變電站站域數據智能校驗平臺研究

殷攀程，梅亦蕾，曹 柯，李雪愷，鄒經鑫，袁明哲

(國網四川省電力公司成都供電公司，四川 成都 610041)

0 引 言

變電站二次設備作為電網運行的哨兵，時刻保障著電力系統的穩(wěn)定運行，其采集的運行數據是構建泛在電力物聯網的關鍵信息。對二次設備而言，準確地獲取實時數據，是其保護和測量功能應用實現的重要基礎，而裝置參數則是某一保護功能動作與否的關鍵閾值。以上任意一個環(huán)節(jié)出現問題，都將導致站域上傳業(yè)務數據錯誤甚至保護拒動或誤動。根據GB/T 14285—2006《繼電保護及安全自動裝置技術規(guī)程》的要求，保護裝置應具備在線自檢功能，包括硬件損壞、功能失效，除出口繼電器外，裝置內的任一元件損壞時，裝置不能誤動作跳閘。因此二次設備運行工況的有效監(jiān)視一直是國內外電力系統領域的重要研究課題[1-3]。

二次裝置數據采集系統由低通濾波器、AD轉換模塊等集成電路芯片構成，裝置參數存儲于E2ROM中。當數據采集不準確或裝置參數漂移時無法主動提供告警信號，導致二次裝置無法對其功效進行實時監(jiān)測和故障告警，存在自動監(jiān)測的盲區(qū)[4-5]。

針對保護裝置中AD采樣的問題，供應商在高電壓系統(110 kV及以上)保護裝置上增加了一套冗余的采集系統，對兩套采集系統產生的數據做對比校驗，實時監(jiān)測采樣系統運行工況。但在低電壓系統中為了降低成本，保護裝置只配置單套采樣，并不單獨校驗保護數據。針對測量數據和保護參數的校驗問題，目前也尚無自動校驗方案，大多采用人工對保護測控采樣值和裝置參數進行不定期對比校驗，無法實時比對，存在很大的功能缺陷乃至安全隱患。某供電公司曾發(fā)生變電站10 kV保護裝置AD采樣損壞造成保護拒動，之后越級跳閘擴大事故范圍；變電站測量數據異常影響了潮流分析、SCADA系統等業(yè)務口的高級應用；某廠家保護裝置在重啟后參數漂移但未被及時發(fā)現導致保護誤動等案例。

針對以上問題，下面提出了站域數據智能校驗平臺，通過二次設備數據采樣雙校驗系統和裝置參數存儲系統，有效地保障了保護數據、測量數據和裝置參數這三大數據的正確性。

1 保測數據雙校驗系統

1.1 單采樣系統不可靠問題

低電壓系統中，保護測控裝置只采用單套采樣系統，電流、電壓采樣數據經過低通抗混疊濾波后進行AD轉換，然后輸入數據處理芯片(digital signal processing，DSP)和可編程邏輯器件(complex programmable logic device，CPLD)進行相應數據運算和邏輯決策，最終驅動出口繼電器。由于現有保護測控裝置不能對采樣系統狀態(tài)進行監(jiān)視，從而無法分辨采樣系統的故障或不正常運行狀態(tài)并提出告警。因此當采樣系統發(fā)生故障時，保護裝置無法采集到電流或電壓數字量，或者采集一個錯誤的量，造成保護裝置誤動或者拒動，測控裝置采集錯誤的量可能導致調度中心收到錯誤信息，做出錯誤決策。高電壓系統保護靠增加冗余采樣系統的方法克服上述隱患。由于設備成本限制，低電壓系統均采用保護測控一體化裝置，配置如圖1所示的無自我校驗功能的單采樣系統，如其中任一模塊(如AD模塊)出現問題時，保護數據和測量數據將隨之異常，發(fā)生保護數據不正確和測量數據不正確問題。若這種隱患不能及時識別，將嚴重危及二次設備和電網的穩(wěn)定性。

圖1 單采樣系統硬件原理

1.2 功能架構

站域保護測控數據雙校驗系統通過操作員站提供的應用程序編程接口，對所有單AD采樣裝置進行輪詢，比對其保護和測控采樣值。雙校驗系統對有異常的數據進行兩次復核，若復核不通過則發(fā)出告警信號，并將該告警信號上傳主站，總體框架設計見圖2。

