基于故障錄波數(shù)據(jù)的繼電保護(hù)動(dòng)作特性分析

曹浩鵬，曾子如

（國(guó)網(wǎng)湖南省電力有限公司檢修公司，湖南 長(zhǎng)沙 410000）

0 引 言

傳統(tǒng)的繼電保護(hù)動(dòng)作特征分析過(guò)程中，常采用微機(jī)故障錄波裝置，借助對(duì)故障電氣量的實(shí)時(shí)變化情況進(jìn)行詳細(xì)記錄，為相關(guān)動(dòng)作特征分析提供數(shù)據(jù)支持。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和電網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜性的變化，該方法很難適應(yīng)現(xiàn)階段繼電保護(hù)動(dòng)作特征分析的需要。因此，分析研究基于故障錄波數(shù)據(jù)的繼電保護(hù)動(dòng)作特性分析具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

基于故障錄波數(shù)據(jù)的繼電保護(hù)動(dòng)作特性分析研究,首先需分析研究故障的相關(guān)數(shù)據(jù)，其次借助不同裝置、不同工作原理通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件模擬裝置的動(dòng)作過(guò)程，最后得到直觀和準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)分析結(jié)果[1]。因此，通過(guò)故障錄波數(shù)據(jù)的繼電保護(hù)動(dòng)作特性分析可以實(shí)現(xiàn)對(duì)繼電保護(hù)動(dòng)作不足的完善，有效提升繼電保護(hù)的工作效率和工作質(zhì)量。

通常情況下，故障錄波數(shù)據(jù)的機(jī)電保護(hù)動(dòng)作特性系統(tǒng)（如圖1所示）包含以下四方面內(nèi)容。

（1）錄波數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換及文件管理：主要是對(duì)故障錄波文件中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和提取，同時(shí)負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)所需格式；

（2）電網(wǎng)故障輔助分析：在進(jìn)行繼電保護(hù)動(dòng)作特征分析過(guò)程中，需要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)辨識(shí)、故障距離測(cè)量等功能，通過(guò)電網(wǎng)故障輔助分析為這些功能的實(shí)現(xiàn)和數(shù)據(jù)的測(cè)量提供輔助工具支持；

（3）故障波形再現(xiàn)及分析：通過(guò)對(duì)故障波形進(jìn)行再處理如回放、縮放或打印等，為相關(guān)工作者提供一個(gè)可以實(shí)現(xiàn)平面分析和完整觀測(cè)的界面；

（4）繼電保護(hù)動(dòng)作行為：主要是系統(tǒng)的主要裝置配置，如母線、變壓器和其他線路等。

圖1 “基于故障錄波數(shù)據(jù)的繼電保護(hù)動(dòng)作特性分析系統(tǒng)”結(jié)構(gòu)框圖

2 基于故障錄波的錄波數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換及文件管理分析

作為繼電保護(hù)分析系統(tǒng)的重要組成部分，錄波數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換和文件管理是組成系統(tǒng)另外三個(gè)部分的基礎(chǔ)[2]。它的主要功能模塊包含錄波文件管理和錄波數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換。

2.1 錄波數(shù)據(jù)文件及格式

（1）頭文件：相關(guān)工作人員在使用該項(xiàng)工具時(shí)，借助頭文件可以對(duì)系統(tǒng)中的文件數(shù)據(jù)和相關(guān)信息進(jìn)行全面了解。頭文件一般采用ASCⅡ的格式，借助文字處理編輯形成，能夠?qū)收箱洸ㄟM(jìn)行詳細(xì)的輔助說(shuō)明工作。

