基于改進學習算法的變電站繼電器運行維護方法

段軍霞

（武漢供電公司變電運維分公司，湖北武漢,430000）

0 引言

變電站繼電器是利用可變的電流控制機器的器件，按照規定輸入電流，以此控制變電站繼電器的運行。當長時間保持電流輸入變少時，變電站繼電器恢復到初始形態，這時需要運行維護。變電站繼電器主要用于電力系統，保護與控制變壓器、斷路器、隔離開關等變電設備。變電站繼電器至關重要，若其運行出現問題，將導致整個電力系統故障，甚至是電力癱瘓。變電站繼電器的維護需要了解變電站繼電器的類型和整個配電系統，常見的運行維護方法存在如下問題。第一，變電站繼電器本身存在隱患。比如變電站繼電器在運行時，輕微漏電，隨著用電次數增加，漏電變多，常見的運行維護方法并不能實時檢查，在維護過程中，會因為漏電而引發短路；變電站繼電器的接線松動，導致內部線路受潮或老化速度加快，而常見的維護方法是更換設備，增加成本的同時，降低效率。第二，學習算法較為悠久，傳統的學習算法是微網算法，在變電站繼電器的運行維護中廣泛應用[1]。但是，其成本較高，代價較大，是維護人員比較頭疼的一點。馬成鵬[2]對常規的信號繼電器的應用電路以及常見的故障形態進行了分析介紹，并為了保證變電站的穩定運行，采取有效的措施來應對和解決因使用時間的延長引起的繼電器故障。張冉[3]詳細分析35kV變電站常見的故障類型為跳閘故障、電纜線路故障和電磁干擾，并提出了相應的維護策略。但上述運行維護方法準確率均較低，只略高于算法準確率的最低標準。所以改進學習算法勢在必行，在提高準確率的同時降低成本，是設計變電站繼電器運行維護方法的基本目標。在了解各個變電設備的保護裝置的基礎上，分析變電站繼電器的維護現狀，設置出適合變電站繼電器的維護環境，基于改進學習算法制定變電站繼電器運行流程，并構建完整的變電站繼電器運行維護體系，在一次維護的基礎上，進行二次維護。經實驗驗證可知，本文改進的學習算法相比傳統方法可以降低成本，并具有很高的實用性。

1 基于改進學習算法的變電站繼電器運行維護方法設計

1.1 設置變電站繼電器的維護環境

設置新的維護環境。首先，了解各個變電設備的保護裝置的基礎上，分析變電站繼電器的維護現狀，設置出變電站繼電器的維護環境。這種設置方法利用的是變電設備的維護經驗，而不是傳統的檢修變電站繼電器，將吸取多方經驗，不斷地調整變電站繼電器維護環境。其次，在變電站繼電器應用于電力系統過程中，維護人員要在電路系統中投入專屬空氣開關，或者投入出口熔斷，再輔以設置后的變電站繼電器的維護環境，當變電站繼電器需要維護時，變電設備可以通過空氣開關控制自動斷開。最后，在設置變電站繼電器的維護環境時，保護裝置也需要設置空氣開關或者熔斷器，所以對維護人員的技術要求也比較高。

在實際的變電站運行維護工作，在執行技術維護的措施上存在差異。為了反映整個變電站繼電器運行維護的效果，對變電站繼電器運行維護方法進行分析，為變電站繼電器維護技術的實施提供參考。 在整個變電站的運行過程中，為技術控制確定應用標準和規范是非常必要的。 由于智能變電站運行中采用二次回路光纖網絡代替電纜連接傳輸，沒有物理終端和物理連接線，實現了變電站繼電傳輸的虛擬施工傳輸，因此存在明顯差異。整個繼電器的虛擬傳輸范圍大，在SV接收板存儲期間，軟壓板的控制能量變化很大。為了實現變電站轉移控制的虛擬運行，變電站應用的維護和預防性運行處理分析可以在變電站維護和運行處理分析過程中提高變電站的運行效果，具有重要意義。在各個變電設備與電力系統的維護中，將每次維護的經驗做出總結，為了提高設備在控制和檢查過程中的整體控制效果，相關人員需要改進設備傳輸控制的技術控制，并采用專用儀器進行可視化操作。設置出適合變電站繼電器的維護環境，對于保障變電站繼電器的運行有著深遠的意義。

1.2 制定變電站繼電器運行流程

傳統的變電站繼電器的運行流程為：記錄日常運行時間與運行狀態，并定時更新變電站繼電器的運行模式；通過運行管理界面，將運行狀態、運行時間等信息錄入運行手冊，并保存到相應界面，實現變電站繼電器的實時運行模式。

本文制定的變電站繼電器的運行維護方法，是基于改進學習算法的變電站繼電器運行維護方法，以實現低成本為目標，具體流程圖如圖1所示。

圖1 基于改進算法的變電站繼電器運行流程圖

首先，設置變電站繼電器的維護環境，確保技術人員的維護能力；其次，制定出運行流程，遵守該流程，確保變電站繼電器的正常運行，在此過程中需要技術人員按照運行流程執行；再次，基于改進算法，構建出完整的運行維護體系，從根源上解除變電站繼電器的故障可能；最后，在傳統方法的一次維護基礎上，進行變電站繼電器的二次維護，提高變電站繼電器的運行壽命。

