智能變電站繼電保護(hù)運(yùn)維防誤技術(shù)分析

黃梓華，鄭劍毅，翟博龍，周成龍，吳 桐，方詩(shī)卉

（1.國(guó)網(wǎng)廈門(mén)供電公司，福建 廈門(mén) 361000；2.國(guó)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(jìn)、可靠、低碳環(huán)保的變電站建設(shè)形式，具備自主性強(qiáng)和應(yīng)用功能豐富的特點(diǎn)，可以通過(guò)信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和管理，極大提升了變電站運(yùn)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(xué)化的產(chǎn)物，具備強(qiáng)大的自控能力和高度的智能化。我國(guó)已經(jīng)對(duì)智能變電站展開(kāi)了研究，但由于缺乏實(shí)際應(yīng)用分析，運(yùn)維防誤的及時(shí)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(hù)管理與運(yùn)維防誤技術(shù)，進(jìn)一步提高管理運(yùn)維防誤的及時(shí)性。通過(guò)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(hù)和運(yùn)維的安全性與效能，從而實(shí)現(xiàn)智能變電站的安全與穩(wěn)定運(yùn)行。研發(fā)繼電保護(hù)運(yùn)維防誤技術(shù)對(duì)智慧變電站的建設(shè)與運(yùn)維具有重要的實(shí)際意義，有助于更好地推動(dòng)智能變電站技術(shù)的進(jìn)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(hù)和控制電力變電站運(yùn)行的關(guān)鍵，能夠預(yù)防和降低誤操作和其他潛在風(fēng)險(xiǎn)導(dǎo)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(yùn)行，同時(shí)使用傳感器、監(jiān)控裝置和檢測(cè)設(shè)備，監(jiān)測(cè)和檢測(cè)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(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和檢測(cè)功能及時(shí)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(hù)功能，以防止設(shè)備過(guò)載、短路、接地故障以及其他故障。同時(shí)，該系統(tǒng)可以通過(guò)使用保護(hù)繼電器、斷路器及接地開(kāi)關(guān)等設(shè)備監(jiān)控和保護(hù)電力系統(tǒng)，以確保設(shè)備和人員的安全。此外，通過(guò)自動(dòng)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(cè)和控制電源、開(kāi)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(yù)定的操作程序運(yùn)行。

當(dāng)變電站防誤系統(tǒng)檢測(cè)到異常情況或潛在的故障時(shí)，可以通過(guò)聲音警報(bào)、顯示屏信息、短信或電子郵件通知等方式發(fā)出警報(bào)并通知相關(guān)人員，從而幫助操作人員采取適當(dāng)?shù)拇胧┻M(jìn)行預(yù)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(guò)分析這些數(shù)據(jù)識(shí)別潛在的問(wèn)題和趨勢(shì)，有助于改進(jìn)變電站的運(yùn)行和維護(hù)策略，提高其可靠性和效率。

2 智能變電站繼電保護(hù)運(yùn)維防誤的關(guān)鍵點(diǎn)

隨著技術(shù)的進(jìn)步，人們對(duì)變電站安全性的要求日益提升，尤其是迎峰度夏期間，當(dāng)變電站處于高負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)且容錯(cuò)率降低時(shí)，更需要注意避免人為事故的發(fā)生。該背景下，需要對(duì)站內(nèi)運(yùn)維檢修人員和遠(yuǎn)端調(diào)度值班臺(tái)人員的操作行為采取一些措施，以加強(qiáng)對(duì)智能變電站的監(jiān)控與管理，并制定一套嚴(yán)格的監(jiān)管機(jī)制，確保措施能夠有效執(zhí)行，進(jìn)一步保障智能變電站處于正常運(yùn)行且可控的狀態(tài)。同時(shí)，需要進(jìn)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(yù)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(hù)運(yùn)行過(guò)程的各類(lèi)信息，從而有效控制和預(yù)警繼電保護(hù)的故障。此外，通過(guò)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(hù)運(yùn)維防誤技術(shù)

針對(duì)智能變電站繼電保護(hù)的運(yùn)維防誤要求，探索了一種新的防誤技術(shù)，以保護(hù)繼電保護(hù)設(shè)備免受誤操作的影響。運(yùn)維防誤技術(shù)可以分為3 個(gè)階段，每一階段都有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，以滿足不同變電站的運(yùn)維要求。

3.1 計(jì)算智能變電站運(yùn)維動(dòng)態(tài)基線

為解決智能變電站繼電保護(hù)數(shù)據(jù)量龐大的問(wèn)題，使用了一種新的方法來(lái)處理這些數(shù)據(jù)。為能夠更好地獲得繼電保護(hù)實(shí)時(shí)運(yùn)行的狀態(tài)信息，引進(jìn)了變換的基線原理，進(jìn)一步修正計(jì)算誤差，減少操作錯(cuò)誤，從而有效提高繼電保護(hù)運(yùn)維的準(zhǔn)確性[4]。同時(shí)，經(jīng)過(guò)深入研究，提出了一種新的可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)化的基線計(jì)算方法，如圖1 所示。

