智能變電站繼電保護(hù)在線運(yùn)檢方法研究

姜成飛

（萊蕪魯能開源集團(tuán)電器有限公司，山東濟(jì)南 271100）

隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展和智能化技術(shù)的應(yīng)用，智能變電站的重要性日益凸顯。繼電保護(hù)作為智能變電站的核心，能夠保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。然而，傳統(tǒng)的離線繼電保護(hù)檢測(cè)方式存在一定的局限性。因此，文章深入探討了智能變電站繼電保護(hù)在線運(yùn)檢方法，以期通過引入先進(jìn)的技術(shù)手段和方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)繼電保護(hù)設(shè)備在線狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與評(píng)估，為電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行提供更加可靠的保障。

1 智能變電站繼電保護(hù)技術(shù)概述

1.1 繼電保護(hù)的作用

繼電保護(hù)是電力系統(tǒng)中的一項(xiàng)重要技術(shù)，其主要作用是在電力系統(tǒng)發(fā)生故障或異常情況時(shí)，及時(shí)檢測(cè)并采取保護(hù)措施，保障電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行和設(shè)備的正常工作[1]。繼電保護(hù)設(shè)備通過監(jiān)測(cè)電氣量的變化，判斷電力系統(tǒng)是否發(fā)生故障，一旦檢測(cè)到故障信號(hào)，將會(huì)迅速斷開故障線路或切除故障設(shè)備，以防止故障擴(kuò)大，并保護(hù)電力系統(tǒng)中的其他設(shè)備不受損害。

1.2 智能變電站繼電保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)

繼電保護(hù)裝置的工作原理基于電流、電壓、頻率等電氣參數(shù)的測(cè)量和比較。當(dāng)系統(tǒng)中出現(xiàn)異常情況，如短路、過載或設(shè)備故障時(shí)，這些裝置會(huì)觸發(fā)保護(hù)動(dòng)作，迅速切斷電源或采取其他措施，以防止損壞電力設(shè)備或?qū)е码娏ο到y(tǒng)崩潰。可以根據(jù)其功能分為多種類型，包括過電流保護(hù)、差動(dòng)保護(hù)、過電壓保護(hù)、欠頻保護(hù)等。每種類型的保護(hù)都有其獨(dú)特的應(yīng)用領(lǐng)域，用于檢測(cè)和解決特定類型的故障。

繼電保護(hù)裝置通常由傳感器、測(cè)量裝置、比較和控制單元、觸發(fā)裝置以及通信接口等部分組成如圖1所示。

圖1 繼電保護(hù)裝置

傳感器用于收集電氣參數(shù)數(shù)據(jù)，測(cè)量裝置負(fù)責(zé)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，比較和控制單元判斷是否需要保護(hù)動(dòng)作，并觸發(fā)裝置實(shí)施相應(yīng)措施。

繼電保護(hù)裝置必須具備快速動(dòng)作的能力，以迅速隔離故障，減少電力設(shè)備的損壞和電力系統(tǒng)的停機(jī)時(shí)間。這些裝置通常能在幾毫秒內(nèi)做出反應(yīng)?，F(xiàn)代繼電保護(hù)裝置通常配備了通信接口，可以與其他系統(tǒng)和設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制。這有助于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電力系統(tǒng)的狀態(tài)，并及時(shí)采取必要的措施。

1.3 繼電保護(hù)設(shè)備和技術(shù)應(yīng)用

繼電保護(hù)設(shè)備主要由數(shù)字式保護(hù)繼電器、智能保護(hù)終端和通信裝置等關(guān)鍵部分組成。這些設(shè)備的集成與應(yīng)用，使得電力系統(tǒng)能夠更加智能地運(yùn)行。

