基于錄波數(shù)據(jù)的故障線路自動選取方法

摘要：提出了一種基于錄波數(shù)據(jù)的故障線路自動選取方法，該方法克服了母線參數(shù)錯配、零序電流反接、狀態(tài)量信號不全、故障基準點選取難度高及受變電站試驗影響干擾大等一系列難題，能有效適應我國變電站無人值守和調控一體化的智能管理模式，大幅提高了故障線路判定的準確度，為調控人員迅速制定應急預案及采取恢復供電措施提供決策支持。

關鍵詞：輸電線路;錄波數(shù)據(jù);故障判定;決策支持

0 引言

輸電線路分布廣泛，是發(fā)生電網(wǎng)故障頻次最高的部分，因此，能否及時、準確地判定故障線路成為影響輸電可靠性的核心因素之一，一旦出現(xiàn)輸電線路故障誤判或漏判情況，將對事故處置和恢復供電造成難以估量的后果。作為變電站運行記錄的“黑匣子”，每臺錄波器可同時對多條線路進行監(jiān)視，當線路出現(xiàn)故障時，形成短路效應，相關電氣量數(shù)據(jù)會被錄波器記錄并自動上傳到調控管理系統(tǒng)，基于錄波數(shù)據(jù)對故障線路進行各種場景下的精確判定，可以為調控人員快速制定應急預案及采取查線消缺措施提供決策支持。

1 輸電線路故障信號特征及判定原理

1.1? ? 故障信號特征及判定原理

輸電線路故障典型特征量信號示意圖如圖1所示。T0時刻線路處在正常負荷狀態(tài)，Tn時刻為故障起始點，該線路配備的保護于Tb時刻發(fā)出動作信號，斷路器收到動作信號后于Tc時刻跳閘，至Tm時刻線路上的故障相負荷被切除，電流信號為0。

工程運用中對目標線路進行故障判定的原理如圖2所示，需滿足兩項條件：

（1）線路故障發(fā)生在區(qū)內。即故障測距定位的距離點應在目標線路全長范圍內，不得超過全長或落在反方向上（即距離點的數(shù)值為負）。

（2）斷路器跳閘。線路一旦發(fā)生故障，目標線路配備的保護發(fā)出動作信號，啟動斷路器跳閘，切除線路上的故障相負荷電流。

區(qū)內故障的判定基于錄波數(shù)據(jù)中線路模擬量信號特征，斷路器跳閘的判定基于錄波數(shù)據(jù)中為目標線路配備的斷路器跳閘狀態(tài)量信號變位。

錄波數(shù)據(jù)中，判定線路區(qū)內故障的模擬量信號特征依賴于相關參數(shù)配置是否與實際配置相符，其中影響權重較大的參數(shù)有3項：

（1）線路所掛接的母線參數(shù)是否正確;

（2）零序模擬量信號是否存在反接現(xiàn)象;

（3）故障測距定位所依賴的基準點選取是否合理。

1.2? ? 目前存在的技術障礙

基于錄波數(shù)據(jù)對故障線路進行判定，目前面臨的技術問題有：

（1）母線錯配。電網(wǎng)運行方式的調整是隨機的，線路所掛接的母線也會相應調整，但調整后的參數(shù)并不通知錄波器。

（2）零序反接。在電氣施工過程中人為失誤將零序反接，致使信號采集源頭出錯，影響后期對故障線路的判定。

（3）重要狀態(tài)量參數(shù)定義缺失。實際配置中，由于不同廠家錄波器在功能設計上的差異性，與線路密切相關的重要狀態(tài)量信號參數(shù)常常定義不嚴謹，甚至缺失，對故障線路的直觀判定造成麻煩。

（4）故障基準點選取風險高。相鄰時刻各電氣分量數(shù)值離散度非常大，選取不同基準點的測距結果差異明顯，故障基準點的選取往往具有一定的運氣成分，極易導致漏判。

（5）電力系統(tǒng)人員在變電站從事試驗、檢修活動時的仿真數(shù)據(jù)與實際故障數(shù)據(jù)高度相似，甄別難度大。

2 方案設計

針對上述問題，現(xiàn)提出通過母線自動匹配、零序模擬量信號反接智能識別及矯正、采用全模擬量信號判定斷路器跳閘、邊界預期法篩選故障基準點及基于母線電壓擾動特征的防誤閉鎖五步處理方案，解決母線掛接參數(shù)不同步、零序通道反接、關鍵狀態(tài)量配置不全或缺失、故障基準點選錯時風險大、變電站試驗仿真數(shù)據(jù)的有效甄別和防誤閉鎖等問題，基于錄波數(shù)據(jù)的故障線路判定步驟如圖3所示。

該方案特點是能適應電網(wǎng)運行方式的隨機改變，兼容現(xiàn)場電氣施工時極易出現(xiàn)的通道反接現(xiàn)象，避免核心狀態(tài)量信號配置參數(shù)缺失/不全情況下的判定依據(jù)不足問題，克服過去依賴單一故障基準點易發(fā)的自動選線不可靠問題，解除變電站試驗時各種仿真信號的干擾威脅，將輸電線路的故障定位精確到桿塔，緊密契合了電力系統(tǒng)管理和運行特點，具有極強的針對性和適用性。

