電力工程繼電保護二次回路運行狀態監測方法研究

中圖分類號：TP277 文獻標志碼：A

0 引言

在電力工程安全控制中，繼電保護是一種有效的手段，而二次回路作為保護動作的執行通道，其狀態監測直接影響保護可靠性。曹曉松等[1]提出了一種基于次回路的繼電保護二次回路在線監測方法，可有效結合對電力工程繼電保護二次回路故障特征檢測和信息融合處理、二次線圈的故障特征量的提取，提高繼電保護的可靠性，這種監測方法能實現對電網中繼電保護次級回路故障的檢測與辨識，提升其故障診斷與分析能力。馬艷等[2]主要以多參數信息為基礎，研究流程和站控層的信息異常特性，采用多參數信息融合的方式，實現故障信息的提取。還有研究人員提出基于特征辨識的二次回路故障診斷方法，在提取報警信號的基礎上，利用決策樹對故障狀態進行預測，實現對故障信息的分析與監控，提出基于負載變動的故障診斷模型，對該模型做了進一步的改進。然而，上述的繼電保護二次線路故障診斷方法均缺乏對其特性參數的有效分析，從而造成了監控結果的可靠性低、實時性差的問題。為解決上述問題，文章將開展電力工程繼電保護二次回路運行狀態監測方法研究。

1實時頻譜檢測定位

針對電力工程繼電保護二次回路故障時間頻譜估計問題，文章提出了一種新的基于時間序列的功率譜分析算法[3]。在估算過程中，考慮電力工程中電流抑制參數的時間單元矩陣 F 與電力工程中的時差譜估算值 χ 的關系，同時也考慮到了二極管對電力工程的影響。在這一過程中，假設二次回路運行異常的故障時間差頻譜項 r 服從高斯分布，其中存在下述公式關系：

r=FX

此時，意味著異常故障的時間頻譜估計值 χ 是通過環流對參數時間單位矩陣產生了抑制。為了能夠獲取到該估計值的最大似然解，要對似然函數進行最大化處理，以此得到下述函數：

Lχ=P（r|χ）

其中， Lχ 表示最大似然函數解； P（r|χ） 表示在特定的異常故障時間差頻譜估計值 χ 的條件下，實際測量得到的頻譜項 r 的概率密度函數。通過對公式（2）最大似然函數的求解，獲取繼電保護二次回路故障時間差頻譜估計的最大似然解。但是，由于繼電保護二次回路中電壓型逆變二極管的存在，要求對實時頻譜檢測定位進行最優設計。針對該問題，可使用齊次分解法，把電壓型反相器二極管的效應分解成極大似然解并基于時間序列的最優解法，對電網中的繼電保護進行分析[4]。進而可以對電網中的線路故障進行及時探測與定位，從而采取針對性的維修措施。在此基礎上，引入二極管對系統輸出電壓的影響，改善故障時延時譜的估算精度，為后續異常狀態的數據采集提供高精度條件。

2電力工程繼電保護二次回路運行狀態數據采集

在實時頻譜檢測定位到的異常區域上，本方法通過采集電力工程繼電保護二次回路運行狀態數據，并由多層分布的數據傳輸模型完成對數據的傳遞。在作者簡介：郭雄躍（1989—），男，學士；研究方向：電力工程繼電保護。

數據傳輸模型中，在數據鏈路層，利用數據鏈路層對繼電保護二次環路的失效信息進行終端到終端的連接。在應用層，構建故障應用的交叉編譯融合模型，實現各應用之間的通信[5]。在表現層，通過數據格式加密等方式，對電工工程中的繼電保護進行數據格式、加密等方面的融合。在網絡層，設計了多向尋址和路由算法，從而解決了數據鏈路層的尋址問題；在傳輸層，設計了終端到終端的連接，實現了對數據鏈路層的連接[6。結合故障樣本分布函數，通過對電消納和電流參數的分析，獲取電力工程中繼電保護二次回路的電流數據，通過下述公式計算，得到輸出平均電流：