圖1 智能變電站繼電保護(hù)運(yùn)維防誤動(dòng)態(tài)基線計(jì)算過(guò)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(hù)運(yùn)維的資源數(shù)量n；其次，在n個(gè)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(jì)算動(dòng)態(tài)化極限的值D，用于確定運(yùn)維防誤的基線。相應(yīng)的計(jì)算公式為

式中：E表示實(shí)際計(jì)算得出的數(shù)字和預(yù)測(cè)的數(shù)字之間的差異；y表示運(yùn)維數(shù)據(jù)集合；q表示不同種類(lèi)數(shù)據(jù)的權(quán)重系數(shù)，且為常數(shù)。通過(guò)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(hù)運(yùn)維的準(zhǔn)確性[5]。

3.2 變電站運(yùn)維防誤數(shù)據(jù)的管理

由式（1）的計(jì)算獲取動(dòng)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(dú)特身份認(rèn)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(hù)運(yùn)維防誤資源的唯一標(biāo)識(shí)。采用GIMS 技術(shù)和圖形化組件對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化展示，從而有效檢測(cè)、記錄、存儲(chǔ)、統(tǒng)計(jì)以及管理這些智能變電站的繼電保護(hù)運(yùn)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(hù)防誤操作。

3.3 智能變電站繼電保護(hù)運(yùn)維防誤技術(shù)可視化功能的實(shí)現(xiàn)

依照智能變電站繼電保護(hù)運(yùn)維防誤流程，可視化時(shí)，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(yùn)維動(dòng)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(hù)運(yùn)維防誤特征數(shù)據(jù)。具體的實(shí)現(xiàn)過(guò)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(hù)運(yùn)維防誤特征數(shù)據(jù)集中的值；Mmax和Mmin分別表示運(yùn)維動(dòng)態(tài)基線中需要?dú)w一化的峰值和谷值。

原始特征值指智能變電站繼電保護(hù)運(yùn)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(guò)式（2），將特征值縮放到[0，1]，以便進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和比較。

式（2）的歸一化處理，能夠進(jìn)一步將智能變電站繼電保護(hù)運(yùn)維防誤特征數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為圖像集，在實(shí)現(xiàn)可視化效果的同時(shí)，壓縮運(yùn)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(yùn)維防誤技術(shù)的特征圖像得到防誤結(jié)果[6]。

4 實(shí)例分析

4.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

將某座智能變電站作為研究對(duì)象展開(kāi)實(shí)例分析。通過(guò)采用萬(wàn)兆位路由協(xié)調(diào)控制器增強(qiáng)數(shù)據(jù)采集性能，同時(shí)精心設(shè)定計(jì)算機(jī)的操作流程和其他必要的參數(shù)。按照嚴(yán)格的規(guī)范，將試驗(yàn)計(jì)算機(jī)與站內(nèi)站控層網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行有效連接，以便實(shí)現(xiàn)站內(nèi)不同位置的數(shù)據(jù)資源共享，進(jìn)而構(gòu)筑一座完善的智慧型變電站，以實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)和運(yùn)維的有效防誤。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)樣例的部分統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如表1 所示。

表1 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)樣例的部分統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

根據(jù)表1 的監(jiān)測(cè)記錄，先用專業(yè)軟件對(duì)使用傳統(tǒng)運(yùn)維防誤技術(shù)進(jìn)行智能變電站繼電保護(hù)運(yùn)維防誤的效果進(jìn)行及時(shí)率的記錄與評(píng)估作為對(duì)照組。同時(shí)，記錄與評(píng)估提出的運(yùn)維防誤技術(shù)進(jìn)行智能變電站繼電保護(hù)運(yùn)維防誤的及時(shí)率作為實(shí)驗(yàn)組。

4.2 結(jié)果分析

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，匯總有關(guān)運(yùn)維防誤及時(shí)率的數(shù)據(jù)，如表2 所示。通過(guò)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(hù)運(yùn)維防誤技術(shù)能夠顯著提高防誤及時(shí)率，從而提高了智能變電站繼電保護(hù)運(yùn)維防誤的效率。因此，該技術(shù)具有較高的推廣及應(yīng)用價(jià)值。

表2 運(yùn)維防誤及時(shí)率對(duì)比表

5 結(jié) 論

經(jīng)過(guò)深入分析和探索，提出的運(yùn)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(hù)運(yùn)維始終處于高效、安全運(yùn)行的狀態(tài)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷推動(dòng)，有必要更多地利用先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念改善智能變電站的繼電保護(hù)運(yùn)維防誤技術(shù)，以期達(dá)到更好的效果。目前，盡管已有許多關(guān)于運(yùn)維防誤技術(shù)的研究，但是依然面臨著許多挑戰(zhàn)。未來(lái)將深入研究智能變電站，不斷優(yōu)化和完善設(shè)計(jì)，以期望能夠更好地滿足日益增長(zhǎng)的變電站的安全性和可靠性要求。