（2）配置文件：配置文件是對(duì)故障錄波的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行具體說(shuō)明，同樣是由文字處理編輯而成，可以使計(jì)算機(jī)的相關(guān)軟件生成ASCⅡ格式的文本文件。配置文件的功能是對(duì)計(jì)算機(jī)軟件中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分離，并從中找出重要信息，幫助計(jì)算機(jī)在編程時(shí)更加便捷地讀取程序。例如：借助配置文件對(duì)格式進(jìn)行固定，以降低計(jì)算機(jī)在進(jìn)行編排工作時(shí)進(jìn)行繁雜程序的操作。一般情況下，配置文件中存在多行字符時(shí)，可以借助逗號(hào)對(duì)字段進(jìn)行區(qū)分。需要注意的是，字段可以存在空白，但逗號(hào)的分隔符不能缺少。對(duì)于每一行結(jié)尾，常采用回車(chē)和換行表示。

（3）數(shù)據(jù)文件：對(duì)每個(gè)裝置模擬通道中的數(shù)據(jù)按照采集時(shí)間的不同進(jìn)行記錄。數(shù)據(jù)的記錄文件可以分為通過(guò)本文編輯格式記錄的數(shù)據(jù)文件和通過(guò)二進(jìn)制方式記錄的數(shù)據(jù)文件。若采用文本編輯格式，每個(gè)數(shù)據(jù)之間采用逗號(hào)進(jìn)行分割；如果采用二進(jìn)制格式，則不需要采用分隔符，因?yàn)槎M(jìn)制格式可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行連續(xù)記錄。

（4）信息文件：信息文件主要是對(duì)一些額外信息進(jìn)行記錄，方便相關(guān)使用者在進(jìn)行系統(tǒng)操作時(shí)使用，所以信息文件多是系統(tǒng)工作人員創(chuàng)建。

2.2 錄波文件的管理

通過(guò)對(duì)錄波文件進(jìn)行合理管理，可以提升對(duì)繼電保護(hù)動(dòng)作特征分析的有效性和準(zhǔn)確性。借助錄波數(shù)據(jù)的格式轉(zhuǎn)換功能，可以更好地實(shí)現(xiàn)錄波文件管理模塊的相關(guān)功能[3]。錄波器中，按照時(shí)間為標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)錄入的文件進(jìn)行命名，可以有效避免錄波文件出現(xiàn)重疊或混淆問(wèn)題，且可以將同一時(shí)間的所有文件放置在同一個(gè)錄波器文件夾中，方便相關(guān)工作人員查找。

3 故障錄波數(shù)據(jù)的繼電保護(hù)動(dòng)作特性分析

3.1 基于故障錄波的故障波形再現(xiàn)及分析

（1）為了確保故障錄波數(shù)據(jù)有效顯示，提升故障波形圖的準(zhǔn)確性，對(duì)故障波形圖的時(shí)間坐標(biāo)處理過(guò)程中可以采用無(wú)級(jí)別縮放的方式；

（2）故障波形圖處理過(guò)程中，借助游標(biāo)功能可以快速找出故障波形圖的高峰點(diǎn)和沖突點(diǎn)，為分析提供理論支持；

（3）對(duì)再現(xiàn)故障波形圖進(jìn)行分析過(guò)程中，為確保故障波數(shù)據(jù)結(jié)合的緊密性，推動(dòng)數(shù)據(jù)分析的準(zhǔn)確性，可以對(duì)一些故障錄波數(shù)據(jù)進(jìn)行增加或刪減。

（4）在進(jìn)行虛擬通道的數(shù)據(jù)分析中，常采用四則運(yùn)算方法，為波形操作提供了便利條件。

（5）系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)重要數(shù)據(jù)的存檔保護(hù)功能，具有數(shù)據(jù)保存和打印功能。

3.2 給予故障錄波的繼電保護(hù)動(dòng)作行為分析

繼電保護(hù)動(dòng)作是提升電力系統(tǒng)整體運(yùn)營(yíng)能力的關(guān)鍵組成部分。因此，在進(jìn)行故障錄波數(shù)據(jù)的機(jī)電保護(hù)動(dòng)作特征分析過(guò)程中，需要對(duì)波形參數(shù)進(jìn)行重點(diǎn)分析研究。

（1）需要對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行分析研究，將正常運(yùn)行狀態(tài)的波形作為分析研究的標(biāo)準(zhǔn)；