圖2 站域二次設備雙采樣校驗系統整體框架設計

1.3 數據處理方法

通過間隔層網絡收集到的保護測控數據由于時間不同步，可能存在采樣值差異，需要進行同步處理。操作員站收集20個采樣點只需不到1 s時間，保護和測控電壓采樣值在短時間內幾乎無變化，在穩(wěn)態(tài)負荷下，其電流值也是不變的。電力系統快速變化負荷可分解為基礎負荷和波動負荷，在短時間(1 s)內基礎負荷可認為是恒定不變的。一個間隔內波動負荷由多個快速變化負荷構成，根據大數定律，其波動量必然符合正態(tài)分布，其期望為0[6]。因此，提出一種滑動濾波的方法，能夠快速濾除波動，分解出基礎負荷，并可以反映出基礎負荷的變化趨勢?；瑒訛V波原理如式(1)、式(2)所示。

(1)

(2)

式中：N為滑動窗口；xn為第n個采樣時刻獲得電流數據；yn為濾除波動負荷后電流數據。

圖3為實測電流數據經過滑動濾波后的對比圖，由圖可知經過濾波后數據能夠完全反映基礎負荷，在短時間內是恒定的。

圖3 滑動濾波后基礎負荷電流

DL/T 478—2006 《繼電保護和安全自動裝置通用技術規(guī)范》要求，電流采樣誤差不大于2.5%，絕對誤差不大于0.01In；電壓誤差不大于2.5%，絕對值不大于0.002Un。依據上述要求，雙校驗系統電壓閾值增加1.5倍的可靠系數，即電壓差大于3.75%并且大于0.3 V判別為采樣異常；電流閾值也增加1.5倍的可靠系數，電流偏差大于3.75%并且大于0.075 A判別為采樣異常。

圖4為保護測控數據雙校驗處理流程圖，系統先對電壓數據進行對比，如果無異常再對電流進行判別，最后給出檢測結果。

圖4 保護測控數據雙校驗處理流程

2 裝置參數漂移校驗系統

2.1 裝置參數漂移問題

保護裝置參數是決定裝置是否動作的關鍵閾值，參數的設定需要考慮系統運行方式、設備的保護范圍、主后備保護配合等問題。目前變電站二次設備基本不具備參數漂移自檢功能，存在裝置重啟后(或運行中)參數發(fā)生改變如定值偏移、控制字異常、壓板位置不正確甚至清零的現象，即裝置參數漂移問題。由于保護裝置無法判斷這些變化是人為改變還是故障導致，會默認以變化后的參數來運行，造成嚴重安全隱患。

因此，需要引入參數校驗機制定期對比裝置實時參數與整定值是否一致，若存在參數與整定值不同的情況，應立即對異常數據進行分析并向主站發(fā)送異常信號。

2.2 功能架構

裝置參數漂移校驗系統整體框架如圖5所示。

圖5 裝置參數漂移校驗系統整體框架

作為參數校驗的依據，裝置參數數據庫包含站域所有二次設備的保護定值、壓板位置、控制字的標準信息。這些參數在保護裝置投運或升級時由專業(yè)人員在操作員站建模輸入，在運行期間中固定不變。校驗系統以設定周期進行裝置參數校驗，若感知到數據異常，則在異常值數據庫中進行模式匹配，分析數據異常原因并發(fā)送給調度中心，輔助調度員進行決策。

2.3 參數校驗方法

在一個檢測周期內，校驗系統對目標裝置的參數逐一與數據庫中的標準數據比對，并將校驗結果以0、1向量形式儲存，如式(3)所示。裝置的定值、壓板、控制量按照一定順序排列，若裝置實時值與標準值對照一致，則在向量相應位置1，反之則置0。

(3)

校驗完成后，若向量J全為1，則說明裝置實時定值、壓板、控制字等數據與標準值一致，完成校驗；如果向量J含有0元素，則說明裝置存在數據異常，將向量J輸入異常判斷模塊，并基于異常數據庫中的數據進行模式匹配，辨識出向量J表示的異常情況屬于檢修態(tài)、調試態(tài)或者故障態(tài)中的哪一種，并發(fā)出相應告警信號。裝置參數漂移校驗系統對站域全部保護裝置進行一輪校驗的流程如圖6所示。

圖6 裝置參數漂移校驗系統檢測流程

3 結 論

上面引入了一種新思維以解決實際工程問題，基于泛在電力物聯網的核心內涵和架構模型，建立了站域數據智能校驗平臺，構建了保護測控數據雙校驗系統和裝置參數校驗系統，確保了保護數據、測量數據以及裝置參數的正確性。

根據多個變電站部署站域數據智能校驗平臺的經驗，該平臺可杜絕90%以上由于采樣異?；蜓b置參數漂移導致的保護不正確動作的事故，且極大地節(jié)省變電站運行維護人員數據校核的工作量。同時是泛在電力物聯網在站域數據驗證中的一次有效嘗試，并且可以為未來泛在電力物聯網的建設實踐提供一定參考。