變電站繼電保護(hù)二次回路缺陷狀態(tài)識(shí)別技術(shù)

摘 要：為了保證變電站繼電保護(hù)二次回路的正常運(yùn)行，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并消除潛在故障，保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和供電可靠性，本文深入研究變電站繼電保護(hù)二次回路缺陷狀態(tài)識(shí)別技術(shù)。通過(guò)構(gòu)建高效的監(jiān)測(cè)框架，部署多傳感器，對(duì)繼電保護(hù)二次回路狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)全面監(jiān)測(cè)，集成先進(jìn)的數(shù)據(jù)分析理念，建立二次回路狀態(tài)智能分析體系。利用雙AD采樣技術(shù)，精準(zhǔn)識(shí)別二次回路缺陷狀態(tài)。試驗(yàn)結(jié)果表明，該技術(shù)在多種缺陷檢測(cè)中平均檢出率高達(dá)93.86%，其精準(zhǔn)度高并且具有廣泛的適用性，能夠有效識(shí)別各類(lèi)復(fù)雜及隱蔽性缺陷，為電力系統(tǒng)維護(hù)提供可靠保障。

關(guān)鍵詞：變電站；繼電保護(hù)系統(tǒng)；二次回路；缺陷狀態(tài)識(shí)別；智能分析

中圖分類(lèi)號(hào)：TM 76 " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

變電站作為電力傳輸與分配的重要樞紐，其穩(wěn)定運(yùn)行直接關(guān)系到電網(wǎng)的安全性和可靠性[1]。變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)，尤其是二次回路部分，面臨前所未有的挑戰(zhàn)。二次回路作為連接保護(hù)裝置與執(zhí)行元件的橋梁，其狀態(tài)直接關(guān)系到能否及時(shí)、準(zhǔn)確地識(shí)別與隔離故障，對(duì)防止事故擴(kuò)大、保障電網(wǎng)安全具有重要意義[2]。然而，在實(shí)際運(yùn)維過(guò)程中，識(shí)別變電站繼電保護(hù)二次回路缺陷狀態(tài)存在很多問(wèn)題和難點(diǎn)，傳統(tǒng)的人工巡檢和定期試驗(yàn)方法受限于人力成本和經(jīng)驗(yàn)判斷，難以全面、及時(shí)地發(fā)現(xiàn)隱蔽性缺陷，且易受到人為因素的影響，導(dǎo)致診斷結(jié)果的主觀(guān)性和不確定性。隨著變電站規(guī)模擴(kuò)大和二次回路復(fù)雜性提升，信息量急劇膨脹，邏輯關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜，使缺陷識(shí)別和定位越發(fā)困難，且容易引發(fā)誤判或漏判[3]。針對(duì)上述問(wèn)題，本文深入研究變電站繼電保護(hù)二次回路缺陷狀態(tài)識(shí)別技術(shù)，提高缺陷識(shí)別的準(zhǔn)確性和效率，為變電站的安全運(yùn)維提供智能化、自動(dòng)化的解決方案。

1 在線(xiàn)監(jiān)測(cè)變電站繼電保護(hù)二次回路

在線(xiàn)監(jiān)測(cè)技術(shù)框架主要由調(diào)度控制中心、繼保系統(tǒng)、在線(xiàn)隔離裝置、監(jiān)測(cè)診斷模塊以及多個(gè)子模塊組成，各部分協(xié)同工作，共同保障電網(wǎng)的安全運(yùn)行[4]?？蚣苋鐖D1所示。

在圖1中，調(diào)度控制中心作為在線(xiàn)監(jiān)測(cè)的核心，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)各子模塊間的信息流動(dòng)與任務(wù)執(zhí)行[5]，其通過(guò)收集、處理和分析變電站和關(guān)鍵輸電線(xiàn)路等的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行全面監(jiān)測(cè)。繼保系統(tǒng)直接關(guān)聯(lián)電氣設(shè)備保護(hù)，可以防止故障影響范圍擴(kuò)大，主要用于傳遞和接收信號(hào)的回路，保證信號(hào)的準(zhǔn)確傳遞和接收，保證設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置遍布關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，實(shí)時(shí)采集并傳輸關(guān)鍵參數(shù)與信號(hào)。一旦監(jiān)測(cè)到任何異常狀況和故障，監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)將立即觸發(fā)報(bào)警機(jī)制，并將相關(guān)信息反饋至調(diào)度控制中心。同時(shí)，在線(xiàn)隔離裝置將迅速響應(yīng)，自動(dòng)隔離故障部分，防止故障擴(kuò)大并保護(hù)非故障區(qū)域的正常運(yùn)行。這種快速響應(yīng)和精準(zhǔn)隔離的能力，極大程度地提高了電力系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，縮短了因故障導(dǎo)致的停電時(shí)間，減少了經(jīng)濟(jì)損失。

在變電站的關(guān)鍵位置部署多種傳感器，采集電流、電壓、溫度、濕度等電氣參數(shù)以及信號(hào)強(qiáng)度、波形等信號(hào)質(zhì)量參數(shù)。傳感器部署情況見(jiàn)表1。

