基于補(bǔ)償算法的抗干擾高可靠性開關(guān)柜高壓帶電顯示裝置研究與應(yīng)用

羅志豐，宋浩杰

（國(guó)網(wǎng)黃山供電公司，安徽 黃山 245000）

0 引 言

隨著增量配網(wǎng)進(jìn)一步受到政策支持和引導(dǎo)，微網(wǎng)迅速發(fā)展和形成規(guī)模，造成輸配電網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)正從無源結(jié)構(gòu)向有源復(fù)雜結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。如何能在用戶端具有返送能力的情況下保障變電站出線側(cè)工作安全，將會(huì)成為亟待解決的問題。隨著國(guó)網(wǎng)公司對(duì)無人值守變電站運(yùn)行效率和“一鍵”順控要求的提出，變電站內(nèi)主要一次設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的準(zhǔn)確判斷和校驗(yàn)，成為后續(xù)眾多操作的重要前提。因此，如何在現(xiàn)有成熟技術(shù)前提下提高設(shè)備可靠性并控制改造成本，產(chǎn)生高可靠性的一次設(shè)備狀態(tài)判斷的輔助判斷依據(jù)，成為需要思考的課題。

1 建設(shè)目的

基于補(bǔ)償算法的抗干擾高可靠性開關(guān)柜高壓帶電顯示裝置，在提高驗(yàn)電方式準(zhǔn)確性后，不僅可以為變電站出線側(cè)接地開關(guān)合閘過程提供實(shí)時(shí)可靠的帶電情況信息，將合閘動(dòng)作與帶電狀態(tài)進(jìn)行電氣聯(lián)鎖，防止帶電和接地的誤操作發(fā)生，而且可以為智能化變電站運(yùn)維“一鍵”順控操作中斷路器狀態(tài)變化提供可靠而簡(jiǎn)單易行的改造方案。同時(shí)，切合泛在物聯(lián)網(wǎng)大趨勢(shì)，對(duì)一次設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)和有效輸出，為一次設(shè)備狀態(tài)分析提供有效的在線信息。

2 關(guān)鍵技術(shù)

目前，帶電顯示裝置驗(yàn)電傳感器使用感應(yīng)式傳感器，置于開放的電場(chǎng)空間，可能存在以下問題[1]：（1）相鄰回路的高壓線路的電場(chǎng)會(huì)作用于傳感器，產(chǎn)生驗(yàn)電的誤判；（2）本回路內(nèi)，不同相序之間的電場(chǎng)都作用于各相序的傳感器，不能單獨(dú)對(duì)本相進(jìn)行判斷；（3）傳感器與帶電高壓線路的安裝距離不同，作用電場(chǎng)的關(guān)聯(lián)系數(shù)不同，傳感器無法單獨(dú)判斷距離，因安裝傳感器距離問題可能出現(xiàn)驗(yàn)電判斷異常。

出現(xiàn)以上問題是因?yàn)閱蝹€(gè)傳感器的電場(chǎng)量采樣受到開放電場(chǎng)的影響，不能準(zhǔn)確判斷本線路的帶電情況而出現(xiàn)判斷異常。針對(duì)出現(xiàn)的問題，主要通過對(duì)電場(chǎng)的采樣進(jìn)行線路帶電的準(zhǔn)確判斷。（1）A相與C相會(huì)受相鄰回路電場(chǎng)影響的誤斷。由于電壓的頻率相同，沒有基準(zhǔn)相位，不同的變電站相鄰的距離不同，所以單獨(dú)傳感器的采樣無法識(shí)別。在此提出多點(diǎn)角度采樣，可以針對(duì)不同的采樣點(diǎn)出現(xiàn)不同的采樣結(jié)果，從而區(qū)分傳感器接收到的信號(hào)是否為本線路電場(chǎng)信號(hào)。（2）在同一回路，相同的電壓等級(jí)各相線路之間的距離在一定的范圍內(nèi)，但傳感器的安裝距離不同。按照以上場(chǎng)景，各相線路配置一個(gè)傳感器，建立動(dòng)態(tài)距離模型，使用采樣的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償算法，解決相間及不同安裝距離的傳感器驗(yàn)電判斷問題。（3）根據(jù)高壓線路帶電狀態(tài)變化，傳感器的電場(chǎng)采樣會(huì)出現(xiàn)采樣量突變，可針對(duì)突變的數(shù)量模型快速判斷高壓線路的帶電情況?；谘a(bǔ)償算法的抗干擾高可靠性開關(guān)柜高壓帶電顯示裝置，主要采用補(bǔ)償算法、突變算法、抗干擾算法及自檢功能等關(guān)鍵技術(shù)。

2.1 補(bǔ)償算法

為了避免相鄰帶電相之間的干擾問題，提高帶電判斷的準(zhǔn)確程度，本次研究采用復(fù)數(shù)補(bǔ)償算法消除相鄰線路帶電狀態(tài)的影響，帶電判斷準(zhǔn)確。如圖1所示，感應(yīng)式高壓帶電顯示裝置擁有3個(gè)傳感器，每個(gè)傳感器測(cè)量的信號(hào)是A、B、C三相高壓輸電線產(chǎn)生的電場(chǎng)的疊加[2-3]。例如，傳感器a測(cè)量值與高壓輸電線A相、B相、C相帶電情況有關(guān)。如果只采用本相傳感器信號(hào)進(jìn)行帶電判斷，會(huì)引起較大誤差，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成判斷錯(cuò)誤。

