智能變電站繼電保護(hù)隱藏故障診斷與系統(tǒng)重構(gòu)方法

朱婧瑤

國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司睢寧縣供電分公司 江蘇 徐州 221200

引言

為了滿(mǎn)足社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展需求，智能化變電站被廣泛應(yīng)用于電網(wǎng)結(jié)構(gòu)中。在智能變電站快速發(fā)展的同時(shí)，繼電保護(hù)的隱藏故障嚴(yán)重影響了電網(wǎng)的穩(wěn)定性和安全性，鑒于此，還需積極采取科學(xué)高效的診斷方式準(zhǔn)確判斷繼電保護(hù)的隱藏故障，并采用針對(duì)性措施加以處理，確保繼電系統(tǒng)的安全性。同時(shí)，也要重視系統(tǒng)重構(gòu)方法的有效應(yīng)用，結(jié)合智能變電站的實(shí)際情況，選擇合適的系統(tǒng)重構(gòu)方式，確保整體電網(wǎng)系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行。

1 智能變電站繼電保護(hù)的具體分析

智能變電站的繼電保護(hù)系統(tǒng)主要由邏輯判斷、測(cè)量比較和執(zhí)行輸出3個(gè)環(huán)節(jié)組合構(gòu)成的。就邏輯判斷環(huán)節(jié)而言，在明確系統(tǒng)邏輯關(guān)系以及先后順序的基礎(chǔ)上，通過(guò)詳細(xì)的測(cè)量比較后獲取系統(tǒng)輸出的邏輯信號(hào)，然后依照標(biāo)準(zhǔn)流程來(lái)判斷繼電保護(hù)的隱藏故障，同時(shí)對(duì)其跳閘指令或動(dòng)作發(fā)布信號(hào)等進(jìn)行確定，以此將預(yù)測(cè)的結(jié)果指令傳輸至執(zhí)行輸出系統(tǒng)中。在測(cè)量比較環(huán)節(jié)中，主要是對(duì)保護(hù)元件的電氣量參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，并以測(cè)量周波和電流等參數(shù)為主，然后同預(yù)先設(shè)置的基礎(chǔ)數(shù)值進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)而推斷出實(shí)際的測(cè)量參數(shù)是否超過(guò)整定值，通過(guò)分析準(zhǔn)確參數(shù)決定是否在繼電保護(hù)裝置存在故障的情況將其開(kāi)啟。針對(duì)執(zhí)行輸出環(huán)節(jié)而言，當(dāng)邏輯判斷環(huán)節(jié)發(fā)出指令后由其傳輸行動(dòng)指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)故障跳閘或繼電保護(hù)裝置的指令控制，并以此監(jiān)督后臺(tái)發(fā)布的報(bào)警信號(hào)，由此保證整套輸出指令的準(zhǔn)確性。

2 智能變電站繼電保護(hù)隱藏故障的監(jiān)測(cè)研究

繼電保護(hù)系統(tǒng)不僅維持著智能變電站的穩(wěn)定性，其還關(guān)乎著整體電網(wǎng)的正常運(yùn)行。但繼電保護(hù)系統(tǒng)中的隱藏故障具有一定的風(fēng)險(xiǎn)性，時(shí)刻威脅著電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。由于繼電保護(hù)系統(tǒng)的軟硬件較為復(fù)雜，所以必須保證隱藏故障診斷的全面性，提高隱藏故障的診斷能力。下述做出了具體分析：

2.1 針對(duì)繼電保護(hù)系統(tǒng)的靜態(tài)隱藏故障的監(jiān)測(cè)

2.1.1 靜態(tài)隱藏故障監(jiān)測(cè)。在電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中，繼電保護(hù)裝置的輸入數(shù)據(jù)具有一定的關(guān)聯(lián)性，在開(kāi)展靜態(tài)隱藏故障的監(jiān)測(cè)工作時(shí)，可通過(guò)數(shù)據(jù)采樣值對(duì)繼電保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行分析，以此判斷其是否存在隱藏故障。就發(fā)電機(jī)、變壓器等保護(hù)裝置而言，在對(duì)其電氣輸入量數(shù)據(jù)進(jìn)行收集采樣后，對(duì)其進(jìn)行全面分析，對(duì)于可能存在隱藏故障的電氣單位和電氣設(shè)備開(kāi)展監(jiān)測(cè)工作。在此期間，測(cè)量、采集的數(shù)據(jù)需要同監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)保持一致，確保數(shù)據(jù)的時(shí)效性，保證輸入數(shù)據(jù)和保護(hù)定值的精確性，進(jìn)一步提高隱藏故障判斷的準(zhǔn)確性。

