智能變電站中繼電保護(hù)設(shè)備的運(yùn)維防誤技術(shù)研究

摘要：為減少設(shè)備運(yùn)維誤動(dòng)，提升繼電保護(hù)運(yùn)維的綜合水平，選取某智能變電站為試點(diǎn)，以繼電保護(hù)設(shè)計(jì)為例，設(shè)計(jì)運(yùn)維防誤方法。引入基爾霍夫電流定律計(jì)算母線電流，實(shí)施電站母線保護(hù)；基于監(jiān)測(cè)參數(shù)計(jì)算設(shè)備健康指數(shù)，優(yōu)化運(yùn)檢動(dòng)態(tài)基線周期；評(píng)估機(jī)器學(xué)習(xí)運(yùn)維風(fēng)險(xiǎn)，并設(shè)計(jì)了主動(dòng)式綜合防誤方法。對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，該方法顯著降低了誤動(dòng)次數(shù)，提高了運(yùn)維效率和電網(wǎng)穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：智能變電站 母線保護(hù) 動(dòng)態(tài)基線 防誤技術(shù)

中圖分類號(hào)：TM63文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Research on Error Prevention Technology of Operation and Maintenance Error Prevention Technology of Relay Protection Equipment in Smart Substation

SONG Zhilong LI Chencheng WANG Dong TANG Xin

State Grid Ningxia Ultra High Voltage Company Secondary Maintenance Center， Yinchuan， Ningxia Hui Autonomous Region， 750001 China

Abstract： In order to reduce equipment operation and maintenance errors and improve the comprehensive level of relay protection operation and maintenance， an intelligent substation is selected as a pilot project. Taking relay protection design as an example， to design an operation and maintenance error prevention method were designedby taking relay protection design as an example. Kirchhoff's current lawIt is introduces Kirchhoff's current lawd to calculate busbar current and implement power station busbusbar protection. The equipment health index was calculated based on monitoring parameters， and the dynamic baseline cycle forperiod of operation and inspection wereas optimized. It eEvaluated the operational risks of machine learning and designed an active and comprehensive error prevention approach. Comparative experimental results show that this method significantly reduces the number of misoperation， improves the operation and maintenance efficiency and enhances the stability of power grid.

Key W Wwords： Smart substation; Bus protection; Dynamic baseline; Error prevention technology

隨著智能變電站技術(shù)的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，繼電保護(hù)設(shè)備作為保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的核心裝置，其運(yùn)維防誤技術(shù)顯得尤為重要。

呂順等人[1]利用先進(jìn)的智能化設(shè)備和技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的保護(hù)功能。但由于不同廠家生產(chǎn)的設(shè)備和連接線存在不兼容問(wèn)題，影響智能變電站的安全運(yùn)行。解群[2]利用智能算法和數(shù)據(jù)分析技術(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，從而有效防止誤動(dòng)作。但該技術(shù)存在誤判和漏判風(fēng)險(xiǎn)。為提高電力系統(tǒng)，本文某智能變電站為試點(diǎn)，以繼電保護(hù)設(shè)備為例，開(kāi)展運(yùn)維防誤方法的設(shè)計(jì)。

1智能變電站母線保護(hù)

母線承擔(dān)電能的分配和傳輸。智能變電站母線保護(hù)通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和故障檢測(cè)，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)并隔離母線故障，防止故障擴(kuò)展和電力系統(tǒng)崩潰[3]。在進(jìn)行運(yùn)維防誤設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)設(shè)計(jì)智能變電站中母線的保護(hù)。引進(jìn)基爾霍夫電流定律，明確在母線系統(tǒng)中，流入某一節(jié)點(diǎn)的電流之和等于流出該節(jié)點(diǎn)的電流之和[4-5]。以此為依據(jù)，進(jìn)行流入母線節(jié)點(diǎn)的電流綜合計(jì)算[A4] ，計(jì)算公式如下。

公式（1）中：表示流入母線節(jié)點(diǎn)的電流；表示流出母線節(jié)點(diǎn)的電流；、分別表示流入和流出節(jié)點(diǎn)的電流數(shù)量；、分別表示母線電流的平衡性系數(shù)。

通過(guò)比較流入和流出母線的電流差來(lái)判斷故障。動(dòng)作判據(jù)可以表示為下述計(jì)算公式。

公式（2）中：表示差動(dòng)電流；、分別表示流入和流出母線的各支路電流；表示差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作整定值；、分別表示流入和流出母線的支路數(shù)量；、分別表示差動(dòng)保護(hù)行為。

基于故障分量法，進(jìn)行智能變電站母線故障的定位，以便及時(shí)采取有效的行為進(jìn)行母線保護(hù)[6]。在母線發(fā)生故障時(shí)，通過(guò)對(duì)故障點(diǎn)的定位，觸發(fā)保護(hù)行為，實(shí)現(xiàn)對(duì)智能變電站中繼電保護(hù)設(shè)備母線的保護(hù)。

2繼電保護(hù)設(shè)備運(yùn)檢動(dòng)態(tài)基線設(shè)計(jì)

在繼電保護(hù)設(shè)備運(yùn)檢動(dòng)態(tài)基線設(shè)計(jì)中，引進(jìn)設(shè)備健康指數(shù)[wl6] ，基于多個(gè)監(jiān)測(cè)參數(shù)的加權(quán)和的計(jì)算，量化繼電保護(hù)設(shè)備的當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)[7]。在此過(guò)程中，根據(jù)繼電保護(hù)設(shè)備的監(jiān)測(cè)參數(shù)，進(jìn)行設(shè)備健康指數(shù)的計(jì)算[8]。計(jì)算公式如下。[A7]