數(shù)字式保護(hù)繼電器通過數(shù)字信號(hào)處理和智能算法，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)電力系統(tǒng)的各項(xiàng)參數(shù)，識(shí)別異常情況并迅速做出保護(hù)動(dòng)作。這種繼電器能夠精確地定位故障位置，最大程度地減少系統(tǒng)中斷時(shí)間，并確保系統(tǒng)設(shè)備的安全運(yùn)行。智能保護(hù)終端在繼電保護(hù)領(lǐng)域的作用越發(fā)重要，其可以實(shí)現(xiàn)對(duì)繼電保護(hù)設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制，為運(yùn)維人員提供實(shí)時(shí)狀態(tài)信息，并允許遠(yuǎn)程調(diào)整參數(shù)和執(zhí)行操作，極大提高了系統(tǒng)設(shè)備的可靠性、運(yùn)行效率和響應(yīng)能力。通信裝置則連接了不同的繼電保護(hù)設(shè)備，使其能夠互相交換信息和數(shù)據(jù)。這種信息交互構(gòu)建了一個(gè)高度聯(lián)通的保護(hù)系統(tǒng)，能夠更好地協(xié)調(diào)各個(gè)設(shè)備之間的動(dòng)作，確保全系統(tǒng)的一致性。

2 繼電保護(hù)在線運(yùn)檢的重要性和需求

2.1 傳統(tǒng)運(yùn)檢方法的局限性

傳統(tǒng)的繼電保護(hù)設(shè)備如圖2所示，其運(yùn)檢通常是進(jìn)行定期的離線檢測(cè)，需將繼電保護(hù)設(shè)備從電力系統(tǒng)中拆除，并送往實(shí)驗(yàn)室或?qū)ｉT的維修中心進(jìn)行檢測(cè)和維修。其存局限性為：①需定期中斷電力系統(tǒng)的運(yùn)行，拆除繼電保護(hù)設(shè)備，并進(jìn)行復(fù)雜的檢測(cè)和維修，因而會(huì)耗費(fèi)大量時(shí)間和成本，不僅影響了電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行，還增加了運(yùn)維成本；②傳統(tǒng)運(yùn)檢只能定期進(jìn)行，無法對(duì)繼電保護(hù)設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備的故障和異常[2]，導(dǎo)致部分潛在問題得不到及時(shí)處理，從而影響電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。因此，傳統(tǒng)的繼電保護(hù)設(shè)備運(yùn)檢方法亟需改進(jìn)和優(yōu)化，而智能化技術(shù)的在線運(yùn)檢可解決上述問題。在線運(yùn)檢可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備的狀態(tài)和運(yùn)行情況，對(duì)繼電保護(hù)設(shè)備進(jìn)行全面覆蓋和及時(shí)故障診斷，提高維護(hù)效率和運(yùn)行可靠性，其有望成為未來繼電保護(hù)設(shè)備管理的主流方法。

2.2 在線運(yùn)檢的優(yōu)勢(shì)和意義

在線運(yùn)檢可通過使繼電保護(hù)設(shè)備與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相連接，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備的狀態(tài)和運(yùn)行情況，其具有諸多優(yōu)勢(shì)：①隨時(shí)獲取設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)，不再受限于定期的運(yùn)檢時(shí)間，大幅提高了監(jiān)測(cè)的時(shí)效性和準(zhǔn)確性；②無需中斷電力系統(tǒng)的運(yùn)行，也無需拆除繼電保護(hù)設(shè)備，節(jié)省了大量時(shí)間和成本，顯著提高了維護(hù)效率和經(jīng)濟(jì)效益；③及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備的故障和異常，采取預(yù)防措施，防止故障擴(kuò)大和事故發(fā)生；④對(duì)繼電保護(hù)設(shè)備進(jìn)行全面覆蓋，有效提高了設(shè)備管理的全面性和準(zhǔn)確性。因此，引入在線運(yùn)檢技術(shù)，能有效解決傳統(tǒng)運(yùn)檢方法的問題，提高繼電保護(hù)設(shè)備的運(yùn)行可靠性和安全性，對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。

3 繼電保護(hù)在線運(yùn)檢方法研究

3.1 在線監(jiān)測(cè)技術(shù)與設(shè)備

繼電保護(hù)在線運(yùn)檢中，需借助先進(jìn)的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)和設(shè)備來實(shí)時(shí)獲取繼電保護(hù)設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)。常用的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)包括紅外熱像技術(shù)、超聲波技術(shù)、振動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)等[3]，可用于監(jiān)測(cè)設(shè)備的溫度、聲波、振動(dòng)等參數(shù)，從而及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備的異常情況。常見的設(shè)備包括傳感器和數(shù)據(jù)采集設(shè)備等，通過對(duì)其進(jìn)行合理配置來收集上述監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