1.3 基于改進算法構建變電站繼電器運行維護體系

基于改進算法，構建出一個完整的變電站繼電器運行維護體系。一方面，從維護對象可知，需要跨間隔維護、跨位置維護、內部維護等維護方法，通過檢測變電站繼電器的運行狀態，統一維護，化繁為簡。另一方面，改進后的學習算法是以低成本為基礎，高準確率為前提，改善運行維護方法為目的，再將改進后的學習算法代入進構建的運行維護體系中，理論上比傳統的微網算法有更高的實用性。從這兩方面改善傳統方法的高成本問題。

傳統的變電站繼電器的運行維護算法較為悠久，是在當時的背景下設計的，不符合當下的運行維護方法，傳統算法如式（1）所示。

式中，FCost為微網算法的運行維護成本；N為變電站繼電器電源的總數目；Fi(Pi)為相應電源的成本表達式；FOMi(Pi)為相應變電站繼電器的運行維護成本表達式FOMi(Pi)=kPi，k為不同種類變電站繼電器的運行維護成本系數，針對不同種類的微網算法的變電站繼電器運行維護方法，k的取值不同；Pi為第i個變電站繼電器的輸出功率。其中Fi(Pi)、FOMi(Pi)都是相應變電站繼電器出力Pi的函數。

隨著時代的進步，運行維護方法的學習算法也需要改進，基于此，構建出改進算法的變電站繼電器運行維護體系。改進算法如式（2）所示。

式中，M為改進算法的運行維護方法類型；jα為相應改進算法運行維護方法的折算系數，元/kg；EFi,j為第i個改進算法的變電站繼電器的運行維護產生的第j種變電站繼電器的運行維護成本，元/kW。

首先，改進算法后的運行維護體系需要通過各個位置上的傳感器、并聯器、交換器、變電器等器件，完成運行與維護[4]。其次，構建改進算法后運行維護的信息包括變電站繼電器的運行信息、運行狀態、維護設備信息，以及網絡維護信息等。最后，分析每次維護的裝置或位置，并在以后的變電站繼電器投入之初，檢查相應經常損壞的位置，從根源上解除變電站繼電器的故障可能。

1.4 進行變電站繼電器二次維護

傳統的微網算法中，變電站繼電器只做一次維護，而且是較為草率的，只專注于維護受損處，對其他可能出現的問題不考慮，導致反復維護，反復受損，最終出現報廢的情況。對變電站繼電器而言，其成本較高，若提高變電站繼電器的使用壽命，將會減少更換的支出，節省下來的成本，最少是幾百元，最多是幾萬元，這對整個電力系統的影響都是巨大的。更何況，一個優質的變電站繼電器被正確使用的價值，遠遠超過這幾萬元[5]。從上述文章中，可以看出，維護原因多種多樣，維護時間也參差不齊，對變電站繼電器的運行造成了不良的影響。二次維護變電站繼電器很有必要。首先，加強變電站繼電器的選型。一般情況下，變電站繼電器的推出都會召開展示會，在展示會中，對其運行方式、維護方法、具體能力，以及使用壽命都會作出展示，可以在展示會上嚴格把關，挑選合適的選型。其次，在二次維護過程中，加強一次維護的變電站繼電器的驗收。一次維護后，變電站繼電器的定值是否嚴格遵守相關規定，電壓、功率是否合格，是否有漏電的隱患，并且針對該隱患進行二次維護，確保變電站繼電器的良好運行模式。最后，在二次維護中，加強對變電站繼電器的運行環境檢查，對其作出防水、防火、防塵，以及防蟲等相關措施。一次維護中，對受損處的關注較多，二次維護就要加強其防范措施[6]。二次維護后變電站繼電器的運行壽命將會提高。

2 實驗分析

2.1 實驗準備

此次實驗以某變電站繼電器室在一個月內運行維護成本為例，IEC61850和GOOSE/SV配置等全站數據配置都可以通過變電站SCD文件向運行維護系統導入，并將所有數據存入運行維護體系中，為后續的監測和分析提供準確的數據。在一個月運行維護成本中隨機抽取8個樣品，分為四組，每組兩個樣品，分別用基于微網算法的運行維護方法，與本文改進算法后的運行維護方法，兩種方法作對比實驗，驗證本文改進算法后，變電站繼電器運行維護方法的成本是否合理。

2.2 實驗結果

根據此次試驗選擇的樣本在一個月運行維護成本來看，本文改進算法后變電站繼電器運行維護方法的成本，遠遠低于基于微網算法的運行維護方法的成本，具體實驗結果如圖2所示。

圖2 兩種運行維護方法成本對比

由圖2可知，隨機選擇的樣品，一組、二組、三組、四組在改進算法后，運行維護方法的成本都遠遠低于傳統的方法，且維護成本都不超過兩千元，而微網方法的運行維護成本均在六千元左右。所以，相對于傳統的微網方法而言，改進算法后的運行維護方法更具有實用意義。這是因為改進學習算法后的運行維護方法在一次維護的基礎上，進行二次維護，確保變電站繼電器不受外界環境的影響，發生反復維護的不良后果，加強一次維護的變電站繼電器的驗收，確保其良好運行。

3 結束語

變電站繼電器是控制與保護電力系統的變電設備，通過上述實驗可知，基于改進學習算法的變電站繼電器運行維護方法設計，具有很高的實用性，其降低的成本對整個電力系統的運行維護方法都是一項重大的突破。如果維護人員在維護變電站繼電器時，先不斷調整變電站繼電器的維護環境，并嚴格遵守變電站繼電器的運行流程，再利用改進算法構建出變電站繼電器的運行維護體系，最后二次維護變電站繼電器，將傳統的運行維護方法化繁為簡，降低成本。但要實現本文設計出的方法，可以在本次實驗降低成本的基礎上，再完善相關指標，不斷突破變電站繼電器的運行維護方法。