)信息、數(shù)據(jù)歸納匯總，形成相應(yīng)的報(bào)表文件。

3.2交流電流二次回路分流及斷線檢測(cè)

在二次回路長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程，形成電流二次回路分流或者開(kāi)路的原因主要有以下幾個(gè)：（1）電流回路中的試驗(yàn)接線端子由于在配置質(zhì)量和結(jié)構(gòu)上的缺陷，從而導(dǎo)致螺桿與銅板的螺孔接觸不良從而形成開(kāi)路。其次是在電路回路中的線端子壓板，由于膠木頭過(guò)長(zhǎng)，從而導(dǎo)致該金屬墊片未能夠與壓板處于全面的固定狀態(tài)，從而誤壓在了金屬片結(jié)構(gòu)上，從而導(dǎo)致該結(jié)構(gòu)開(kāi)路，如圖1（a）所示;（2）維修和試驗(yàn)人員在日常工作中存在操作處理失誤，最終未能將繼電器內(nèi)部的接頭進(jìn)行全面的銜接處理，并且在驗(yàn)收時(shí)未能找到問(wèn)題;（3）二次回路線端子接頭結(jié)構(gòu)的壓接結(jié)構(gòu)處于不緊密狀態(tài)，整個(gè)回路中的電壓過(guò)大，從而導(dǎo)致相關(guān)設(shè)施處于燒毀狀態(tài)，自然也會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)開(kāi)路;（4）端子接觸的接片和螺栓腐蝕嚴(yán)重，也會(huì)導(dǎo)致開(kāi)路。發(fā)生CT分流或者斷線時(shí)，首先是回路的儀器表顯示為異常降低或者直接為0的狀態(tài)，對(duì)于存在差動(dòng)原理的保護(hù)裝置，裝置會(huì)報(bào)“CT斷線告警”，甚至誤動(dòng)作。因此，在裝置閉鎖甚至誤動(dòng)作之前提前告警很有必要。在傳統(tǒng)的變電站中，一般一個(gè)保護(hù)CT繞組可能會(huì)串接其他裝置，如穩(wěn)控、故錄等裝置，因此我們可能對(duì)串接與同一回路的裝置的采樣值進(jìn)行比對(duì)，如果存在偏差過(guò)大則可能存在分流;同時(shí)對(duì)于CT的不同次級(jí)，可能進(jìn)行比照互印證，如后臺(tái)測(cè)控?cái)?shù)據(jù)同保護(hù)，雙重化保護(hù)中間數(shù)據(jù)互印證等;對(duì)于CT回路的檢測(cè)，還有一種手段是測(cè)溫，發(fā)生CT回路斷線的時(shí)候，電流互感器及其二次回路會(huì)存在打火、發(fā)熱的現(xiàn)象，對(duì)于運(yùn)維人員的巡視測(cè)溫也是重要的輔助檢測(cè)手段，圖1（b）所示即為CT電流回路開(kāi)路時(shí)的測(cè)溫圖。

3.3故障特征提取

根據(jù)智能變電站繼電開(kāi)關(guān)校正系統(tǒng)的轉(zhuǎn)差頻率進(jìn)行故障狀態(tài)下的誤差補(bǔ)償控制，建立智能變電站繼電保護(hù)的閉環(huán)控制參數(shù)解析控制模型，得到智能變電站繼電保護(hù)二次回路的阻抗判別模型，采用阻抗分析法，得到變電站繼電保護(hù)二次回路的能量輸出均值為：

（1）

根據(jù)輸入電壓到直流母線電壓特征分布情況，得到智能變電站繼電保護(hù)二次回路的輸出功率參數(shù)檢測(cè)結(jié)果為X=x1，x{}2，…，xn，n是故障樣本數(shù)據(jù)集的模糊匹配特征參數(shù)，得到X的數(shù)目表示故障類(lèi)別數(shù)，采用深度學(xué)習(xí)方法，構(gòu)建變電站繼電保護(hù)二次回路的三維譜參數(shù)識(shí)別模型，表示為：

（2）

根據(jù)勞斯穩(wěn)定判據(jù)，在故障工況下，得到變電站繼電保護(hù)二次回路的輸出阻抗包絡(luò)值為：

（3）

（4）

對(duì)采集的智能變電站繼電保護(hù)二次回路動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行三維特征重組，采用勵(lì)磁電感支路電流綜合分析方法進(jìn)行智能變電站繼電保護(hù)二次回路故障特征分布式融合，根據(jù)智能變電站繼電開(kāi)關(guān)校正系統(tǒng)的轉(zhuǎn)差頻率進(jìn)行故障狀態(tài)融合，得到故障檢測(cè)的自適應(yīng)迭代式：

（5）

其中，y∈Rm為智能變電站繼電保護(hù)二次回路的無(wú)源阻尼特征量，有源阻尼控制參數(shù)為：

結(jié)合深度學(xué)習(xí)方法進(jìn)行智能變電站繼電保護(hù)二次回路故障特征分類(lèi)檢測(cè)，根據(jù)故障特征屬性進(jìn)行故障特征辨識(shí)，得到變電站繼電保護(hù)二次回路的故障分布式融合輸出：

（7）

其中，an表示直流母線工作點(diǎn)的偏移量，由此得到智能變電站繼電保護(hù)二次回路故障信息檢測(cè)的譜峰為：

（8）

（9）

采用深度學(xué)習(xí)方法，得到變電站繼電保護(hù)二次回路的故障演化狀態(tài)向量[14]，f∈Rm為故障樣本分布集，由此實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站繼電保護(hù)二次回路的故障特征提取，特征分布為：

（10）

式中：μ為故障定位的位置參數(shù);δ為系統(tǒng)的特征聚類(lèi)系數(shù);k為深度學(xué)習(xí)的迭代次數(shù)。根據(jù)對(duì)智能變電站繼電保護(hù)二次回路的故障特征提取結(jié)果，進(jìn)行故障檢測(cè)。

結(jié)束語(yǔ)

變電站作為輸配電系統(tǒng)的信息源和執(zhí)行終端，其主要設(shè)備的安全可靠運(yùn)行必須要得到足夠的保障。由于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)多、過(guò)程復(fù)雜，傳統(tǒng)的變電站二次回路監(jiān)測(cè)方法的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性差，嚴(yán)重影響了變電站的安全運(yùn)行。為解決這一問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種基于VR技術(shù)的變電站二次回路在線監(jiān)測(cè)方法，并通過(guò)測(cè)試對(duì)比結(jié)果證明了該監(jiān)測(cè)方法的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

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