利用上述傳感器實(shí)時(shí)采集變電站繼電保護(hù)二次回路的狀態(tài)數(shù)據(jù)，通過(guò)高速、可靠的通信網(wǎng)絡(luò)將采集的數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)測(cè)診斷模塊。該模塊運(yùn)用先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理與分析技術(shù)，對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘與分析，識(shí)別二次回路中的潛在缺陷與異常狀態(tài)[6]。

通過(guò)調(diào)度控制中心、繼保系統(tǒng)、在線(xiàn)隔離裝置以及監(jiān)測(cè)診斷模塊等多個(gè)部分的緊密協(xié)作，在線(xiàn)監(jiān)測(cè)變電站繼電保護(hù)二次回路的技術(shù)框架，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在故障隱患或異常狀態(tài)，保證及時(shí)識(shí)別缺陷狀態(tài)，對(duì)電力系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行全面監(jiān)控、快速響應(yīng)和精準(zhǔn)處理，為智能分析繼電保護(hù)二次回路狀態(tài)提供支持。

2 智能分析繼電保護(hù)二次回路狀態(tài)

在監(jiān)測(cè)變電站繼電保護(hù)二次回路的基礎(chǔ)上，對(duì)二次回路的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行智能分析。智能分析技術(shù)能夠利用先進(jìn)的算法和模型對(duì)繼電保護(hù)二次回路中的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行精確分析，從而更準(zhǔn)確地識(shí)別潛在的故障或異常狀態(tài)。智能分析技術(shù)通過(guò)集成高精度傳感器、網(wǎng)絡(luò)報(bào)文分析裝置以及先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理與智能分析理念，構(gòu)建一套高效、精準(zhǔn)的變電站繼電保護(hù)二次回路狀態(tài)分析體系。該體系的核心是實(shí)時(shí)捕捉記錄二次回路中的各類(lèi)關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)，這些參數(shù)包括電流、電壓、開(kāi)關(guān)狀態(tài)以及智能終端等關(guān)鍵設(shè)備的運(yùn)行狀況。通過(guò)圖2的二次回路結(jié)構(gòu)示意圖，可以直觀(guān)地理解二次回路的布局與關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。

針對(duì)變電站網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的復(fù)雜性和層次性，智能分析技術(shù)采用靈活多樣的數(shù)據(jù)傳輸策略。通過(guò)測(cè)控裝置與網(wǎng)絡(luò)分析儀的緊密協(xié)作，實(shí)現(xiàn)過(guò)程層與站控層之間監(jiān)測(cè)信息無(wú)縫對(duì)接與高效傳輸。傳輸方式如圖3所示。

傳輸過(guò)程不僅可以提高數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性與準(zhǔn)確性，還能顯著提高故障響應(yīng)速度，為快速自動(dòng)識(shí)別繼電保護(hù)二次回路缺陷狀態(tài)提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持。

3 自動(dòng)識(shí)別繼電保護(hù)二次回路缺陷狀態(tài)

基于智能分析的結(jié)果，利用缺陷識(shí)別技術(shù)，對(duì)繼電保護(hù)二次回路的缺陷狀態(tài)進(jìn)行精準(zhǔn)識(shí)別。

自動(dòng)識(shí)別技術(shù)采用雙AD采樣技術(shù)作為核心手段，通過(guò)雙重保護(hù)機(jī)制保證采樣數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與一致性。該技術(shù)對(duì)相同信號(hào)源進(jìn)行并行采樣，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并對(duì)比分析兩組采樣值，嚴(yán)格把控?cái)?shù)據(jù)質(zhì)量。在理想情況下，如果兩組采樣值之間的相對(duì)誤差保持在預(yù)設(shè)的安全范圍內(nèi)，且繼電保護(hù)裝置保持靜默、無(wú)異常報(bào)警，系統(tǒng)就會(huì)判定二次回路處于正常工作狀態(tài)。相對(duì)誤差的計(jì)算過(guò)程如公式（1）所示。

（1）

式中：E1為絕對(duì)誤差；E2為真值。

一旦智能分析系統(tǒng)檢測(cè)到采樣值偏差超出允許閾值，或繼電保護(hù)裝置未能按預(yù)期響應(yīng)，該技術(shù)便立即啟動(dòng)缺陷識(shí)別流程。利用高度敏感的信號(hào)捕捉能力，迅速定位并識(shí)別潛在的二次回路缺陷。可以利用公式（2）表示這個(gè)過(guò)程。