2.1.2 測(cè)量回路的隱藏故障分析。對(duì)測(cè)量回路的隱藏故障分析是排查繼電保護(hù)系統(tǒng)故障的重要環(huán)節(jié)，由于測(cè)量回路的系統(tǒng)構(gòu)成較為復(fù)雜，其包含了多路模擬開(kāi)關(guān)、變送器、PT、CT及模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和采樣保持電路等多項(xiàng)設(shè)備、系統(tǒng)，在其運(yùn)行期間任何一個(gè)元件發(fā)生故障都會(huì)降低繼電保護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，影響電網(wǎng)運(yùn)行信息采集的準(zhǔn)確性。因此，在對(duì)測(cè)量回路隱藏故障進(jìn)行分析時(shí)，要加強(qiáng)排查意識(shí)，全面考量各類(lèi)元件、設(shè)備等運(yùn)行狀態(tài)，保證測(cè)量回路隱藏故障分析的全面性和完整性，避免遺漏排查項(xiàng)目。

2.2 針對(duì)繼電保護(hù)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)隱藏故障的監(jiān)測(cè)

2.2.1 動(dòng)態(tài)隱藏故障監(jiān)測(cè)。在智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)中電氣接線相鄰元件的保護(hù)裝置具備補(bǔ)充功能，基于不同保護(hù)裝置的差異性特點(diǎn)，其獲取的測(cè)量信息值也各不相同。在隱藏故障監(jiān)測(cè)期間，可利用差異性的測(cè)量信息值開(kāi)展邏輯分析，針對(duì)各保護(hù)裝置的故障信息進(jìn)行邏輯判斷，結(jié)合各項(xiàng)故障信息的差異性數(shù)值診斷出隱藏故障。同時(shí)，可對(duì)不同設(shè)備發(fā)出行動(dòng)指令，根據(jù)執(zhí)行時(shí)間及動(dòng)作明確隱藏故障的準(zhǔn)確位置。

2.2.2 保護(hù)裝置運(yùn)行測(cè)量值的監(jiān)測(cè)。繼電保護(hù)系統(tǒng)的線路測(cè)量值具有相連性，在繼電保護(hù)裝置運(yùn)行期間，如若存在同一故障因素，那么運(yùn)行時(shí)的測(cè)量值會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)變化，而測(cè)量值的關(guān)聯(lián)性同繼電保護(hù)裝置的運(yùn)行原理密切相關(guān)。另外，保護(hù)系統(tǒng)的運(yùn)行測(cè)量值會(huì)因不同保護(hù)裝置的電路結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不同變化，所以，對(duì)保護(hù)裝置運(yùn)行測(cè)量值進(jìn)行分析、研究可實(shí)現(xiàn)對(duì)隱藏故障的診斷，同時(shí)可根據(jù)不同的保護(hù)裝置采取相應(yīng)的故障處理措施，加強(qiáng)故障修復(fù)技術(shù)的適應(yīng)性[1]。

2.2.3 計(jì)算測(cè)量環(huán)節(jié)的隱藏故障監(jiān)測(cè)。對(duì)繼電保護(hù)系統(tǒng)采集到的相關(guān)故障數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算測(cè)量，通過(guò)綜合分析和處理最終明確隱藏故障。一般這些故障數(shù)據(jù)來(lái)源于測(cè)量計(jì)算元件和測(cè)量回路中，對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)測(cè)量后，能有效降低計(jì)算測(cè)量環(huán)節(jié)的隱藏故障、減少其發(fā)生率，以此提升繼電保護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2.2.4 差異性地點(diǎn)的隱藏故障監(jiān)測(cè)。在整個(gè)電力系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，如若電網(wǎng)某一處受到?jīng)_擊、干擾，便會(huì)對(duì)智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)帶來(lái)負(fù)面影響，繼電保護(hù)系統(tǒng)的隱藏故障分析主要是對(duì)電氣設(shè)備的電壓、電流和相位等進(jìn)行計(jì)算、考量，其中并不包括電氣量。鑒于隱藏故障的隱藏特性，其在電網(wǎng)正常運(yùn)行期間并不會(huì)影響繼電保護(hù)裝置的穩(wěn)定性，但是當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生異常干擾時(shí)，便會(huì)觸動(dòng)隱藏故障，進(jìn)而導(dǎo)致繼電保護(hù)系統(tǒng)發(fā)出誤動(dòng)、拒動(dòng)等錯(cuò)誤指令。然而，在對(duì)不同地點(diǎn)的繼電保護(hù)測(cè)量值進(jìn)行采集、分析、計(jì)算后便可監(jiān)測(cè)到相應(yīng)的隱藏故障，由此開(kāi)展針對(duì)性的故障排查、檢修工作。

