保護定值自動核對技術的研究與探討

王喆 黃海燕

[摘? ? 要]昆明供電局變電運行一所利用保護信息管理系統實現對220 kV變電站新上保護裝置的遠方修改定值工作，并在保護信息管理及保護動態感知兩個系統召喚定值進行一致性結果比對通過，在云南電網范圍內率先實現常規變電站遠方修改保護定值后的“雙確認”，這是昆明供電局在省公司“云核對”技術上對常規變電站遠方修改定值的創新和突破，為提升常規變電站繼電保護工作效率，筑牢電網安全第一道防線打下了堅實的基礎。核對是對電網管理保護工作的一次全面梳理與檢驗，達到了“以核查保安全”的目的。

[關鍵詞]保護;研究;探討

[中圖分類號]TM63 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）07–0–02

Research and Discussion on Automatic Verification of Protection Value

Wang Zhe，Huang Hai-yan

[Abstract]The substation of Kunming Power Supply Bureau uses the protection information management system to modify the fixed value of 220 kV substation protection device， comparing the two system of protection information management and the protection dynamic perception， taking the lead in the system， improving the relay protection efficiency and building the first line of power grid safety. Verification is a comprehensive sorting and inspection of the power grid management and protection work， and achieves the purpose of "verification to ensure safety".

[Keywords]protection; research; discussion

1 壓板投退錯誤風險分析

第一類，與選擇保護啟動判別相量相關或者與選擇定值相關的壓板，一但投退錯誤，將會在很短時間內（十幾分鐘到幾個小時）以非常大的概率發生誤動。代表事件如2003年，某公司220 kVXX變，2號主變由2025開關代2002開關時，沒有正確投退壓板將主變差動保護的判斷電流CT由2002CT切換到主變220 kV側套管CT，4個小時后因為負荷電流變化而導致主變差動誤動作。

第二類，各種保護功能壓板及其跳閘出口壓板，因為大部分的功能和出口正常都是在投入狀態，投退錯誤的，將會在很長時間段里（十幾日甚至幾個月）以很大概率發生拒動導致后備動作，如果是遠后備則擴大事故范圍。例如某供電公司發生的事故，其主變跳開關的出口壓板未投入，超過一個月一直未排雷發現，導致真發生故障發跳閘時拒動，然后后備動作，擴大事故范圍。

第一類壓板事故非常少，但是確實還是有一些，比如低頻低壓減載屛有定值選擇壓板。主要應該要考慮第二類壓板事故。第二類壓板的投退錯誤后的糾錯容錯時間非常長，如果只是在月度檢查的時候靠人力為主的傳統方式，依靠人的責任心和經驗很難發現壓板投退錯誤的情況。基于圖像識別的二次壓板核對技術算是一種探索。另外，結合物聯網技術，實現壓板狀態在線自動核對，是一種較好的發展方向。

2 核對技術創新探究

繼電保護裝置和安全自動裝置是電網安全的重要防線，是構建大電網安全穩定運行立體防御體系的關鍵設備，具有數量基數大、原理復雜、技術環節多、管理鏈條長的特點。例如，繼電保護定值執行分為計算、發布、執行三個環節。在傳統工作方式下，繼電保護人員打印定值清單后，到變電站現場逐條輸入、核對并歸檔。整個過程比較煩瑣，要消耗大量的時間和人力。目前，在繼電保護班組的日常工作中，修改定值工作占全部工作量的30%～50%，且很難保證定值執行準確率達到100%。

隨著社會的發展，人們更加注重電力系統運行的安全問題，繼電保護裝置非常重要，在電力系統中發揮著重要的作用。無論是國內還是國際上的一些實際事件證明，一般的，如果發生停電的范圍較大，且是大型設備引起的故障，其中重要的原因就是繼電保護裝置設置不合理，沒能達到相關的要求。在實際的操作運行中，繼電保護裝置的定值和各項性能指標是在其不運行的狀態下獲得的最大值與最小值，一般在運行中不進行調整。可是，在系統實際的運行過程中，系統的運作不斷發生變化，特別是在比較特殊的運作情況下，系統中設定的一些固定的標準與數據有可能不夠靈敏，同時也不符合當時的運行狀況，這樣就有可能增加發生安全隱患的可能。數據或者標準如果不能及時調整或者變化，就有可能發生更大規模的停電事故。所以，要真正保證電力系統安全有序的運行，引進與采用了在線校核的方式與程序。所謂的在線校核就是指以實際的運行數據與依據，對實時的運行狀況進行針對性的保護性能的核準，從而能夠保證系統運行的安全性。隨著人們生活質量的提高，人們對電力電網的質量要求也越來越高，在電力工程中已經建設了電網專有的數據傳輸系統和電網自動調節系統，系統能夠對電網實際的運行數據與信息進行比較詳細的記錄與采集，從而為在線校核準備了數據依據。并且，當前計算機技術水平不斷提高，硬件也日益發展，這就使軟件開發變得快捷且便利。在上述這樣的環境下，給在線校核提供了可靠的依據與前提，并保證了外部條件的充足。

