智能變電站繼電保護運維防誤技術(shù)分析

黃梓華，鄭劍毅，翟博龍，周成龍，吳 桐，方詩卉

（1.國網(wǎng)廈門供電公司，福建 廈門 361000；2.國網(wǎng)福建省電力有限公司，福建 福州 350003）

0 引 言

智能變電站作為一種先進、可靠、低碳環(huán)保的變電站建設(shè)形式，具備自主性強和應(yīng)用功能豐富的特點，可以通過信息技術(shù)實現(xiàn)遠程監(jiān)測和管理，極大提升了變電站運維檢修人員的操作靈活性[1]。智能變電站是基于信息技術(shù)科學化的產(chǎn)物，具備強大的自控能力和高度的智能化。我國已經(jīng)對智能變電站展開了研究，但由于缺乏實際應(yīng)用分析，運維防誤的及時率較低，存在局限性。因此，需要不斷完善傳統(tǒng)智能變電站繼電保護管理與運維防誤技術(shù)，進一步提高管理運維防誤的及時性。通過完善現(xiàn)有關(guān)鍵技術(shù)，有助于提高智能變電站繼電保護和運維的安全性與效能，從而實現(xiàn)智能變電站的安全與穩(wěn)定運行。研發(fā)繼電保護運維防誤技術(shù)對智慧變電站的建設(shè)與運維具有重要的實際意義，有助于更好地推動智能變電站技術(shù)的進一步應(yīng)用。

1 變電站防誤系統(tǒng)概述

變電站防誤系統(tǒng)是保護和控制電力變電站運行的關(guān)鍵，能夠預防和降低誤操作和其他潛在風險導致的故障[2]。該系統(tǒng)整合了多種技術(shù)和設(shè)備，以確保變電站的安全和可靠運行，同時使用傳感器、監(jiān)控裝置和檢測設(shè)備，監(jiān)測和檢測變電站的各種參數(shù)信息，包括電流、電壓、頻率、溫度以及其他相關(guān)數(shù)據(jù)。系統(tǒng)可以通過實時監(jiān)測和檢測功能及時發(fā)現(xiàn)異常情況，并采取相應(yīng)措施。

變電站防誤系統(tǒng)具有多種保護功能，以防止設(shè)備過載、短路、接地故障以及其他故障。同時，該系統(tǒng)可以通過使用保護繼電器、斷路器及接地開關(guān)等設(shè)備監(jiān)控和保護電力系統(tǒng)，以確保設(shè)備和人員的安全。此外，通過自動控制和操作設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)變電站的有效管理，可以監(jiān)測和控制電源、開關(guān)設(shè)備、繼電器以及其他關(guān)鍵組件，以確保這些組件按照預定的操作程序運行。

當變電站防誤系統(tǒng)檢測到異常情況或潛在的故障時，可以通過聲音警報、顯示屏信息、短信或電子郵件通知等方式發(fā)出警報并通知相關(guān)人員，從而幫助操作人員采取適當?shù)拇胧┻M行預防[3]。變電站防誤系統(tǒng)通常還具有數(shù)據(jù)記錄和分析功能，可以記錄關(guān)鍵參數(shù)的歷史數(shù)據(jù)，并通過分析這些數(shù)據(jù)識別潛在的問題和趨勢，有助于改進變電站的運行和維護策略，提高其可靠性和效率。

2 智能變電站繼電保護運維防誤的關(guān)鍵點

隨著技術(shù)的進步，人們對變電站安全性的要求日益提升，尤其是迎峰度夏期間，當變電站處于高負荷運行狀態(tài)且容錯率降低時，更需要注意避免人為事故的發(fā)生。該背景下，需要對站內(nèi)運維檢修人員和遠端調(diào)度值班臺人員的操作行為采取一些措施，以加強對智能變電站的監(jiān)控與管理，并制定一套嚴格的監(jiān)管機制，確保措施能夠有效執(zhí)行，進一步保障智能變電站處于正常運行且可控的狀態(tài)。同時，需要進一步利用智能變電站內(nèi)基于不間斷電源系統(tǒng)供電的數(shù)據(jù)采集、事故預警和故障分析診斷系統(tǒng)，收集、處理、分析以及呈現(xiàn)繼電保護運行過程的各類信息，從而有效控制和預警繼電保護的故障。此外，通過收集和整合系統(tǒng)的各種信息，發(fā)現(xiàn)并解決系統(tǒng)的安全隱患。

3 智能變電站繼電保護運維防誤技術(shù)

針對智能變電站繼電保護的運維防誤要求，探索了一種新的防誤技術(shù)，以保護繼電保護設(shè)備免受誤操作的影響。運維防誤技術(shù)可以分為3 個階段，每一階段都有其獨特的優(yōu)勢，以滿足不同變電站的運維要求。

3.1 計算智能變電站運維動態(tài)基線

為解決智能變電站繼電保護數(shù)據(jù)量龐大的問題，使用了一種新的方法來處理這些數(shù)據(jù)。為能夠更好地獲得繼電保護實時運行的狀態(tài)信息，引進了變換的基線原理，進一步修正計算誤差，減少操作錯誤，從而有效提高繼電保護運維的準確性[4]。同時，經(jīng)過深入研究，提出了一種新的可以實現(xiàn)動態(tài)化的基線計算方法，如圖1 所示。