圖1 傳感器相間干擾示意圖

2.1.1 補(bǔ)償算法原理

由于空氣是一個(gè)線性介質(zhì)，所以3相50 Hz電場(chǎng)的干涉效果可以用一個(gè)復(fù)數(shù)常數(shù)矩陣|A|=|Ar|+j|Ai|表示，即有S=|A|×|V|。其中，為傳感器信號(hào)，為一次設(shè)備的電壓。所以，采用補(bǔ)償系數(shù)取|A|-1，則利用等式|V|=|A|-1×|S|，即可以用傳感器的信號(hào)計(jì)算一次設(shè)備的電壓。|A|可以通過軟件仿真或?qū)嶋H測(cè)量獲取?？梢姡阎?個(gè)傳感器的信號(hào)Sa、Sb、Sc和矩陣|A|-1，可以求出3項(xiàng)電壓值Va、Vb、Vc。

2.1.2 補(bǔ)償矩陣獲取方式

方法1：理論分析法，利用物理原理建立物理模型計(jì)算參數(shù)。由于實(shí)際參數(shù)與許多物理因素有關(guān)，純物理模型有時(shí)難以建立或建立的模型過于簡(jiǎn)單難以滿足實(shí)際要求。

方法2：采用仿真的方法得出參數(shù)。此方法對(duì)于可行性評(píng)估和趨勢(shì)性判斷有著重要用途。如果想要采用仿真直接得出補(bǔ)償參數(shù)，需要建立精準(zhǔn)的仿真模型，需要模型和實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)比較，找出差異并迭代優(yōu)化模型，周期較長(zhǎng)，對(duì)于仿真軟件和物理原理的理解程度要求較高。

方法3：采用實(shí)驗(yàn)室方法得出補(bǔ)償參數(shù)。優(yōu)點(diǎn)是能夠得到特定情況下較準(zhǔn)確的實(shí)際補(bǔ)償參數(shù)，缺點(diǎn)是受限于實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，只能得到實(shí)驗(yàn)室可以模擬的現(xiàn)有情況的補(bǔ)償參數(shù)，且誤差受到實(shí)驗(yàn)室設(shè)備和工程樣機(jī)高壓帶電顯示裝置傳感器的精度影響。

2.2 突變算法

通過突變算法進(jìn)行預(yù)判斷操作，大大降低了主機(jī)計(jì)算量，顯著降低了功耗并且可以快速對(duì)線路帶電情況做出反應(yīng)，使得高壓帶電顯示裝置可以應(yīng)對(duì)各種復(fù)雜環(huán)境。一種基于突變算法的高壓帶電檢測(cè)方法，包括以下步驟[4]：（1）控制三相傳感器對(duì)被測(cè)設(shè)備的電壓信號(hào)進(jìn)行周期性采樣；（2）突變鑒別器判斷各相在連續(xù)兩個(gè)采樣周期間采樣的電壓信號(hào)是否發(fā)生周期間突變，或者判斷各相在T個(gè)采樣周期內(nèi)采樣的電壓信號(hào)是否發(fā)生累積突變；（3）經(jīng)整理后的突變信號(hào)決定主機(jī)是否進(jìn)行帶電判斷；（4）根據(jù)突變歷史記錄，動(dòng)態(tài)整定突變參數(shù)，用以提高突變判斷的準(zhǔn)確性。

2.3 抗干擾算法

針對(duì)主要應(yīng)用的設(shè)備場(chǎng)景，分析引起設(shè)備判斷異常的干擾源，包括相間、線間和出線側(cè)干擾。將干擾源進(jìn)行分類和隔離，并提取干擾信號(hào)的特征信息，通過搭建計(jì)算機(jī)仿真模型，模擬真實(shí)環(huán)境下距離、電壓等級(jí)、傳感器布局等外界因素對(duì)檢測(cè)準(zhǔn)確度的量化影響，從而提出行之有效的抗干擾算法。

2.4 自檢功能

為提高檢測(cè)裝置可靠性，針對(duì)裝置經(jīng)常出現(xiàn)故障的類型和故障點(diǎn)，設(shè)計(jì)裝置的主動(dòng)自檢和被動(dòng)自檢功能。主動(dòng)自檢由系統(tǒng)定期自動(dòng)完成，出現(xiàn)故障即刻顯示；被動(dòng)自檢由自檢按鈕觸發(fā)完成，對(duì)設(shè)備進(jìn)行全面檢測(cè)，出現(xiàn)故障即刻顯示。

3 結(jié) 論

高可靠性開關(guān)柜高壓帶電顯示裝置針對(duì)變電站出線側(cè)有分布式電源的情況，可有效防止帶電誤合接地刀的情況，并可為一鍵順控改造和泛在物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用需要提供一次設(shè)備的帶電狀態(tài)變化。