其中， 表示輸出的平均電流值； m×n！ 表示電消納參數； V 表示電力工程繼電保護二次回路輸出電壓； 表示繼電保護二次回路產生的電阻值。在此基礎上，可以結合勵磁電路中基波成分的測量方法完成對二次回路運行故障信息分布集的獲取，引入故障信息分布局部檢測方法，建立如下述公式所示的電力工程繼電保護二次回路運行狀態異常信息采集模型。

其中， Q 表示電力工程繼電保護二次回路運行狀態異常信息； δ 表示局部故障節點； M 表示狀態信息分布數據量。至此，完成對所需電力工程繼電保護二次回路運行狀態數據的采集。

3異常狀態特征提取

結合上述采集到的電力工程繼電保護二次回路運行狀態數據，引入雙層調度、頻譜周期檢測的方法，獲取繼電保護二次回路異常狀態特征分布展寬，這一過程的表達式為：

其中， Z 表示繼電保護二次回路異常狀態特征分布展寬。進一步引入多參量融合的方法，獲取特征統計量。對于電力工程中，繼電保護二次回路的最大允許功率值，可通過下述公式計算得出：

其中， {Q} 表示繼電保護二次回路的最大允許功率值。利用單元總功率探測與分析的方法，獲取到異常狀態特征的模糊參數集合 c 。再通過多參量融合的方法，獲取異常狀態特征信息PMS參數，其表達式為：

其中， l（t） 表示異常狀態特征信息PMS參數； q 表示異常狀態信息參數聯合分布區間； t（x） 表示模糊參數。結合上述運算得到的結果，對其進行狀態空間融合，以此得到繼電保護二次回路異常運行狀態特征參數提取函數，利用該函數對異常特征提取，從而有效分析參數，達到故障診斷優化。

4基于多參量的在線狀態監測與故障診斷

基于上述獲取到的多參量異常狀態特征，對繼電保護二次回路進行在線狀態監測與故障診斷。在多參量特征中，針對電流參數特征、電壓參數特征等，其聯合概率密度函數可表示為：

其中， P（A，U） 電流參數特征、電壓參數特征聯合概率密度； π_i 表示狀態參數集合中第 i 個分量可作為數據生成來源的概率； φ_i 表示狀態參數集合中第 i 個分量多維空間數控。在解析多參量特征參數時，可進一步引入滑動窗口平均算法計算特征參數的平均水平。以電壓特征參數為例，其平均水平可表示為：

其中， R 表示窗口大小； U（t） 表示窗口內 χ_t 時間點的電壓值。將多參量異常章臺特征存儲在SCD和CID文檔中，以SCD和CID文檔為基礎的在線監控與故障診斷，可以借助更加先進的工具，充分利用監控和故障診斷功能，把所有的SCD文件和CID文件都精確地輸入分析服務平臺進行收集和分析，更好地掌握繼電保護二次回路的有關信息以及二次裝置的實際狀況，從而達到監控運行狀況的目的。以SCD和CID文件為基礎的在線監控與故障診斷由物理鏈路通信狀態和邏輯信息鏈狀態2部分組成。在通信鏈路正常運行時，發送者與接收者并非一個統一的裝置。一旦通信線路發生了異常，由于發行商一致且能正常傳送數據，不能判定錯誤，為正確判定異常狀態，應從接收端著手，對接收端的數據信息進行正確的判斷和排除。因此，通過鏈路監測，實時評估分析交換機的工作狀態來判斷通信鏈路的狀態，能在較短的時間內檢測出故障，避免通信鏈路對監測結果的干擾。

5 實例應用分析

5.1應用環境

為了驗證文章提出的監測方法實際應用性能，使用圖1所示繼電保護二次回路作為監測對象，進行實例應用實驗和結果分析。

圖1繼電保護二次回路

該繼電保護二次回路二次側的三相電壓幅度為240kV ，原系統的負載為 56kW ，正、負交流電流迭代25，電動機無載電壓 28Ω ，故障樣本數據收集容量為1350個。