3 智能變電站繼電保護(hù)隱藏故障的診斷方法

3.1 交流回路的狀態(tài)診斷

在對(duì)繼電保護(hù)裝置的二次回路狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，利用信息化技術(shù)對(duì)保護(hù)系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行全面分析，由此診斷交流回路的運(yùn)行狀態(tài)，判斷隱藏故障的位置。在具體診斷過(guò)程中，智能變電站依托雙AD對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集，借助合并單位的作用完成A/D線的有效轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)設(shè)備二次運(yùn)行的雙重保護(hù)，在此模式下對(duì)其隱藏故障的部位實(shí)施監(jiān)控。但在監(jiān)測(cè)期間，要確保兩者誤差在允許范圍內(nèi)，如若繼電保護(hù)設(shè)備的采樣數(shù)據(jù)出現(xiàn)差異，則需要對(duì)二次回路的正常狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確判定；如若數(shù)據(jù)誤差較大且已經(jīng)超出了允許范圍，那么應(yīng)判定繼電保護(hù)裝置的回路存在故障問(wèn)題，相關(guān)人員要及時(shí)通知檢修人員開(kāi)展具體的檢修作業(yè)，加強(qiáng)故障清除意識(shí)，提高隱藏故障的檢修效率，以便及時(shí)恢復(fù)繼電保護(hù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行[2]。

3.2 保護(hù)動(dòng)作的故障方法

當(dāng)繼電保護(hù)設(shè)備接收到行動(dòng)指令并落實(shí)具體指令后，對(duì)其保護(hù)動(dòng)作進(jìn)行詳細(xì)監(jiān)測(cè)，在監(jiān)測(cè)過(guò)程中，要注意觀察保護(hù)動(dòng)作是否同保護(hù)設(shè)備的功能指標(biāo)相一致，以此推斷繼電保護(hù)系統(tǒng)中的隱藏故障。在對(duì)開(kāi)關(guān)驗(yàn)證支架進(jìn)行模擬對(duì)比后，確定保護(hù)裝置發(fā)出的保護(hù)指令，如若反映出的保護(hù)作用一致，則可對(duì)保護(hù)器的執(zhí)行時(shí)間進(jìn)行相應(yīng)核查；如若保護(hù)裝置的執(zhí)行動(dòng)作超出了既定數(shù)值，則可判定繼電保護(hù)裝置內(nèi)部存在隱藏故障，結(jié)合實(shí)際情況制定相應(yīng)的故障處理措施，恢復(fù)繼電保護(hù)系統(tǒng)的安全性。

4 智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的重構(gòu)原則

由于繼電保護(hù)隱藏故障的潛在風(fēng)險(xiǎn)高、爆發(fā)無(wú)規(guī)律，一旦隱藏故障被引發(fā)極易造成大規(guī)模停電現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了整體電網(wǎng)的穩(wěn)定性。當(dāng)前，雖然智能變電站能對(duì)繼電保護(hù)裝置的部分元件進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和自行診斷，但自我修復(fù)能力差、不能做到自動(dòng)轉(zhuǎn)移，為了切實(shí)提高電網(wǎng)的安全性，繼電保護(hù)體系需要具備更強(qiáng)的靈活性和可靠性[3]?；诖?，需要有效整合繼電保護(hù)系統(tǒng)的相關(guān)資源，根據(jù)智能變電站的運(yùn)行需求重新構(gòu)建繼電保護(hù)系統(tǒng)，提高繼電保護(hù)系統(tǒng)的運(yùn)行指標(biāo)。在重構(gòu)繼電保護(hù)系統(tǒng)時(shí)還需遵守下述原則：

4.1 完整性原則

通過(guò)對(duì)相關(guān)資源的有效整合、重構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的升級(jí)，在保證系統(tǒng)功能完整性的前提下提高系統(tǒng)各項(xiàng)性能指標(biāo)，提升整體系統(tǒng)的穩(wěn)定性和運(yùn)行效率，進(jìn)而增強(qiáng)智能變電站系統(tǒng)的可靠性。

4.2 快速性原則

在重構(gòu)繼電保護(hù)系統(tǒng)時(shí)，智能變電站和電力系統(tǒng)便會(huì)缺少保護(hù)，為了避免不良因素的干擾，在重構(gòu)過(guò)程中要秉著快速性原則，采取分段、同時(shí)進(jìn)行的重構(gòu)方式開(kāi)展具體工作，在保證系統(tǒng)重構(gòu)質(zhì)量的基礎(chǔ)上縮短重構(gòu)時(shí)間，以免影響電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

4.3 經(jīng)濟(jì)性原則

智能變電站的建設(shè)規(guī)模相對(duì)較大，繼電保護(hù)系統(tǒng)的資源整合及系統(tǒng)重構(gòu)是一項(xiàng)復(fù)雜且專(zhuān)業(yè)的工作，在重構(gòu)過(guò)程中需要使用大量資源，而電力企業(yè)應(yīng)遵循經(jīng)濟(jì)性原則，充分考量各項(xiàng)因素，避免浪費(fèi)資源，以此降低系統(tǒng)重構(gòu)成本。