（2）

式中：λ為預(yù)設(shè)的安全閾值。

本文對(duì)不同配置的保護(hù)裝置采取高度定制化的檢測(cè)策略。對(duì)雙重化配置的保護(hù)裝置，本文提出的技術(shù)聚焦于交流二次回路的獨(dú)立性與冗余性，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并對(duì)比兩組獨(dú)立二次回路的輸出數(shù)據(jù)，可以全面驗(yàn)證保護(hù)配置的可靠性。對(duì)單重化配置的保護(hù)裝置來(lái)說(shuō)，需要通過(guò)精細(xì)化誤差分析，分別接入并監(jiān)測(cè)不同保護(hù)裝置的交流采樣值，全面評(píng)估二次回路的狀態(tài)健康度。通過(guò)這種差異化的檢測(cè)策略保證識(shí)別技術(shù)的廣泛適用性和高效性。二次回路缺陷狀態(tài)自動(dòng)識(shí)別過(guò)程如圖４所示。

圖4可以清晰地看到，該技術(shù)通過(guò)智能分析平臺(tái)可以對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理與分析，一旦發(fā)現(xiàn)異常信號(hào)，就會(huì)立即啟動(dòng)缺陷識(shí)別流程，并輸出詳細(xì)的診斷報(bào)告。

4 試驗(yàn)過(guò)程

4.1 試驗(yàn)準(zhǔn)備

為了驗(yàn)證本文所提技術(shù)的可行性，需要對(duì)其進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。在試驗(yàn)準(zhǔn)備階段，本文準(zhǔn)備了一套全面的變電站繼電保護(hù)二次回路缺陷狀態(tài)識(shí)別試驗(yàn)設(shè)備。表2是試驗(yàn)所需設(shè)備的詳細(xì)列表及其技術(shù)規(guī)格/參數(shù)。

使用這些設(shè)備能夠模擬各種故障情況，精確測(cè)量并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，進(jìn)而對(duì)繼電保護(hù)二次回路的缺陷狀態(tài)進(jìn)行有效識(shí)別和分析。

在開(kāi)始試驗(yàn)前，要保證所有測(cè)試設(shè)備在接入二次回路前均已完成嚴(yán)格的絕緣測(cè)試和校準(zhǔn)，避免因設(shè)備故障或誤差引入額外的干擾信號(hào)，影響對(duì)缺陷狀態(tài)的準(zhǔn)確判斷。同時(shí)，本試驗(yàn)特別關(guān)注模擬實(shí)際運(yùn)行中的多種故障類(lèi)型及其組合情況，因此當(dāng)設(shè)置故障模擬參數(shù)時(shí)，需要精確控制故障電流、電壓的幅值、相位及持續(xù)時(shí)間，充分暴露并識(shí)別繼電保護(hù)系統(tǒng)在不同故障場(chǎng)景下的潛在缺陷?？紤]二次回路中可能存在隱性故障，不易直接觀(guān)測(cè)，因此在試驗(yàn)過(guò)程中，應(yīng)充分利用故障錄波裝置和示波器的高精度記錄功能，對(duì)故障發(fā)生前后的信號(hào)波形進(jìn)行細(xì)致分析，捕捉可能的異常變化，并將其作為缺陷識(shí)別的關(guān)鍵依據(jù)。

4.2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

為了驗(yàn)證本文技術(shù)的有效性與實(shí)用性，將其分為設(shè)計(jì)部分以及試驗(yàn)準(zhǔn)備部分，并對(duì)其進(jìn)行試驗(yàn)。通過(guò)模擬多種具有代表性的缺陷類(lèi)型，應(yīng)用本文技術(shù)進(jìn)行識(shí)別與分析，并利用公式（1）、公式（2）計(jì)算該技術(shù)對(duì)各缺陷類(lèi)型的檢出結(jié)果，見(jiàn)表3。

由表3可知，本文技術(shù)缺陷檢出率較高，平均檢出率達(dá)到93.86%，相對(duì)誤差數(shù)量最大值僅為2個(gè)，證明本文技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的有效性和可靠性。綜上所述，本文技術(shù)在識(shí)別多種典型缺陷類(lèi)型的過(guò)程中均展現(xiàn)出了優(yōu)異的性能，能夠精準(zhǔn)識(shí)別多種缺陷狀態(tài)，具有較高的實(shí)用價(jià)值和應(yīng)用前景。

5 結(jié)語(yǔ)

本研究通過(guò)精準(zhǔn)捕捉變電站繼電保護(hù)二次回路中的異常信號(hào)，可以快速定位并識(shí)別潛在缺陷，顯著提高了故障處理效率與準(zhǔn)確性，有效降低了因設(shè)備故障導(dǎo)致的停電風(fēng)險(xiǎn)，減少了經(jīng)濟(jì)損失，并促進(jìn)了運(yùn)維管理模式的優(yōu)化升級(jí)。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步與應(yīng)用場(chǎng)景的持續(xù)拓展，變電站繼電保護(hù)二次回路缺陷狀態(tài)識(shí)別技術(shù)將朝著更加智能化、精準(zhǔn)化、全面化的方向發(fā)展，期待通過(guò)持續(xù)的技術(shù)創(chuàng)新與實(shí)踐探索，能夠進(jìn)一步突破現(xiàn)有技術(shù)瓶頸，提高系統(tǒng)的自我診斷與修復(fù)能力，構(gòu)建更加安全、可靠、高效的電力運(yùn)行體系。

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