5.2應用設備參數配置

在應用環境中，主要組件包括：繼電保護裝置、信號發生裝置、直流電源等。各應用設備的參數配置情況如表1所示。

表1各應用設備的參數配置

在實驗前，為確保實驗的客觀性，須要對各個設備進行嚴格的校準，通過高精度設備捕捉實驗數據，實現對細微變化的掌握。

5.3 監測效果

在監測過程中，人為導人多種異常的繼電保護二次回路運行狀態，分別為強電磁干擾狀態（狀態A）、負載突變狀態（狀態B）、回路老化狀態（狀態C）、極端電壓波動狀態（狀態D）。在4種異常狀態下，利用文章所提監測方法對其進行監測。對監測方法中異常狀態特征提取效果進行檢驗。從上述4種異常狀態中選取一種，在監測過程中提取其異常狀態特征，將得到的結果繪制成圖2所示。

圖2文章所提監測方法故障特征提取結果

從圖2可以看出，文章所提監測方法可以準確提取到異常運行狀態的特征，進而為后續監測響應與故障診斷提供更加可靠的依據條件。

在此基礎上，選擇將監測時效性作為評價指標圖3中記錄了5種不同狀態下，異常狀態發生與監測到異常狀態時間的對比結果。

圖3中，縱坐標為狀態標簽，當取值為0時，說明當前處于正常運行狀態，當取值為1時，說明當前處于異常狀態。從圖3所示的監測結果可以看出，針對上述4種繼電保護二次回路運行異常狀態，其發生時間與文章所提監測方法監測到并作出響應的時間相差不超過10.5s，并且在部分異常狀態反復出現時，文章所提監測方法可以實現對其進行多次監測響應。因此，通過上述得出的實驗結果可以證明，文章所提監測方法可以實現對二次回路運行異常狀態的準確檢測，且具備極高的時效性，監測靈敏度能夠充分滿足電力工程安全運行所需。

6結語

隨著科學技術的不斷革新與發展，對電力工程中的繼電保護二次線路的故障狀態進行監測方法也在不斷優化與創新。為此，文章提出了一種全新的針對電力工程中繼電保護二次回路運行狀態的實時監測方法，通過實例實現了對該技術應用可行性的驗證。實驗結果表明，該方法應用實際可以為電力工程的運行安全提供更強有力的支撐與保障。未來，要不斷對新型監控技術進行研究與應用，從而不斷完善現有監控手段，為電網安全穩定運行提供有力支撐與保證。

圖3監測結果

參考文獻

[1]曹曉松，呂寧，陳杰.電力系統繼電保護二次回路運行狀態監測方法[J].電氣技術與經濟，2024（11）：181-183.

[2]馬艷，吳航，曹海，等.繼電保護出口回路監測及狀態檢修的研究[J].電力系統裝備，2023（1）：103-105.

[3]孫顥，程月華，姜斌，等.基于飛行狀態數據的火箭動力系統異常監測研究[J].空間控制技術與應用，2023（4） ：67-75.

[4]李昂.城市軌道交通機電設備運行狀態在線監測系統[J].工程機械與維修，2024（6）：17-19.

[5]比拉力·玉散江，肖洋，邵瑞琦.安智能變電站繼電保護二次回路運行狀態監測方法[J].進展：科學視界，2023（4） ：86-88.

[6]鄭濤.基于深度學習模型的變電站繼電保護二次回路運行狀態監測[J].光源與照明，2023（8）：159-161.

（編輯戴啟潤）

Abstract：Inresponse toissuessuch as theinability to extract effectivestate characteristicsandpoor timeliness in monitoring the operating statusof secondary circuits in power engineering relay protection，this paperconducts research on methods for monitoring the operating status of secondary circuits in power engineering relay protection.This method introduce power spectrumanalysisalgorithms to achievereal-time spectral detectionand localization，can colect operational status datafromthesecondarycircuitsof power enginering relay protection inthe identifiedabnormalareas and extract abnormal state characteristics from the colected setof status data.Then，based on multi-parameter state characteristics，online status monitoring and fault diagnosisarerealized.Theresults of practical applications show that the newmonitoring methodcanaccurately extract efective state characteristics，enablingreal-time monitoring of the operating status of secondary circuits in relay protection.

Key words：power engineering; secondary circuit； monitoring; operation status； relay protection