實現圖像識別節點接口開發調試及聯合調試。保護壓板識別核對APP制作基于深度學習的大數據圖像識別、機器視覺應用、視覺檢測質量管理、圖形圖像處理等應用領域的研究和開發，為工業裝備裝上“大腦”和“眼睛”。

開發的X光、可見光、紅外工業保護壓板識別核對APP系統，集成了圖像處理、大數據、特征提取、智能識別的專業算法，為工業智能視覺、無損檢測、工業探傷、結構分析等應用提供完整解決方案。實現復雜環境背景下，高識別率、高精度、高效率、全自動圖像特征的檢測和識別。

在APP上只要用攝像頭掃一下變電設備條碼，變電設備相關信息和質量抽檢結果就會在屏幕上顯示，并提示一些高檔變電設備的鑒別方法，現場驗收可以據此來甄別手中的變電設備真假。

電力系統中所具有的網絡拓撲功能實際上就是指對網絡結構的搜索功能。在很多應用程序中，繼電保護的定值都是以網絡結點的導納矩陣為基礎的，所以對于繼電保護的定值在線整定首先要解決的問題就是看其網絡的接線能否建立導納矩陣，但是這些矩陣不是單獨存在的，而是對于每一個矩陣的子系統都要進行分別的計算，這就要對子系統進行搜索，此時運用了電力系統的中的網絡拓撲功能。網絡拓撲所包含的系統設備有很多種，其根本的任務就是對系統設備中的開關、母線、發電機等進行連通性的識別，對開關信息的變化進行在線處理。自動劃分子系統的數量和計算用的結點數，以此形成新的網絡接線，為有關的應用程序提供這種新網絡接線中的信息和數據。通過網絡拓撲所具有的任務就能發現，網絡拓撲能夠快速、準確的對大量的繼電保護定值進行復雜的邏輯運算，同時還能提供在線潮流、短路電流的在線計算和在線狀態下定值的估計，對于繼電保護定值的在線整定具有很強的實用性。

傳統保護定值修改工作至少需要半天至一天的時間，工作過程枯燥、費時費力、出錯幾率大，且難以保證執行定值的準確率。保護裝置本身均具備遠方修改定值功能，且保護信息管理系統可以實現遠方修改定值同時召喚定值進行一次定值核對功能，但云南電網范圍內遲遲未找到另外一種確認手段，無法滿足《安規》要求的遙控后的兩個指示同時發生相應變化，這也成為困擾保護專業多年的技術難題。今年公司為解決常規站保護信息子站聯通率低的問題，試點開展了兩座變電站繼電保護動態感知系統的安裝調試，此系統可將現場保護裝置的打印報告通過采集裝置上送主站系統，在考慮到打印報告會包含現場裝置的定值清單后，昆明供電局主動試點，確定此系統作為保護定值的另一種確認手段進行研發，通過對打印報告進行解析即現了對現場裝置定值的再次確認。有了確認手段，后面攻克的難點就在于如何才能讓裝置在僅定值更改就可自動打印，調控中心、運檢部、變電檢修中心多次邀請電科院及保護廠家進行研討，并在大楊站新上南瑞繼保一套保護裝置完成研發試點，最終實現了保護修改定值后的裝置自動打印。

3 定值識別研制過程

物聯網（IoT，Internet of Things）是對互聯網的延伸和擴展，通過將各種信息傳感設備與互聯網結合，形成一個巨大的實體網絡，實現跨越時間、空間、人、機、物的互聯互通。隨著物聯網在不同領域中的運用逐漸成熟，物聯網已經與人們的日常生活息息相關。新的物聯網模式可以優化原有的流程，簡化很多工作環節。