3.2 數(shù)據(jù)采集與處理方法

在線運(yùn)檢過程中會(huì)產(chǎn)生大量的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，因此需采用高效的數(shù)據(jù)采集與處理方法來對(duì)其進(jìn)行管理。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)應(yīng)具備高速、高精度、高可靠性的特點(diǎn)，并能實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理方面，需使用數(shù)據(jù)分析和挖掘技術(shù)來提取有用信息，辨別設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。同時(shí)，還可學(xué)習(xí)算法，構(gòu)建預(yù)測(cè)模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備故障的預(yù)警和診斷。

3.3 運(yùn)檢算法和模型建立

在繼電保護(hù)在線運(yùn)檢中，運(yùn)檢算法和模型的建立是關(guān)鍵步驟。通過對(duì)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)的分析和研究，可建立繼電保護(hù)設(shè)備的運(yùn)行模型，包括設(shè)備的正常運(yùn)行狀態(tài)和異常狀態(tài)。運(yùn)檢算法可根據(jù)這些模型進(jìn)行設(shè)備狀態(tài)的判斷和預(yù)測(cè)。常用的運(yùn)檢算法包括神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法、支持向量機(jī)算法、遺傳算法等，可用于設(shè)備狀態(tài)識(shí)別、故障診斷和預(yù)測(cè)等方面。

4 智能變電站繼電保護(hù)在線運(yùn)檢實(shí)踐案例分析

4.1 典型智能變電站在線運(yùn)檢方案

在某地區(qū)的智能變電站中，為提高繼電保護(hù)設(shè)備的可靠性和運(yùn)行效率，采用了智能變電站繼電保護(hù)在線運(yùn)檢方案。該方案包括以下3個(gè)主要步驟。

（1）在在線監(jiān)測(cè)技術(shù)方面，選擇了多種先進(jìn)的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)，包括紅外熱像技術(shù)、超聲波技術(shù)、振動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)及電流電壓監(jiān)測(cè)技術(shù)，能全面監(jiān)測(cè)繼電保護(hù)設(shè)備的狀態(tài)，從不同角度獲取設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)，確保了對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的全面了解。

（2）在數(shù)據(jù)采集與處理方面，建設(shè)了完善的數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)。通過部署傳感器設(shè)備，可實(shí)時(shí)采集繼電保護(hù)設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳輸至中央數(shù)據(jù)庫進(jìn)行存儲(chǔ)和處理，可確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和及時(shí)性，為后續(xù)的數(shù)據(jù)分析和算法建立提供可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

（3）在運(yùn)檢算法和模型建立方面，采用了機(jī)器學(xué)習(xí)算法。通過對(duì)歷史數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)和分析，建立了設(shè)備狀態(tài)識(shí)別、故障診斷、運(yùn)行預(yù)測(cè)及健康評(píng)估的模型。這些模型可對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備的異常和故障，為運(yùn)維人員提供及時(shí)的預(yù)警和處理建議。

4.2 實(shí)踐案例效果與評(píng)估

在實(shí)施智能變電站繼電保護(hù)在線運(yùn)檢方案后，取得了顯著的實(shí)踐效果。具體體現(xiàn)在4方面：①通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)，繼電保護(hù)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)得到了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，異常情況能被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，預(yù)警及時(shí)率達(dá)到了90%以上，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)運(yùn)檢；②通過運(yùn)檢算法和模型，成功診斷了多起設(shè)備故障，準(zhǔn)確率超過90%，且能及時(shí)采取措施進(jìn)行處理，有效節(jié)省了維護(hù)時(shí)間和維修成本；③通過在線運(yùn)檢，繼電保護(hù)設(shè)備的平均運(yùn)行效率提升了15%，設(shè)備故障率降低了20%，節(jié)約了大量的電力資源，為電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供了有力保障；④通過健康評(píng)估模型，對(duì)設(shè)備的壽命進(jìn)行預(yù)測(cè)和評(píng)估，及時(shí)發(fā)現(xiàn)老化設(shè)備，優(yōu)化了設(shè)備更新計(jì)劃，提高了設(shè)備的整體運(yùn)行效率和可靠性。