4.4 安全性原則

安全性原則是重構(gòu)繼電保護(hù)系統(tǒng)的核心原則，只有保證繼電保護(hù)系統(tǒng)的安全性才能確保整個(gè)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。因此，在重構(gòu)繼電保護(hù)系統(tǒng)時(shí)要根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的設(shè)備資源，保證各項(xiàng)資源的適應(yīng)性，確保升級(jí)重構(gòu)后的新系統(tǒng)更加安全可靠，增強(qiáng)智能變電站的安全系數(shù)。

5 智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的重構(gòu)方法

重新整合有效資源，采取科學(xué)高效的整合方式實(shí)現(xiàn)對(duì)繼電保護(hù)體系的升級(jí)和更新是重構(gòu)智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的根本意義。在重構(gòu)過(guò)程中主要注意下述內(nèi)容：

5.1 繼電保護(hù)資源

繼電保護(hù)資源是系統(tǒng)重構(gòu)的主要依據(jù)，其包含了互感器、操作電源、測(cè)量元件等多類(lèi)功能部件。相較于其他結(jié)構(gòu)而言，智能變電站的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具有一定的開(kāi)放性和共享性，所以繼電保護(hù)重構(gòu)資源也需具備共享性特質(zhì)，如此才能促進(jìn)資源整合，確保繼電保護(hù)系統(tǒng)的重構(gòu)質(zhì)量。

5.2 實(shí)現(xiàn)資源的有效整合

在重構(gòu)繼電保護(hù)資源時(shí)，應(yīng)以電力系統(tǒng)的固定運(yùn)行原則為重構(gòu)基礎(chǔ)，有效連接系統(tǒng)內(nèi)部元件、重新分配內(nèi)部數(shù)據(jù)信號(hào)，以此將各功能元件進(jìn)行充分整合，實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)資源的有效整合，達(dá)到重構(gòu)目的。需要注意的是，電磁型電流互感器等繼電保護(hù)元件具有較強(qiáng)的固定連接關(guān)系，在整合資源時(shí)不可改變其連接關(guān)系；對(duì)于電子型式電流互感器的整合，可利用信息化技術(shù)完成在線分配，從而完成整合工作。

5.3 資源整合方式

在具體操作過(guò)程中，將電力系統(tǒng)各項(xiàng)信息數(shù)據(jù)、測(cè)量數(shù)據(jù)和檢測(cè)數(shù)據(jù)等進(jìn)行綜合整理，在全面考量繼電保護(hù)裝置運(yùn)行狀態(tài)的基礎(chǔ)上制定最佳的資源整合方案，選擇科學(xué)合理的資源整合方式，為開(kāi)展繼電保護(hù)系統(tǒng)的重構(gòu)工作提供可靠依據(jù)[4]。

在重構(gòu)系統(tǒng)前，可先建立完整的重構(gòu)模型，做好基礎(chǔ)保障工作，避免后期浪費(fèi)整合資源。而重構(gòu)模型中應(yīng)囊括：①功能元件層，主要集合了繼電保護(hù)系統(tǒng)的功能元件；②狀態(tài)檢測(cè)層，依托信息化技術(shù)和計(jì)算機(jī)設(shè)備完成信息采集和分析決策工作，主要收集元件運(yùn)行狀態(tài)的基本信息，并對(duì)其進(jìn)行狀態(tài)診斷，由此掌握元件潛在故障，通過(guò)分析決策制定出完善的重構(gòu)方案；③協(xié)調(diào)決策層，針對(duì)系統(tǒng)跨區(qū)數(shù)據(jù)的重構(gòu)工作可利用計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)信息數(shù)據(jù)的交換，完成協(xié)調(diào)重構(gòu)工作。

6 結(jié)束語(yǔ)

智能變電站作為電網(wǎng)系統(tǒng)的重要組成部分，其繼電保護(hù)系統(tǒng)是維持智能變電站和電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。在智能變電站運(yùn)行期間，電力企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)機(jī)電保護(hù)系統(tǒng)隱藏故障的診斷和處理，根據(jù)故障類(lèi)型采取針對(duì)性措施進(jìn)行消除，規(guī)避隱藏故障帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，利用智能化技術(shù)和計(jì)算機(jī)設(shè)備對(duì)繼電保護(hù)系統(tǒng)得運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行全面分析，有效整合可用資源，完成系統(tǒng)重構(gòu)工作，提高繼電保護(hù)系統(tǒng)的運(yùn)行效率，全面提升繼電保護(hù)系統(tǒng)的功能性和安全性，為智能變電站及電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行奠定良好基礎(chǔ)。