公式（3）中：表示設(shè)備健康指數(shù)；表示監(jiān)測(cè)參數(shù)權(quán)重；表示每個(gè)參數(shù)的健康度。

基于設(shè)備健康指數(shù)，利用邏輯回歸算法預(yù)測(cè)設(shè)備的故障概率。假設(shè)存在一個(gè)成本效益分析函數(shù)，根據(jù)故障概率和檢修成本，確定最優(yōu)的檢修周期，計(jì)算公式如下。

公式（4）中：表示運(yùn)檢動(dòng)態(tài)基線的檢修周期；表示檢修周期下的檢修成本；表示故障導(dǎo)致的損失。

通過(guò)上述步驟，構(gòu)建一個(gè)動(dòng)態(tài)的繼電保護(hù)設(shè)備運(yùn)檢基線根據(jù)設(shè)備的實(shí)時(shí)狀態(tài)預(yù)測(cè)故障概率，優(yōu)化檢修周期，提高設(shè)備的可靠性和運(yùn)維效率。

3設(shè)備運(yùn)行主動(dòng)式綜合防誤技術(shù)

在設(shè)備運(yùn)行主動(dòng)式綜合防誤技術(shù)設(shè)計(jì)中，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、預(yù)測(cè)分析以及與主動(dòng)干預(yù)，防止繼電保護(hù)設(shè)備發(fā)生誤動(dòng)作或故障。此過(guò)程如下圖1所示。

基于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，利用機(jī)器學(xué)習(xí)訓(xùn)練繼電保護(hù)設(shè)備在運(yùn)行中的樣本數(shù)據(jù)，并評(píng)估設(shè)備運(yùn)維中風(fēng)險(xiǎn)行為評(píng)估，此過(guò)程如下計(jì)算公式所示。

公式（5）中：表示設(shè)備運(yùn)維中風(fēng)險(xiǎn)行為的評(píng)估；表示時(shí)間段。

基于故障預(yù)測(cè)和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果，假設(shè)存在一個(gè)干預(yù)決策函數(shù)，根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)值決定是否需要采取干預(yù)措施。，計(jì)算公式如下。

公式（6）中：是一個(gè)二元變量；表示干預(yù)決策函數(shù)。

4對(duì)比實(shí)驗(yàn)

4.1實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

本次實(shí)驗(yàn)選擇智能變電站作為研究試點(diǎn)。該變電站位于經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的華東地區(qū)，是該區(qū)域內(nèi)重要的電力轉(zhuǎn)換和分配樞紐。對(duì)智能變電站繼電保護(hù)設(shè)備的技術(shù)參數(shù)等進(jìn)行分析，如下表1所示。

4.2實(shí)驗(yàn)步驟

根據(jù)智能變電站的實(shí)際情況，涵蓋不同類型的繼電保護(hù)設(shè)備和多種運(yùn)維場(chǎng)景，確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果的普遍性和準(zhǔn)確性。準(zhǔn)備所需的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，并對(duì)應(yīng)用的繼電保護(hù)測(cè)試儀技術(shù)參數(shù)進(jìn)行分析，如表2所示。

在此基礎(chǔ)上，引進(jìn)[wl12] 其他兩種智能變電站中的繼電保護(hù)防誤方法作為對(duì)照組1和對(duì)照組2，同時(shí)應(yīng)用引進(jìn)的方法與本文方法，進(jìn)行繼電保護(hù)設(shè)備運(yùn)維防誤處理。根據(jù)記錄的操作結(jié)果，統(tǒng)計(jì)誤動(dòng)次數(shù)。

4.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

為檢驗(yàn)運(yùn)維防誤方法的有效性，采用誤動(dòng)次數(shù)作為檢驗(yàn)指標(biāo)。通過(guò)模擬真實(shí)的運(yùn)維場(chǎng)景，對(duì)繼電保護(hù)設(shè)備進(jìn)行測(cè)試，記錄每次操作是否導(dǎo)致誤動(dòng)評(píng)估各種方法的優(yōu)劣。統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

對(duì)3種不同的運(yùn)維防誤方法在智能變電站繼電保護(hù)設(shè)備上的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行對(duì)比，得出了以下結(jié)論：對(duì)照組2在實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)出較高的誤動(dòng)次數(shù)，尤其在復(fù)雜運(yùn)維場(chǎng)景下，其防誤效果不盡如人意；相較于對(duì)照組2方法，對(duì)照組1方法在誤動(dòng)次數(shù)上有了顯著降低，但仍存在一定的誤動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)；本文方法展現(xiàn)出了最優(yōu)的防誤性能，其誤動(dòng)次數(shù)均為0，遠(yuǎn)低于其他兩種對(duì)照方法，在各種運(yùn)維場(chǎng)景下均能保持較高的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。

5結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)設(shè)計(jì)包括母線保護(hù)、運(yùn)檢動(dòng)態(tài)基線設(shè)計(jì)與主動(dòng)防誤技術(shù)在內(nèi)的運(yùn)維防誤方法，大幅度提高繼電保護(hù)設(shè)備的智能化程度，有效減少因誤動(dòng)作而引發(fā)的電網(wǎng)事故。展望未來(lái)，隨著技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步，智能變電站的繼電保護(hù)運(yùn)維防誤將更加高效且精準(zhǔn)，為構(gòu)建安全、可靠、智能的現(xiàn)代電網(wǎng)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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