保護定值自動核對技術(shù)的研究與探討

王喆 黃海燕

[摘? ? 要]昆明供電局變電運行一所利用保護信息管理系統(tǒng)實現(xiàn)對220 kV變電站新上保護裝置的遠方修改定值工作，并在保護信息管理及保護動態(tài)感知兩個系統(tǒng)召喚定值進行一致性結(jié)果比對通過，在云南電網(wǎng)范圍內(nèi)率先實現(xiàn)常規(guī)變電站遠方修改保護定值后的“雙確認”，這是昆明供電局在省公司“云核對”技術(shù)上對常規(guī)變電站遠方修改定值的創(chuàng)新和突破，為提升常規(guī)變電站繼電保護工作效率，筑牢電網(wǎng)安全第一道防線打下了堅實的基礎(chǔ)。核對是對電網(wǎng)管理保護工作的一次全面梳理與檢驗，達到了“以核查保安全”的目的。

[關(guān)鍵詞]保護;研究;探討

[中圖分類號]TM63 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）07–0–02

Research and Discussion on Automatic Verification of Protection Value

Wang Zhe，Huang Hai-yan

[Abstract]The substation of Kunming Power Supply Bureau uses the protection information management system to modify the fixed value of 220 kV substation protection device， comparing the two system of protection information management and the protection dynamic perception， taking the lead in the system， improving the relay protection efficiency and building the first line of power grid safety. Verification is a comprehensive sorting and inspection of the power grid management and protection work， and achieves the purpose of "verification to ensure safety".

[Keywords]protection; research; discussion

1 壓板投退錯誤風(fēng)險分析

第一類，與選擇保護啟動判別相量相關(guān)或者與選擇定值相關(guān)的壓板，一但投退錯誤，將會在很短時間內(nèi)（十幾分鐘到幾個小時）以非常大的概率發(fā)生誤動。代表事件如2003年，某公司220 kVXX變，2號主變由2025開關(guān)代2002開關(guān)時，沒有正確投退壓板將主變差動保護的判斷電流CT由2002CT切換到主變220 kV側(cè)套管CT，4個小時后因為負荷電流變化而導(dǎo)致主變差動誤動作。

第二類，各種保護功能壓板及其跳閘出口壓板，因為大部分的功能和出口正常都是在投入狀態(tài)，投退錯誤的，將會在很長時間段里（十幾日甚至幾個月）以很大概率發(fā)生拒動導(dǎo)致后備動作，如果是遠后備則擴大事故范圍。例如某供電公司發(fā)生的事故，其主變跳開關(guān)的出口壓板未投入，超過一個月一直未排雷發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致真發(fā)生故障發(fā)跳閘時拒動，然后后備動作，擴大事故范圍。

第一類壓板事故非常少，但是確實還是有一些，比如低頻低壓減載屛有定值選擇壓板。主要應(yīng)該要考慮第二類壓板事故。第二類壓板的投退錯誤后的糾錯容錯時間非常長，如果只是在月度檢查的時候靠人力為主的傳統(tǒng)方式，依靠人的責(zé)任心和經(jīng)驗很難發(fā)現(xiàn)壓板投退錯誤的情況。基于圖像識別的二次壓板核對技術(shù)算是一種探索。另外，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實現(xiàn)壓板狀態(tài)在線自動核對，是一種較好的發(fā)展方向。

2 核對技術(shù)創(chuàng)新探究

繼電保護裝置和安全自動裝置是電網(wǎng)安全的重要防線，是構(gòu)建大電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行立體防御體系的關(guān)鍵設(shè)備，具有數(shù)量基數(shù)大、原理復(fù)雜、技術(shù)環(huán)節(jié)多、管理鏈條長的特點。例如，繼電保護定值執(zhí)行分為計算、發(fā)布、執(zhí)行三個環(huán)節(jié)。在傳統(tǒng)工作方式下，繼電保護人員打印定值清單后，到變電站現(xiàn)場逐條輸入、核對并歸檔。整個過程比較煩瑣，要消耗大量的時間和人力。目前，在繼電保護班組的日常工作中，修改定值工作占全部工作量的30%～50%，且很難保證定值執(zhí)行準確率達到100%。