2.1? ? 母線自動匹配

輸電線路發(fā)生故障時，故障相短路點的電流值急劇增大，電壓值不同程度減小，短路點距離錄波器越近，電壓值減小的幅度越大。在故障持續(xù)時間段內，通過測算故障時電壓值衰減度，可以自動匹配出故障線路所掛接的真實母線。

2.2? ? 零序模擬量信號反接智能識別及矯正

零序模擬量信號反接智能識別及矯正的原理是在任意時刻，母線電壓零序模擬量信號瞬時值Uns=-|Uas+Ubs+Ucs|，線路電流零序模擬量信號瞬時值Ins=|Ias+Ibs+Ics|。其中，Uas、Ubs、Ucs分別為母線A、B、C三相電壓模擬量信號的瞬時值，Ias、Ibs、Ics分別為線路A、B、C三相電流模擬量信號的瞬時值。

鑒于零序模擬量信號是判定接地性質故障的唯一依據(jù)，一旦出現(xiàn)零序反接，如不采取識別和矯正措施，將直接導致故障線路漏判。通過零序模擬量信號的反接自動識別及矯正，還原故障時刻真實的電氣模擬量信號特征，為目標線路的正確判定掃清障礙。

2.3? ? 采用全模擬量信號判定斷路器跳閘

斷路器跳閘發(fā)出的狀態(tài)量變位信號十分關鍵，是判定目標線路發(fā)生故障的必要條件。而工程實際配置中，很多情況下錄波數(shù)據(jù)中并沒有如實、完整地反映斷路器狀態(tài)量配置信息，致使斷路器跳閘信號無法確認，妨礙了故障線路的判定。

線路發(fā)生故障時，短路點電流迅速增大，引起為該線路配備的保護裝置在Tb時刻動作并發(fā)出信號，斷路器收到信號后在Tc時刻跳閘，分斷短路點。跳閘成功后，線路上的故障相負荷在Tm時刻被切除，保持電流為0。

依據(jù)故障相負荷在斷路器跳閘前后的特性原理，可基于全模擬量信號，識別目標線路的故障相電流從增大到變?yōu)?并保持過程的模擬量信號變化特性，可倒推判定斷路器跳閘，從而擺脫對狀態(tài)量信號的依賴，不受其配置參數(shù)出錯、殘缺等因素影響，兼具靈活性和可靠性。

基于全模擬量信號進行斷路器跳閘判定的方法是在時間窗B內，判定目標線路的故障相電流模擬信號瞬時值是否持續(xù)為0，判定成立則表示斷路器跳閘。

2.4? ? 邊界預期法篩選故障基準點

實際計算過程中，不同基準點的選取，測距定位結果也不相同，即使是相鄰時刻的兩個基準點的測距定位結果也有明顯差異，表現(xiàn)出一定的離散性。換句話說，倘若故障基準點的選取不合理，其測距定位結果輕則導致與實際產(chǎn)生偏離，重則超出線路全長，或者落在反方向上，引發(fā)漏報事故。

為消除故障基準點選取不當可能造成的巨大風險，此處采用邊界預期法篩選故障基準點：首先對時間窗A內所有采樣點進行測距定位初算，初算結果落在線路起點至終點兩條邊界以內的，納入基準點備選梯隊，再對這些備選點進行精算，篩選出最佳故障基準點。

邊界預期法篩選故障基準點的優(yōu)勢非常明顯。首先，在初算階段即確保所有候選基準點能使測距定位結果發(fā)生在區(qū)內，避免了過度依賴單個基準點可能引發(fā)的測距定位到區(qū)外或反方向的漏判風險;其次，基于多個基準點測算的結果無疑更逼近真實故障發(fā)生的位置，有利于提升巡線人員查找故障點的效率。

2.5? ? 基于母線電壓擾動特征識別的防誤閉鎖

變電站運維人員對保護裝置、錄波器等進行現(xiàn)場試驗十分常見，設備在投運、定檢、升級和維修情形下都有可能進行現(xiàn)場試驗，試驗產(chǎn)生的仿真數(shù)據(jù)同真實電網(wǎng)故障數(shù)據(jù)極其相似。現(xiàn)場試驗時，為防止誤報，保護裝置可以通過投試驗軟壓板來閉鎖仿真數(shù)據(jù)，而錄波器則沒有這類軟壓板機制，因此，對于錄波數(shù)據(jù)處理來說，現(xiàn)場仿真故障的自動防誤閉鎖措施非常重要。

3 結語

由于電網(wǎng)運行方式復雜，線路出現(xiàn)故障后各種電氣量對調度集控中心的信息處理平臺造成不同程度影響，容易導致漏判或誤判事故的發(fā)生，引發(fā)不可預期的后果。因此，在各式各樣海量錄波信息中排除各種干擾，進行精準故障線路判定，是調控人員迅速查線消缺、恢復供電的技術關鍵。本文所述方法運用于網(wǎng)、省、地各級調控機構的信息處理平臺，能適應大電網(wǎng)運行方式的隨機改變，兼容現(xiàn)場電氣施工常見的通道反接現(xiàn)象，彌補因參數(shù)配置不全時故障判定依據(jù)不足的技術短板，克服過去依賴單個故障基準點易引發(fā)的自動選線不可靠問題，有效避免變電站試驗時各種仿真故障數(shù)據(jù)的干擾，大幅提高了故障線路判定的準確度。

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收稿日期：2020-04-01

作者簡介：王家倫（1976—），男，云南昭通人，助理工程師，從事電力系統(tǒng)繼電保護調試及運維工作。