智能變電站繼電保護在線監測系統的實現研究

楊盛智 吳偉翔 鐘武仁

摘要：本文以智能變電站繼電保護在線監測系統的設計作為切入點，給出一款適用于常規繼電保護裝置的在線監測系統，對核心內容給予簡述，再以此為基礎，結合應用實例分析該系統的實現，以期為后續實際工作提供參考。

關鍵詞：智能變電站；繼電保護裝置；在線監測系統；降維算法

1.智能變電站繼電保護在線監測系統的設計

1.1監測對象

本次系統設計的主要關注點，是智能變電站繼電保護裝置，在線監測系統的主要監測目標包括四個，即監測對象的溫度、電壓、電流和長期數據。在智能變電站常規工作情況下，各類監測對象的溫度、電壓和電流都是穩定的，如果某一對象出現問題，通過繼電保護裝置在線監測發現其異常，可以及時處理，避免出現事故。長期數據的積累可作為大數據資料，了解該變電站工作的一般性信息，如用電總量、用電增加量等，作為進一步優化工作的基礎[1]。常見的智能變電站溫度監測系統原理如圖1所示。

1.2核心技術

系統設計牽涉到的技術包括通信技術、傳感器技術、單片機技術、智能技術等，限于篇幅無法一一給予介紹，本節重點就智能技術展開分析。智能技術的應用核心是降維訓練法，降維訓練是系統工作科學性和有效性的根本保證。考慮到變電站工作的流程化、故障的規律性特點，本次設計擬采用K近鄰算法提升智能技術的工作性能。要求收集至少2000個工作樣本，每一個樣本涵蓋三個維度信息，即溫度、電壓、電流，所有樣本均為變電站正常工作情況下的樣本（包含極限值）。將所有樣本投入K近鄰算法的定義域內，不同模型與標準K值實現匹配，系統則對匹配情況進行記憶，完成降維訓練。

2.智能變電站繼電保護在線監測系統的實現

2.1應用概況

2016年8月，浙江省某地智能變電站（以下簡稱S站）出現電力火災，經過分析，該火災原因是智能變電站變壓器出現短路導致，由于繼電保護裝置的識別上限過高，未能發現電流異常，導致火災發生。為求應對該問題，管理部門決定進行繼電保護方面的優化，擬采用在線監測系統進行監測工作。系統默認監測對象包括溫度、電壓、電流和長期數據。應用1.2小節的設計理念進行系統設計，默認工作流程為：通過傳感器了解某對象的工作態勢，并以1.5秒為間隔，以有線通信的方式將收集所獲信息傳輸給單片機，由單片機通過模型匹配的方式了解所獲信息是否符合“安全”標準，如果存在異常，則發出警報，由管理人員進行處理，如果嚴重異常，則由繼電保護裝置執行應急操作，切斷電源、規避風險。系統工作的基本原理如圖2所示。

2.2應用過程

S智能變電站建成于2014年5月，技術人員收集了3年零3個月以來的工作資料，共獲取樣本3052件，選取溫度、電壓、電流作為核心對象，構建了2117個標準化工作模型、804個異常模型（報警標準）以及131個危險模型（斷電標準），應用K近鄰算法進行降維訓練，所有訓練工作在4天之內完成，通過單片機保存。為保證系統工作的全面性，采用集中管理、分布式監測的方式進行保護，保護對象包括S智能變電站內的發電機、變壓器、輸電線路和母線。此外，在對溫度、電壓、電流進行在線監測的同時，嵌入內置存儲器，針對所有監測對象的工作值進行記錄。變壓器工作的三類模型基本參數如表1所示

為了解系統工作的有效性，在常規應用的基礎上，額外進行了模擬實驗。模擬實驗通過計算機進行，以參數調整的方式模擬各類異常和危險情況，判定系統辨識的準確性、報警時間以及是否能夠及時切斷電源。最后對系統數據收集的情況進行分析，綜合判定系統的工作能力。常規應用持續3個月，模擬工作共30次，采用單一參數變化、約束條件不變的模式，分別對溫度、電壓和電流進行更改，并保證變電站的供電壓力保持穩定（默認為70%）。

2.3應用結果與分析

常規應用的情況下，智能變電站僅發生一次電壓異常，系統進行了報警作業，經調查是由于雷電攻擊導致線路受損所致，給予處理后變電站恢復工作。模擬實驗方面，所獲數據如表2所示。

常規應用以及模擬實驗的結果表明，系統能夠精準的識別智能變電站種種異常情況，并及時發出警報，其性能良好，可在后續工作中加以應用。實驗的不足之處在于，未能考慮變電站內部物理損壞的情況，同時對于電磁干擾的系數僅取平均值0.12，未能考慮變電站設備嚴重損壞導致漏電、電磁反應情況下強干擾的破壞效應。

總結：

通過分析智能變電站繼電保護在線監測系統的實現，獲取了相關理論內容。繼電保護在現代智能變電站中價值突出，進行在線監測，主要了解繼電保護裝置的溫度、電壓、電流和長期數據四個方面信息，應用的核心技術包括通信技術、智能技術、傳感器技術、單片機技術等，通過機器訓練和模型匹配法進行監測效果分析。應用實例證明了上述理論的可行性，可作為后續工作的參考。

參考文獻：

[1]楊曉西.淺議智能變電站繼電保護二次回路在線監測與故障診斷技術[J].中國新技術新產品，2017（21）：68-69.