（2）借助浪涌識(shí)別算法進(jìn)行相關(guān)計(jì)算過(guò)程，對(duì)故障波形和信號(hào)進(jìn)行有效識(shí)別；

（3）采用形態(tài)學(xué)濾波法對(duì)故障波形中出現(xiàn)的干擾信息進(jìn)行過(guò)濾處理，處理后再進(jìn)行相關(guān)信息數(shù)據(jù)的分析和計(jì)算，最終得到電阻數(shù)值。

（4）以上幾點(diǎn)保護(hù)動(dòng)作行為可以有效對(duì)電力系統(tǒng)中變電設(shè)備和電壓器進(jìn)行差動(dòng)保護(hù)，因此借助電阻數(shù)值可以對(duì)繼電保護(hù)動(dòng)作進(jìn)行詳細(xì)有效的分析。

3.3 基于故障錄波的電網(wǎng)故障輔助分析

當(dāng)電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一些與故障相關(guān)的數(shù)據(jù)信息，這時(shí)機(jī)電保護(hù)裝置通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)信息的分析研究，可判斷是否需要進(jìn)行下一步動(dòng)作。為確保電網(wǎng)故障輔助分析的準(zhǔn)確性，可對(duì)故障問(wèn)題的時(shí)間間隔采用繼電保護(hù)算法進(jìn)行計(jì)算，分析相關(guān)的電網(wǎng)故障服務(wù)，確定故障問(wèn)題產(chǎn)生的類(lèi)型[4]。

4 故障錄波數(shù)據(jù)的繼電保護(hù)動(dòng)作特性實(shí)例分析

某電廠是110 kV變電站，采用單回線路接入到220 kV變電站，實(shí)現(xiàn)了和主電網(wǎng)的并行。在進(jìn)行電力線路敷設(shè)過(guò)程中地形地貌復(fù)雜，很容易發(fā)生線路故障，給用電客戶帶來(lái)影響。因此，可以加入另一條線路110 kV變電站實(shí)現(xiàn)雙回并列運(yùn)行，有效降低故障發(fā)生的幾率。但是，運(yùn)行過(guò)程中還是頻繁發(fā)生故障現(xiàn)象，因此需要借助故障錄波數(shù)據(jù)分析故障原因，找出對(duì)應(yīng)的解決方案。

4.1 線路故障分析

故障前系統(tǒng)接線，如圖2所示。由于大雪的影響，導(dǎo)致并網(wǎng)Ⅱ線的B相導(dǎo)線出現(xiàn)架空地線放電，導(dǎo)致并網(wǎng)Ⅱ線B2零序Ⅰ段出現(xiàn)跳閘故障。同時(shí)，引發(fā)并網(wǎng)Ⅰ線A2零序Ⅱ段也出現(xiàn)跳閘故障。

圖2 故障前系統(tǒng)接線

4.2 錄波記錄與保護(hù)動(dòng)作行為分析并網(wǎng)Ⅰ線

在主變電站中設(shè)置有故障錄波裝置，可調(diào)取以上故障發(fā)生時(shí)的數(shù)據(jù)，相關(guān)的電流記錄如圖3所示。

圖3 電流錄波記錄

通過(guò)對(duì)電流錄波記錄進(jìn)行分析，反映出故障性質(zhì)為B相接地的短路故障。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致該變電站頻繁出現(xiàn)故障的原因是零序保護(hù)Ⅱ段電流整定值過(guò)小。

5 結(jié) 論

電力資源的重要性日益突出，保障電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行也備受關(guān)注。尤其是繼電保護(hù)裝置，關(guān)系著整個(gè)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。因此，相關(guān)工作者需加強(qiáng)自身專業(yè)素質(zhì)，充分了解故障錄波數(shù)據(jù)系統(tǒng)，深入研究繼電保護(hù)動(dòng)作特性，不斷推動(dòng)我國(guó)電力供應(yīng)的可持續(xù)發(fā)展。