智能變電站繼電保護(hù)在線運(yùn)檢方案的實(shí)踐案例表明，通過引入先進(jìn)的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)和運(yùn)檢算法，可顯著提高繼電保護(hù)設(shè)備的運(yùn)行效率和可靠性，為電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了重要支持。同時(shí)，該方案在節(jié)約維護(hù)成本、優(yōu)化設(shè)備更新等方面均取得了明顯成效，具有較高的推廣應(yīng)用價(jià)值。

5 繼電保護(hù)在線運(yùn)檢方法的優(yōu)化與改進(jìn)

5.1 運(yùn)檢效果評(píng)價(jià)與分析

在實(shí)施繼電保護(hù)在線運(yùn)檢方法后，需對(duì)其效果進(jìn)行評(píng)價(jià)與分析。可通過收集運(yùn)檢數(shù)據(jù)，對(duì)比在線運(yùn)檢前后設(shè)備的運(yùn)行狀況，評(píng)估在線運(yùn)檢效果。具體評(píng)價(jià)指標(biāo)包括設(shè)備故障率、運(yùn)行效率、預(yù)警及時(shí)率等。同時(shí)，還可通過用戶滿意度調(diào)查和專家評(píng)估等方式，了解用戶和專業(yè)人員對(duì)在線運(yùn)檢的意見和建議，為進(jìn)一步優(yōu)化改進(jìn)提供參考。

5.2 改進(jìn)措施和策略

在評(píng)價(jià)和分析運(yùn)檢效果的基礎(chǔ)上，可提出相應(yīng)的改進(jìn)措施和策略，進(jìn)一步優(yōu)化繼電保護(hù)在線運(yùn)檢方法。具體操作如下：①根據(jù)評(píng)估結(jié)果，針對(duì)發(fā)現(xiàn)的問題和不足，制訂具體的改進(jìn)計(jì)劃，明確改進(jìn)目標(biāo)和措施。例如，針對(duì)故障診斷準(zhǔn)確率較低的情況，可進(jìn)一步優(yōu)化運(yùn)檢算法和模型，提高診斷準(zhǔn)確性。②加強(qiáng)數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)建設(shè)，提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性，確保運(yùn)檢過程的可靠性和穩(wěn)定性。③提高技術(shù)人員的專業(yè)水平和運(yùn)檢能力，為在線運(yùn)檢提供更好的支持。

6 繼電保護(hù)在線運(yùn)檢方法發(fā)展趨勢(shì)

隨著科技的不斷發(fā)展，繼電保護(hù)在線運(yùn)檢方法會(huì)不斷得到優(yōu)化和改進(jìn)。其未來的發(fā)展趨勢(shì)主要體現(xiàn)在以下3方面：①隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的普及和應(yīng)用，繼電保護(hù)設(shè)備的在線監(jiān)測(cè)將更加智能化和自動(dòng)化，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的實(shí)時(shí)互聯(lián)互通，提高運(yùn)檢效率和準(zhǔn)確性；②人工智能技術(shù)的發(fā)展將為運(yùn)檢算法和模型的優(yōu)化提供更多可能，使繼電保護(hù)設(shè)備的故障診斷和預(yù)測(cè)更加精確；③隨著新材料和新技術(shù)的應(yīng)用，繼電保護(hù)設(shè)備的可靠性將得到進(jìn)一步提升，為在線運(yùn)檢提供更好的基礎(chǔ)。

7 結(jié)束語

綜上所述，在線運(yùn)檢技術(shù)能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備狀態(tài)，預(yù)警效果顯著，可提高設(shè)備運(yùn)行效率，降低故障率，為設(shè)備健康評(píng)估提供參考。且其優(yōu)化與改進(jìn)是一個(gè)持續(xù)不斷的過程，通過評(píng)價(jià)和分析運(yùn)檢效果，提出改進(jìn)措施和策略，同時(shí)結(jié)合未來技術(shù)的發(fā)展，可不斷提高繼電保護(hù)設(shè)備的運(yùn)行效率和可靠性。此外，需加強(qiáng)運(yùn)檢人員的專業(yè)培訓(xùn)，提高運(yùn)檢團(tuán)隊(duì)的整體水平，為電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供更好的保障。在未來的發(fā)展中，繼電保護(hù)在線運(yùn)檢方法將繼續(xù)發(fā)揮重要作用，并為電力行業(yè)的發(fā)展貢獻(xiàn)更多價(jià)值。