隨著社會的發(fā)展，人們更加注重電力系統(tǒng)運行的安全問題，繼電保護裝置非常重要，在電力系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用。無論是國內(nèi)還是國際上的一些實際事件證明，一般的，如果發(fā)生停電的范圍較大，且是大型設(shè)備引起的故障，其中重要的原因就是繼電保護裝置設(shè)置不合理，沒能達到相關(guān)的要求。在實際的操作運行中，繼電保護裝置的定值和各項性能指標是在其不運行的狀態(tài)下獲得的最大值與最小值，一般在運行中不進行調(diào)整?？墒牵谙到y(tǒng)實際的運行過程中，系統(tǒng)的運作不斷發(fā)生變化，特別是在比較特殊的運作情況下，系統(tǒng)中設(shè)定的一些固定的標準與數(shù)據(jù)有可能不夠靈敏，同時也不符合當(dāng)時的運行狀況，這樣就有可能增加發(fā)生安全隱患的可能。數(shù)據(jù)或者標準如果不能及時調(diào)整或者變化，就有可能發(fā)生更大規(guī)模的停電事故。所以，要真正保證電力系統(tǒng)安全有序的運行，引進與采用了在線校核的方式與程序。所謂的在線校核就是指以實際的運行數(shù)據(jù)與依據(jù)，對實時的運行狀況進行針對性的保護性能的核準，從而能夠保證系統(tǒng)運行的安全性。隨著人們生活質(zhì)量的提高，人們對電力電網(wǎng)的質(zhì)量要求也越來越高，在電力工程中已經(jīng)建設(shè)了電網(wǎng)專有的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和電網(wǎng)自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，系統(tǒng)能夠?qū)﹄娋W(wǎng)實際的運行數(shù)據(jù)與信息進行比較詳細的記錄與采集，從而為在線校核準備了數(shù)據(jù)依據(jù)。并且，當(dāng)前計算機技術(shù)水平不斷提高，硬件也日益發(fā)展，這就使軟件開發(fā)變得快捷且便利。在上述這樣的環(huán)境下，給在線校核提供了可靠的依據(jù)與前提，并保證了外部條件的充足。

實現(xiàn)圖像識別節(jié)點接口開發(fā)調(diào)試及聯(lián)合調(diào)試。保護壓板識別核對APP制作基于深度學(xué)習(xí)的大數(shù)據(jù)圖像識別、機器視覺應(yīng)用、視覺檢測質(zhì)量管理、圖形圖像處理等應(yīng)用領(lǐng)域的研究和開發(fā)，為工業(yè)裝備裝上“大腦”和“眼睛”。

開發(fā)的X光、可見光、紅外工業(yè)保護壓板識別核對APP系統(tǒng)，集成了圖像處理、大數(shù)據(jù)、特征提取、智能識別的專業(yè)算法，為工業(yè)智能視覺、無損檢測、工業(yè)探傷、結(jié)構(gòu)分析等應(yīng)用提供完整解決方案。實現(xiàn)復(fù)雜環(huán)境背景下，高識別率、高精度、高效率、全自動圖像特征的檢測和識別。

在APP上只要用攝像頭掃一下變電設(shè)備條碼，變電設(shè)備相關(guān)信息和質(zhì)量抽檢結(jié)果就會在屏幕上顯示，并提示一些高檔變電設(shè)備的鑒別方法，現(xiàn)場驗收可以據(jù)此來甄別手中的變電設(shè)備真假。