以日常家庭生活最常見的交電費為例，在過去，交電費這件事的效率是非常低的。電力公司需要定期派專人到每家每戶保護定值圖像識別的數據，核對歷史數據和使用數據，將數據進行整理后，每個住戶再按期進行交費。由于老電表建設分布在每家每戶，電力公司統一管理是一件難度巨大的事，而如果嘗試直接將老電表更換為更先進的智慧電表，又是個耗費財力的大工程。

外掛式設備能夠在老電表的基礎上，直接為老電表進行功能升級，通過引入物聯網技術，“入戶難、成本高、效率低”等問題，得到了優化和改善。智能圖像識別保護定值圖像識別設備，保護定值圖像識別為某通訊企業研發設計了一款智能圖像識別保護定值圖像識別終端，該終端是一款“物聯感”十足的產品，采用外掛式集成結構，無需更換電表，直接在原有電表的基礎上實現“云-管-端”，實現電表和工作人員之間的遠程操作，優化電務管理工作。

應用層的設備是物聯網中重要的一環。，智能保護定值圖像識別產品保護定值圖像識別在正式開展該款產品的設計工作之前，對智能保護定值圖像識別解決方案進行了詳盡的研究。通過設計工作，需要解決以下4個難點：尺寸與電表兼容，外觀契合且不應過于笨重;應對不同安裝環境，有多種安裝方式;具備極佳的防水、防塵能力，可適應惡劣的工作環境;能長時間緊密的附著在電表上，無設備掉落的風險。

3.1 外觀、結構設計

帶著明確的設計目標，外觀設計團隊先后展開了三輪設計方案推導工作，最終確定的方案以簡潔、可實現為基調，外觀簡潔大方。固定夾部分采用弧線設計，合理增加了架子與電表的接觸面積，使固定的摩擦力更大。電池蓋可拆卸，用一顆螺絲固定，方便拆卸、安裝。

3.2 硬件研發

硬件系統中包含了多個模塊，保護定值圖像識別硬件研發團隊根據產品已確定的功能需求及結構設計，依次對各個硬件模塊展開設計工作。

電源模塊，考慮到電量耗盡風險因素，綜合充電及電池供電方式。保證在每天拍一張圖片的情況下，能夠支持機器使用3～5年，并帶有低電量自動上報功能。

通訊模塊，根據應用需求設計了中國移動NB-IoT、中國電信NB-IoT、GPRS三種通信選型，并可做到靈活更換，保證任何環境下數據可傳輸，每照片傳輸時長小于150s。

鏡頭模塊，鏡頭能保證使用信息的上傳，因此清晰度十分重要。選取合適的鏡頭，搭配補光方案。

防盜模塊，增加防盜感應，保證機器的安全性。

組裝方式及材料選型，采用后裝模式，掛于電表外側，采用卡接方式。選擇合適的機器外殼材料，保證阻燃性，適應溫度變化，同時能夠防靜電防電磁干擾。

3.3 軟件功能實現

前期調研及硬件設計工作階段解決了產品實現的問題，接下來就是與產品相匹配的軟件開發工作。嵌入式軟件的開發需要與產品屬性及功能完美適配，與產品功能的實現息息相關。此次軟件開發工作規劃了五大功能，包含保護定值圖像識別規則、紅外通訊、設備監控，數據管理等功能，可以更好地輔助硬件實現產品功能。

通過本次研發，保護定值圖像識別最終為變電工作人員交付了成熟的產品，該產品可以作為智慧電力管理過程中的有力助手，用新技術和新形式為傳統的電力管理工作賦能。

4 結語

保護定值的“雙確認”解決了傳統繼電保護作業的技術難題，錦上添花的是還通過調控云系統的保護定值校核模塊，對兩個系統的定值數據進行同步解析，實現了“云端自動校核”。“雙確認”+“云校核”的工作模式應用后，大幅提高了電網繼電保護裝置修改定值的工作效率及工作質量，同時定值安全性也得到了重要保障。

參考文獻

[1] 劉高明.保護定值在線校核系統快速算法的研究[D].北京：華北電力大學，2014.

[2] 宋東明，吳鵬，呂俊紅，等.保護定值自動輸入和核對技術探究[J].科技創新導報，2020（20）：56.