基于證據理論的智能變電站繼電保護裝置防誤方法

中圖分類號：TM58;TQ333 文獻標志碼：A 文章編號：1001-5922（2025）07-0147-05

Abstract：The conventional relay protection device inteligent substation mainly uses the dynamic analysis and judgment nodeoperation torealize theeror preventionprocess，ignoring the influence interphase side current on the error prevention result，resulting inalow tripconsistency the error prevention result.Ananti-error method for relay protection device inteligent substation was proposed based on evidence theory.Based on the three-phase current wiring mode the intelligent substation，the interphase side current was convertedand calculated，and the controllogicthe inteligentsubstation was analyzed bycombining the diffrential current andthecontrolcurrent， andthe evidence theory was introduced to fuse andanalyze the working state credibility therelay protection device，and the comprehensivecriterion hard pressure plateand st pressure plate analysis was combined to realize the error prevention processThe experimental results showed that the error prevention results obtained by the proposed method after application showed high trip consistency and high error prevention accuracy，which meets the practical application requirements relay protection devices in intellgent substations.

Key words：relay protection device；evidence theory;；relay protection error prevention;intelligent substation；substation equipment；error prevention methods

智能變電站在傳統變電站的基礎上，通過現代信息技術的應用，進一步提高了電力管理的精細化程度，發揮了更加優質的變換電壓、分配電能的功能。在智能變電站的運行過程中，繼電保護裝置是一個不可或缺的元件，承擔著監測電力系統運行狀態，并針對不同的異常采取相應措施的重要作用[1]。在這一過程中，為了避免繼電保護裝置誤判了智能變電站電力系統的運行狀態，采取了錯誤的應對措施，防誤方法的研究受到了領域內的廣泛重視。對此，很多研究人員提出了防誤方法。

如針對智能變電站的防誤方法進行研究，獲取智能變電站的實時運維動態，并采用基線計算的方法，整合區間形式。構建智能變電站設備之間的無線通信網絡，基于此獲取設備狀態的操作信息，并以數據的形式傳輸至遠程控制終端中。在該終端內分析智能變電站設備故障如橡膠電纜老化、塑料、陶瓷元件和絕絕緣材料損壞以及操作信息的異常狀態，基于該狀態判定誤操作節點，并于相應的節點處實施閉鎖操作，實現防誤過程。實驗結果表明：該方法響應時間較長[2]。針對變電站的電網設備防誤方法進行研究，在變電站實際運行的環境下，構建電網設備的拓撲結構。在該結構中獲取電網一次設備的關鍵節點，并基于關鍵節點之間的運行關系，分析電網設備防誤的邏輯鎖定規則。模擬變電站設備的充電、停電以及接地3種主要運行狀態，并分別構建出3種運行狀態的拓撲模型。對該模型的最優深度進行計算，并采用五步證明法獲取變電站設備的防誤信號，實現變電站的防誤過程。實驗結果表明：該方法邏輯復雜度較高[3]。針對輸變電設備中檢修工作票的防誤方法進行研究，解析檢修工作票的運行邏輯，并采用分層技術劃分該邏輯。在分層邏輯的基礎上引入有限狀態機理論，構建輸變電檢修工作票的分層有限狀態模型。利用該模型分析工作票數據，并基于該數據的安全狀態，判定防誤結果。調節工作票的狀態機流轉狀態，實現防誤目標。實驗結果表明：該方法普適性較差[4]

基于此，本研究引入證據理論，提出了一種基于證據理論的智能變電站繼電保護裝置防誤方法。該方法基于智能變電站的控制邏輯，并結合證據理論，融合分析繼電保護裝置工作狀態的可信度，綜合實現硬壓板和軟壓板的防誤閉鎖操作。

1智能變電站繼電保護裝置防誤方法設計

1.1 解析智能變電站控制邏輯

基于繼電保護裝置在智能變電站中的操作邏輯，解析智能變電站的運行控制邏輯。智能變電站線路中的三相電流主要有2種接線方式，具體如圖1所示[5-7] 。

如圖1所示，智能變電站中的三相電流在線路中通常以11：00接線以及13：00接線的形式存在。在兩種接線方式中，分別分析電流的兩相間轉換方式，如式（1）和式（2）所示。

