基于故障錄波數(shù)據(jù)的繼電保護動作特性分析

曹浩鵬，曾子如

（國網(wǎng)湖南省電力有限公司檢修公司，湖南 長沙 410000）

0 引 言

傳統(tǒng)的繼電保護動作特征分析過程中，常采用微機故障錄波裝置，借助對故障電氣量的實時變化情況進行詳細(xì)記錄，為相關(guān)動作特征分析提供數(shù)據(jù)支持。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和電網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜性的變化，該方法很難適應(yīng)現(xiàn)階段繼電保護動作特征分析的需要。因此，分析研究基于故障錄波數(shù)據(jù)的繼電保護動作特性分析具有重要的現(xiàn)實意義。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

基于故障錄波數(shù)據(jù)的繼電保護動作特性分析研究,首先需分析研究故障的相關(guān)數(shù)據(jù)，其次借助不同裝置、不同工作原理通過計算機軟件模擬裝置的動作過程，最后得到直觀和準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)分析結(jié)果[1]。因此，通過故障錄波數(shù)據(jù)的繼電保護動作特性分析可以實現(xiàn)對繼電保護動作不足的完善，有效提升繼電保護的工作效率和工作質(zhì)量。

通常情況下，故障錄波數(shù)據(jù)的機電保護動作特性系統(tǒng)（如圖1所示）包含以下四方面內(nèi)容。

（1）錄波數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換及文件管理：主要是對故障錄波文件中的數(shù)據(jù)進行分析和提取，同時負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)所需格式；

（2）電網(wǎng)故障輔助分析：在進行繼電保護動作特征分析過程中，需要實現(xiàn)自動辨識、故障距離測量等功能，通過電網(wǎng)故障輔助分析為這些功能的實現(xiàn)和數(shù)據(jù)的測量提供輔助工具支持；

（3）故障波形再現(xiàn)及分析：通過對故障波形進行再處理如回放、縮放或打印等，為相關(guān)工作者提供一個可以實現(xiàn)平面分析和完整觀測的界面；

（4）繼電保護動作行為：主要是系統(tǒng)的主要裝置配置，如母線、變壓器和其他線路等。

圖1 “基于故障錄波數(shù)據(jù)的繼電保護動作特性分析系統(tǒng)”結(jié)構(gòu)框圖

2 基于故障錄波的錄波數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換及文件管理分析

作為繼電保護分析系統(tǒng)的重要組成部分，錄波數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換和文件管理是組成系統(tǒng)另外三個部分的基礎(chǔ)[2]。它的主要功能模塊包含錄波文件管理和錄波數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換。

2.1 錄波數(shù)據(jù)文件及格式

（1）頭文件：相關(guān)工作人員在使用該項工具時，借助頭文件可以對系統(tǒng)中的文件數(shù)據(jù)和相關(guān)信息進行全面了解。頭文件一般采用ASCⅡ的格式，借助文字處理編輯形成，能夠?qū)收箱洸ㄟM行詳細(xì)的輔助說明工作。

（2）配置文件：配置文件是對故障錄波的相關(guān)數(shù)據(jù)進行具體說明，同樣是由文字處理編輯而成，可以使計算機的相關(guān)軟件生成ASCⅡ格式的文本文件。配置文件的功能是對計算機軟件中的數(shù)據(jù)進行分離，并從中找出重要信息，幫助計算機在編程時更加便捷地讀取程序。例如：借助配置文件對格式進行固定，以降低計算機在進行編排工作時進行繁雜程序的操作。一般情況下，配置文件中存在多行字符時，可以借助逗號對字段進行區(qū)分。需要注意的是，字段可以存在空白，但逗號的分隔符不能缺少。對于每一行結(jié)尾，常采用回車和換行表示。

（3）數(shù)據(jù)文件：對每個裝置模擬通道中的數(shù)據(jù)按照采集時間的不同進行記錄。數(shù)據(jù)的記錄文件可以分為通過本文編輯格式記錄的數(shù)據(jù)文件和通過二進制方式記錄的數(shù)據(jù)文件。若采用文本編輯格式，每個數(shù)據(jù)之間采用逗號進行分割；如果采用二進制格式，則不需要采用分隔符，因為二進制格式可以對數(shù)據(jù)進行連續(xù)記錄。

（4）信息文件：信息文件主要是對一些額外信息進行記錄，方便相關(guān)使用者在進行系統(tǒng)操作時使用，所以信息文件多是系統(tǒng)工作人員創(chuàng)建。

2.2 錄波文件的管理

通過對錄波文件進行合理管理，可以提升對繼電保護動作特征分析的有效性和準(zhǔn)確性。借助錄波數(shù)據(jù)的格式轉(zhuǎn)換功能，可以更好地實現(xiàn)錄波文件管理模塊的相關(guān)功能[3]。錄波器中，按照時間為標(biāo)準(zhǔn)，對錄入的文件進行命名，可以有效避免錄波文件出現(xiàn)重疊或混淆問題，且可以將同一時間的所有文件放置在同一個錄波器文件夾中，方便相關(guān)工作人員查找。