電力系統(tǒng)中所具有的網(wǎng)絡(luò)拓撲功能實際上就是指對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的搜索功能。在很多應(yīng)用程序中，繼電保護的定值都是以網(wǎng)絡(luò)結(jié)點的導(dǎo)納矩陣為基礎(chǔ)的，所以對于繼電保護的定值在線整定首先要解決的問題就是看其網(wǎng)絡(luò)的接線能否建立導(dǎo)納矩陣，但是這些矩陣不是單獨存在的，而是對于每一個矩陣的子系統(tǒng)都要進行分別的計算，這就要對子系統(tǒng)進行搜索，此時運用了電力系統(tǒng)的中的網(wǎng)絡(luò)拓撲功能。網(wǎng)絡(luò)拓撲所包含的系統(tǒng)設(shè)備有很多種，其根本的任務(wù)就是對系統(tǒng)設(shè)備中的開關(guān)、母線、發(fā)電機等進行連通性的識別，對開關(guān)信息的變化進行在線處理。自動劃分子系統(tǒng)的數(shù)量和計算用的結(jié)點數(shù)，以此形成新的網(wǎng)絡(luò)接線，為有關(guān)的應(yīng)用程序提供這種新網(wǎng)絡(luò)接線中的信息和數(shù)據(jù)。通過網(wǎng)絡(luò)拓撲所具有的任務(wù)就能發(fā)現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)拓撲能夠快速、準確的對大量的繼電保護定值進行復(fù)雜的邏輯運算，同時還能提供在線潮流、短路電流的在線計算和在線狀態(tài)下定值的估計，對于繼電保護定值的在線整定具有很強的實用性。

傳統(tǒng)保護定值修改工作至少需要半天至一天的時間，工作過程枯燥、費時費力、出錯幾率大，且難以保證執(zhí)行定值的準確率。保護裝置本身均具備遠方修改定值功能，且保護信息管理系統(tǒng)可以實現(xiàn)遠方修改定值同時召喚定值進行一次定值核對功能，但云南電網(wǎng)范圍內(nèi)遲遲未找到另外一種確認手段，無法滿足《安規(guī)》要求的遙控后的兩個指示同時發(fā)生相應(yīng)變化，這也成為困擾保護專業(yè)多年的技術(shù)難題。今年公司為解決常規(guī)站保護信息子站聯(lián)通率低的問題，試點開展了兩座變電站繼電保護動態(tài)感知系統(tǒng)的安裝調(diào)試，此系統(tǒng)可將現(xiàn)場保護裝置的打印報告通過采集裝置上送主站系統(tǒng)，在考慮到打印報告會包含現(xiàn)場裝置的定值清單后，昆明供電局主動試點，確定此系統(tǒng)作為保護定值的另一種確認手段進行研發(fā)，通過對打印報告進行解析即現(xiàn)了對現(xiàn)場裝置定值的再次確認。有了確認手段，后面攻克的難點就在于如何才能讓裝置在僅定值更改就可自動打印，調(diào)控中心、運檢部、變電檢修中心多次邀請電科院及保護廠家進行研討，并在大楊站新上南瑞繼保一套保護裝置完成研發(fā)試點，最終實現(xiàn)了保護修改定值后的裝置自動打印。

3 定值識別研制過程

物聯(lián)網(wǎng)（IoT，Internet of Things）是對互聯(lián)網(wǎng)的延伸和擴展，通過將各種信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合，形成一個巨大的實體網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)跨越時間、空間、人、機、物的互聯(lián)互通。隨著物聯(lián)網(wǎng)在不同領(lǐng)域中的運用逐漸成熟，物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)與人們的日常生活息息相關(guān)。新的物聯(lián)網(wǎng)模式可以優(yōu)化原有的流程，簡化很多工作環(huán)節(jié)。

以日常家庭生活最常見的交電費為例，在過去，交電費這件事的效率是非常低的。電力公司需要定期派專人到每家每戶保護定值圖像識別的數(shù)據(jù)，核對歷史數(shù)據(jù)和使用數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)進行整理后，每個住戶再按期進行交費。由于老電表建設(shè)分布在每家每戶，電力公司統(tǒng)一管理是一件難度巨大的事，而如果嘗試直接將老電表更換為更先進的智慧電表，又是個耗費財力的大工程。

外掛式設(shè)備能夠在老電表的基礎(chǔ)上，直接為老電表進行功能升級，通過引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，“入戶難、成本高、效率低”等問題，得到了優(yōu)化和改善。智能圖像識別保護定值圖像識別設(shè)備，保護定值圖像識別為某通訊企業(yè)研發(fā)設(shè)計了一款智能圖像識別保護定值圖像識別終端，該終端是一款“物聯(lián)感”十足的產(chǎn)品，采用外掛式集成結(jié)構(gòu)，無需更換電表，直接在原有電表的基礎(chǔ)上實現(xiàn)“云-管-端”，實現(xiàn)電表和工作人員之間的遠程操作，優(yōu)化電務(wù)管理工作。