式中： I_ab 等均表示對應相電流的相間側電流。

根據這一轉換方式，計算智能變電站線路中的差動電流和制動電流，并根據兩種電流的拐點解析智能變電站的控制邏輯。

差動電流的計算如式（3）所示[8]

式中： I_d 表示差動電流； i 表示智能變電站線路的負荷節點； n 表示該接線方式下，智能變電站負荷節點的數量。

如式（3）所示，本研究以11：00接線方式計算差動電流，若實際為其他接線方式，則需在公式中替換相間側電流。

制定電流的計算如式（4）所示[9]

式中： I_r 表示制定電流。

基于上述計算，解析智能變電站的控制邏輯如圖2所示。在圖2中， t 表示時間點。

如圖2所示，在智能變電站中，通過三相電流以及差動電流、制動電流結合，并將電流信號傳輸至繼電保護裝置實現控制過程。

通過上述步驟，完成智能變電站控制邏輯的解析過程。

1.2基于證據理論融合分析裝置工作狀態可信度

根據上述分析所得的智能變電站控制邏輯，本研究引入證據理論分析繼電保護裝置工作狀態在當前時刻下的工作狀態。

以繼電保護裝置中的電流信號作為證據理論的命題，且每個電流信號證據之間為相互獨立的關系。針對這一特性，本研究將獨立的電流信號證據融合成為統一的合成證據，如式（5）所示。

式中： m 表示基本概率分配函數； A 表示電流信號命題； m（A） 表示相應命題的支持度 ;j 表示電流信號；N 表示單位時間內的電流信號量； A_j 表示單電流信號的命題； m_i 表示相應負荷節點的分配函數。

為合成后的電流信號證據添加證據權重，并計算添加權重后，兩個時間點的合成證據之間的相似度，如式（6）所示[10-12] 。

式中： m_t1（A） 和 m_t2（A） 分別表示2個時間點的合成電流信號證據； s 表示2個證據之間的相似度； λ 表示證據權重； ω 表示優先置信系數； k 表示2個證據之間的沖突程度。

根據計算所得的證據相似度，分析繼電保護裝置在2個時間點之間所表現出的工作狀態的可信度，如式（7）所示[13] 。

式中： ε 表示繼電保護裝置工作狀態的可信度； e 表示自然常數； Φ_t 表示繼電保護裝置運行時間段； S_jt^° 表示相應時間段的電流信號證據相似度。

通過上述步驟，完成基于證據理論對繼電保護裝置工作狀態可信度的融合分析過程，

1.3繼電保護裝置壓板防誤

本研究基于出口壓板實現硬壓板環節的防誤。

出口壓板的防誤邏輯如圖3所示[14]

如圖3所示，在硬壓板的出口壓板防誤過程中，通過多個繼電器實現防誤操作?；谏鲜霾襟E分析的電流信號證據可信度，分析繼電保護裝置的防誤補救節點，如式（8）所示。

式中： R_e 表示硬壓板防誤補救節點； I_s 表示交流量；U_r 表示繼電保護裝置電壓； α 表示繼電保護裝置硬壓板的最大靈敏角。

在此基礎上，協同繼電保護裝置的軟壓板共同實現防誤過程[15-17]。軟壓板中的防誤補救節點的計算如式（9）所示。

式中： R_a 表示軟壓板防誤補救節點； U_d 表示負序電壓定值。

綜合硬壓板和軟壓板的防誤補救節點，得出繼電保護裝置的防誤閉鎖動作判據[18-20]，如式（10）所示。

式中： γ 表示防誤閉鎖動作判據 ??μ 表示閉鎖元件的啟動系數； I_0max 表示零序電流在保護整定過程中的最大值。

通過上述步驟，完成智能變電站繼電保護裝置的防誤過程。

2 實驗部分

2.1 實驗準備

本次實驗采用智能變電站中普遍適用的ZCJB-702繼電保護裝置，所選用的繼電保護裝置利用硅整流器作為電源，對繼電保護的回路供電。該裝置的主要技術參數如表1所示。

將如表1所示參數的繼電保護裝置接入到本次實驗的智能變電站模擬環境中。本次實驗模擬的智能變電站環境架構如圖4所示。

在如圖4所示的環境中開展本次實驗。通過調節該環境的各項設備運行參數以及線路運行狀態參數，為繼電保護裝置設置不同的運行環境，測試其在不同工況下的防誤性能。

完成上述準備后，開展本次智能變電站繼電保護裝置防誤實驗。

2.2智能變電站繼電保護裝置防誤

在智能變電站的模擬環境中，設置一組電力設備運行參數，并在該環境下運行選用的繼電保護裝置。基于智能變電站設備的電流值監測繼電保護裝置的運行過程，并應用本研究所提方法測試繼電保護裝置在該參數的工作下的防誤性能。經過實驗，得到本研究所提方法的繼電保護裝置防誤實驗結果如圖5所示。