3 故障錄波數(shù)據(jù)的繼電保護動作特性分析

3.1 基于故障錄波的故障波形再現(xiàn)及分析

（1）為了確保故障錄波數(shù)據(jù)有效顯示，提升故障波形圖的準(zhǔn)確性，對故障波形圖的時間坐標(biāo)處理過程中可以采用無級別縮放的方式；

（2）故障波形圖處理過程中，借助游標(biāo)功能可以快速找出故障波形圖的高峰點和沖突點，為分析提供理論支持；

（3）對再現(xiàn)故障波形圖進行分析過程中，為確保故障波數(shù)據(jù)結(jié)合的緊密性，推動數(shù)據(jù)分析的準(zhǔn)確性，可以對一些故障錄波數(shù)據(jù)進行增加或刪減。

（4）在進行虛擬通道的數(shù)據(jù)分析中，常采用四則運算方法，為波形操作提供了便利條件。

（5）系統(tǒng)可以實現(xiàn)對重要數(shù)據(jù)的存檔保護功能，具有數(shù)據(jù)保存和打印功能。

3.2 給予故障錄波的繼電保護動作行為分析

繼電保護動作是提升電力系統(tǒng)整體運營能力的關(guān)鍵組成部分。因此，在進行故障錄波數(shù)據(jù)的機電保護動作特征分析過程中，需要對波形參數(shù)進行重點分析研究。

（1）需要對電力系統(tǒng)進行分析研究，將正常運行狀態(tài)的波形作為分析研究的標(biāo)準(zhǔn)；

（2）借助浪涌識別算法進行相關(guān)計算過程，對故障波形和信號進行有效識別；

（3）采用形態(tài)學(xué)濾波法對故障波形中出現(xiàn)的干擾信息進行過濾處理，處理后再進行相關(guān)信息數(shù)據(jù)的分析和計算，最終得到電阻數(shù)值。

（4）以上幾點保護動作行為可以有效對電力系統(tǒng)中變電設(shè)備和電壓器進行差動保護，因此借助電阻數(shù)值可以對繼電保護動作進行詳細(xì)有效的分析。

3.3 基于故障錄波的電網(wǎng)故障輔助分析

當(dāng)電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，會產(chǎn)生一些與故障相關(guān)的數(shù)據(jù)信息，這時機電保護裝置通過對數(shù)據(jù)信息的分析研究，可判斷是否需要進行下一步動作。為確保電網(wǎng)故障輔助分析的準(zhǔn)確性，可對故障問題的時間間隔采用繼電保護算法進行計算，分析相關(guān)的電網(wǎng)故障服務(wù)，確定故障問題產(chǎn)生的類型[4]。

4 故障錄波數(shù)據(jù)的繼電保護動作特性實例分析

某電廠是110 kV變電站，采用單回線路接入到220 kV變電站，實現(xiàn)了和主電網(wǎng)的并行。在進行電力線路敷設(shè)過程中地形地貌復(fù)雜，很容易發(fā)生線路故障，給用電客戶帶來影響。因此，可以加入另一條線路110 kV變電站實現(xiàn)雙回并列運行，有效降低故障發(fā)生的幾率。但是，運行過程中還是頻繁發(fā)生故障現(xiàn)象，因此需要借助故障錄波數(shù)據(jù)分析故障原因，找出對應(yīng)的解決方案。

4.1 線路故障分析

故障前系統(tǒng)接線，如圖2所示。由于大雪的影響，導(dǎo)致并網(wǎng)Ⅱ線的B相導(dǎo)線出現(xiàn)架空地線放電，導(dǎo)致并網(wǎng)Ⅱ線B2零序Ⅰ段出現(xiàn)跳閘故障。同時，引發(fā)并網(wǎng)Ⅰ線A2零序Ⅱ段也出現(xiàn)跳閘故障。

圖2 故障前系統(tǒng)接線

4.2 錄波記錄與保護動作行為分析并網(wǎng)Ⅰ線

在主變電站中設(shè)置有故障錄波裝置，可調(diào)取以上故障發(fā)生時的數(shù)據(jù)，相關(guān)的電流記錄如圖3所示。

圖3 電流錄波記錄

通過對電流錄波記錄進行分析，反映出故障性質(zhì)為B相接地的短路故障。進一步分析發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致該變電站頻繁出現(xiàn)故障的原因是零序保護Ⅱ段電流整定值過小。

5 結(jié) 論

電力資源的重要性日益突出，保障電力系統(tǒng)的安全運行也備受關(guān)注。尤其是繼電保護裝置，關(guān)系著整個電力系統(tǒng)的正常運行。因此，相關(guān)工作者需加強自身專業(yè)素質(zhì)，充分了解故障錄波數(shù)據(jù)系統(tǒng)，深入研究繼電保護動作特性，不斷推動我國電力供應(yīng)的可持續(xù)發(fā)展。