應(yīng)用層的設(shè)備是物聯(lián)網(wǎng)中重要的一環(huán)。，智能保護定值圖像識別產(chǎn)品保護定值圖像識別在正式開展該款產(chǎn)品的設(shè)計工作之前，對智能保護定值圖像識別解決方案進行了詳盡的研究。通過設(shè)計工作，需要解決以下4個難點：尺寸與電表兼容，外觀契合且不應(yīng)過于笨重;應(yīng)對不同安裝環(huán)境，有多種安裝方式;具備極佳的防水、防塵能力，可適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境;能長時間緊密的附著在電表上，無設(shè)備掉落的風(fēng)險。

3.1 外觀、結(jié)構(gòu)設(shè)計

帶著明確的設(shè)計目標，外觀設(shè)計團隊先后展開了三輪設(shè)計方案推導(dǎo)工作，最終確定的方案以簡潔、可實現(xiàn)為基調(diào)，外觀簡潔大方。固定夾部分采用弧線設(shè)計，合理增加了架子與電表的接觸面積，使固定的摩擦力更大。電池蓋可拆卸，用一顆螺絲固定，方便拆卸、安裝。

3.2 硬件研發(fā)

硬件系統(tǒng)中包含了多個模塊，保護定值圖像識別硬件研發(fā)團隊根據(jù)產(chǎn)品已確定的功能需求及結(jié)構(gòu)設(shè)計，依次對各個硬件模塊展開設(shè)計工作。

電源模塊，考慮到電量耗盡風(fēng)險因素，綜合充電及電池供電方式。保證在每天拍一張圖片的情況下，能夠支持機器使用3～5年，并帶有低電量自動上報功能。

通訊模塊，根據(jù)應(yīng)用需求設(shè)計了中國移動NB-IoT、中國電信NB-IoT、GPRS三種通信選型，并可做到靈活更換，保證任何環(huán)境下數(shù)據(jù)可傳輸，每照片傳輸時長小于150s。

鏡頭模塊，鏡頭能保證使用信息的上傳，因此清晰度十分重要。選取合適的鏡頭，搭配補光方案。

防盜模塊，增加防盜感應(yīng)，保證機器的安全性。

組裝方式及材料選型，采用后裝模式，掛于電表外側(cè)，采用卡接方式。選擇合適的機器外殼材料，保證阻燃性，適應(yīng)溫度變化，同時能夠防靜電防電磁干擾。

3.3 軟件功能實現(xiàn)

前期調(diào)研及硬件設(shè)計工作階段解決了產(chǎn)品實現(xiàn)的問題，接下來就是與產(chǎn)品相匹配的軟件開發(fā)工作。嵌入式軟件的開發(fā)需要與產(chǎn)品屬性及功能完美適配，與產(chǎn)品功能的實現(xiàn)息息相關(guān)。此次軟件開發(fā)工作規(guī)劃了五大功能，包含保護定值圖像識別規(guī)則、紅外通訊、設(shè)備監(jiān)控，數(shù)據(jù)管理等功能，可以更好地輔助硬件實現(xiàn)產(chǎn)品功能。

通過本次研發(fā)，保護定值圖像識別最終為變電工作人員交付了成熟的產(chǎn)品，該產(chǎn)品可以作為智慧電力管理過程中的有力助手，用新技術(shù)和新形式為傳統(tǒng)的電力管理工作賦能。

4 結(jié)語

保護定值的“雙確認”解決了傳統(tǒng)繼電保護作業(yè)的技術(shù)難題，錦上添花的是還通過調(diào)控云系統(tǒng)的保護定值校核模塊，對兩個系統(tǒng)的定值數(shù)據(jù)進行同步解析，實現(xiàn)了“云端自動校核”?！半p確認”+“云校核”的工作模式應(yīng)用后，大幅提高了電網(wǎng)繼電保護裝置修改定值的工作效率及工作質(zhì)量，同時定值安全性也得到了重要保障。

參考文獻

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[2] 宋東明，吳鵬，呂俊紅，等.保護定值自動輸入和核對技術(shù)探究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2020（20）：56.