圖1 智能變電站繼電保護運維防誤動態(tài)基線計算過程

根據(jù)圖1 內(nèi)容可知，基線算法的具體流程如下：首先，確定可用于繼電保護運維的資源數(shù)量n；其次，在n個資源中確定符合要求并可用于防誤的資源數(shù)量p；最后，計算動態(tài)化極限的值D，用于確定運維防誤的基線。相應(yīng)的計算公式為

式中：E表示實際計算得出的數(shù)字和預測的數(shù)字之間的差異；y表示運維數(shù)據(jù)集合；q表示不同種類數(shù)據(jù)的權(quán)重系數(shù)，且為常數(shù)。通過求解式（1），可以獲取峰值的數(shù)字和谷值的數(shù)字，確定包絡(luò)范圍，并將其用于分析繼電保護運維的準確性[5]。

3.2 變電站運維防誤數(shù)據(jù)的管理

由式（1）的計算獲取動態(tài)基線，并利用地理信息管理系統(tǒng)（ Geographic Information Management System，GIMS）技術(shù)，將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為在數(shù)字世界擁有獨特身份認證的網(wǎng)際互連協(xié)議（Internet Protocol，IP）碼，作為智能變電站繼電保護運維防誤資源的唯一標識。采用GIMS 技術(shù)和圖形化組件對這些數(shù)據(jù)進行可視化展示，從而有效檢測、記錄、存儲、統(tǒng)計以及管理這些智能變電站的繼電保護運維數(shù)據(jù)。此外，GIMS 可以提供便捷的查詢和服務(wù)管理功能，幫助使用者高效完成智能變電站繼電保護防誤操作。

3.3 智能變電站繼電保護運維防誤技術(shù)可視化功能的實現(xiàn)

依照智能變電站繼電保護運維防誤流程，可視化時，一方面收集系統(tǒng)的故障信息，并將這些信息轉(zhuǎn)換成圖形，以便更好地分析故障原因，提高系統(tǒng)的效率。另一方面，采用“峰值-谷值”作為運維動態(tài)基線，并采用Min-Max 線性縮放歸一化處理智能變電站繼電保護運維防誤特征數(shù)據(jù)。具體的實現(xiàn)過程可用公式表示為

式中：G表示歸一化處理后的值；O表示原始智能變電站繼電保護運維防誤特征數(shù)據(jù)集中的值；Mmax和Mmin分別表示運維動態(tài)基線中需要歸一化的峰值和谷值。

原始特征值指智能變電站繼電保護運維防誤特征的原始數(shù)據(jù)值，最小值是該特征在數(shù)據(jù)集中的最小值，最大值是該特征在數(shù)據(jù)集中的最大值。通過式（2），將特征值縮放到[0，1]，以便進行統(tǒng)計分析和比較。

式（2）的歸一化處理，能夠進一步將智能變電站繼電保護運維防誤特征數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為圖像集，在實現(xiàn)可視化效果的同時，壓縮運維防誤圖像數(shù)據(jù)的大小，有效提升變電站的防誤效率，依照其運維防誤技術(shù)的特征圖像得到防誤結(jié)果[6]。

4 實例分析

4.1 實驗準備

將某座智能變電站作為研究對象展開實例分析。通過采用萬兆位路由協(xié)調(diào)控制器增強數(shù)據(jù)采集性能，同時精心設(shè)定計算機的操作流程和其他必要的參數(shù)。按照嚴格的規(guī)范，將試驗計算機與站內(nèi)站控層網(wǎng)絡(luò)進行有效連接，以便實現(xiàn)站內(nèi)不同位置的數(shù)據(jù)資源共享，進而構(gòu)筑一座完善的智慧型變電站，以實現(xiàn)繼電保護和運維的有效防誤。監(jiān)測數(shù)據(jù)樣例的部分統(tǒng)計數(shù)據(jù)如表1 所示。

表1 監(jiān)測數(shù)據(jù)樣例的部分統(tǒng)計數(shù)據(jù)

根據(jù)表1 的監(jiān)測記錄，先用專業(yè)軟件對使用傳統(tǒng)運維防誤技術(shù)進行智能變電站繼電保護運維防誤的效果進行及時率的記錄與評估作為對照組。同時，記錄與評估提出的運維防誤技術(shù)進行智能變電站繼電保護運維防誤的及時率作為實驗組。

4.2 結(jié)果分析

根據(jù)實驗結(jié)果，匯總有關(guān)運維防誤及時率的數(shù)據(jù)，如表2 所示。通過表2 的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，采用提出的智能變電站繼電保護運維防誤技術(shù)能夠顯著提高防誤及時率，從而提高了智能變電站繼電保護運維防誤的效率。因此，該技術(shù)具有較高的推廣及應(yīng)用價值。

表2 運維防誤及時率對比表

5 結(jié) 論

經(jīng)過深入分析和探索，提出的運維防誤技術(shù)能夠有效地發(fā)揮其防誤效能，使智能變電站的繼電保護運維始終處于高效、安全運行的狀態(tài)。隨著科學技術(shù)的不斷推動，有必要更多地利用先進的設(shè)計理念改善智能變電站的繼電保護運維防誤技術(shù)，以期達到更好的效果。目前，盡管已有許多關(guān)于運維防誤技術(shù)的研究，但是依然面臨著許多挑戰(zhàn)。未來將深入研究智能變電站，不斷優(yōu)化和完善設(shè)計，以期望能夠更好地滿足日益增長的變電站的安全性和可靠性要求。