由圖5可知，在應用本研究所提方法下，繼電保護裝置在運行到 32.6ms 的實驗時間點出現了誤判操作，智能變電站設備中的運行電流出現了較大幅度的跌落。在本研究所提方法的應用下，繼電保護裝置僅用 0.5ms 即實現了防誤功能，將智能變電站設備的電流值回升到初始的平穩狀態，保障了智能變電站中的設備處于正常運行狀態。

從這一實驗結果可以初步判斷，本研究所提方法能夠有效實現智能變電站中繼電保護裝置的防誤，具備實踐應用可行性。

2.3 結果評價指標

為了更加直觀地體現出本次智能變電站繼電保護裝置防誤實驗結果的有效性，設置定量指標評價實驗結果。基于智能變電站運行狀態管理的實際需求，將本次實驗的定量評價指標設定為繼電保護裝置的跳閘一致度，其計算方法如式（11）所示。

式中： 表示跳閘一致度數值； 表示實驗輪次； n_o 表示單實驗輪次中，繼電保護裝置的跳閘次數； 表示實驗時間； t₁ 和 t₂ 分別表示同一實驗輪次中，繼電保護裝置的實際跳閘時間點和理論跳閘時間點。

基于式（11）的計算，分析不同方法的防誤實驗結果的有效性。這一結果評價指標通過測定繼電保護裝置的跳閘次數與時間，判定不同方法的防誤結果有效性。計算所得的結果數值越高，則表明相應方法的防誤性能越優質，在實際生活中的應用有效性越高。

2.4 結果分析與討論

為了保證本次實驗結果的有效性，采用對比分析的方法對本次實驗結果進行評價。分別采用文獻[2]、文獻[3]以及文獻[4]所提出的防誤方法作為本次實驗的對照組?；谠O定的結果評價指標，分析并討論不同防誤方法的應用性能。

在本次對比實驗中，共為智能變電站設備設置250組運行狀態參數，應用幾種防誤方法測試在不同運行狀態參數下的防誤結果。經過實驗，得到不同方法的防誤實驗結果如圖6所示。

由圖6可知，在對比實驗中，不同的防誤方法表現出的繼電保護裝置一致度有著較大的差距。文獻[2]和文獻[3]所提方法在不同的參數組下，表現出多次起伏波動的結果，但波動區間較小。文獻［4]所提方法表現出的跳閘一致度結果波動區間較大，而本研究所提方法表現出的跳閘一致度結果波動區間最小。在多組參數的實驗結果中，本研究所提方法得出的跳閘一致度結果均值為0.958，而其他3種方法得出的跳閘一致度結果均值分別為0.864、0.788和0.803。本研究所提方法能夠較大幅度地提高智能變電站繼電保護裝置的防誤性能。

從這一實驗結果可知，本研究所提方法能夠較為優質地實現智能變電站繼電保護裝置的防誤操作，具備較高的實踐應用價值。

3結語

在智能變電站的運行過程中，繼電保護裝置的正確運行對于智能變電站的穩定性十分關鍵。對此，本研究提出了一種基于證據理論的智能變電站繼電保護裝置防誤方法。經過實驗可知，所提方法應用后得出的防誤結果，表現出的跳閘一致度較高，展現出了較優的防誤性能。這一防誤方法在智能變電站繼電保護裝置的運行過程中的應用，不僅能夠提高繼電保護裝置對智能變電站設備運行狀態判定的準確度，保障智能變電站設備的穩定運行，還能夠通過低概率的誤動作性能，防止智能變電站設備由于誤動作次數過多而導致的損壞。通過本研究所提出的防誤方法的推廣應用，能夠在智能變電站設備的運維工作中，進一步減少工作人員的工作壓力，提高變電站的整體運維效率。由此可見，本文研究內容在智能變電站繼電保護裝置的應用環節中，具備較廣闊的推廣應用前景。

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