電力系統(tǒng)繼電保護(hù)自動專業(yè)巡檢技術(shù)研究

陳禹志，徐浩，董亞麗，孫曉佳，李鵬，陳志彪，邊虎塞

(1.國網(wǎng)西藏電力有限公司，西藏 拉薩850000；2.國網(wǎng)湖南省電力有限公司電力科學(xué)研究院，湖南 長沙410007；3.國網(wǎng)西藏電力有限公司電力科學(xué)研究院，西藏 拉薩850000；4.國網(wǎng)西藏電力有限公司超高壓分公司，西藏 拉薩850000；5.國網(wǎng)林芝供電公司，西藏 林芝860000；6.國網(wǎng)那曲供電公司，西藏那曲852000)

0 引言

隨著新型電力系統(tǒng)建設(shè)逐步推進(jìn)，安全可靠供電要求更高，需要電網(wǎng)隱患篩查治理更精準(zhǔn)、故障恢復(fù)更及時(shí)。繼電保護(hù)是保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的第一道防線，其專業(yè)管理水平、運(yùn)維水平和檢修水平直接關(guān)系一次設(shè)備和整個(gè)電網(wǎng)的運(yùn)行水平。結(jié)合近年來的電網(wǎng)故障分析，壓板、定值、回路、裝置等方面問題禁而未絕，繼電保護(hù)隱患排查治理還任重道遠(yuǎn)，是新型電力系統(tǒng)建設(shè)需要重點(diǎn)解決的技術(shù)難題[1－6]。國網(wǎng)西藏電力有限公司是新型電力系統(tǒng)建設(shè)試點(diǎn)單位，相關(guān)工作更應(yīng)在初期走在前列[7－12]。

二次系統(tǒng)專業(yè)巡檢是提高繼電保護(hù)系統(tǒng)安全可靠水平的重要手段。通過二次檢修班組專業(yè)技術(shù)人員一年兩次的人工現(xiàn)場專業(yè)巡檢，全面掌握裝置模擬量采樣、差流、開關(guān)量采樣、壓板標(biāo)識及投退情況、裝置信號燈、歷史事件告警報(bào)文、GPS對時(shí)、回路、紅外測溫等情況，彌補(bǔ)運(yùn)行巡檢工作重點(diǎn)不突出、專業(yè)水平欠缺、電網(wǎng)季節(jié)性特征針對性不強(qiáng)的不足，提升西藏自治區(qū)電網(wǎng)繼電保護(hù)正確動作率。

但隨著大二次專業(yè)的融合及電網(wǎng)規(guī)模的不斷發(fā)展，二次班組人員從事的專業(yè)范圍越來越廣，工作量也越來越大，班組工作量與承載能力之間的矛盾也越來越突出。特別是西藏自治區(qū)面積大、變電站偏遠(yuǎn)，人工巡檢耗費(fèi)大量人力、物力及時(shí)間，制約了電網(wǎng)的高質(zhì)量發(fā)展[13－16]。例如，2021年3月那曲江達(dá)變跳閘事故中，調(diào)查人員清晨出發(fā)，深夜才到達(dá)事故現(xiàn)場，影響供電恢復(fù)和村民度冬保暖，路途中人身安全也受到影響。有鑒于此，本文嘗試依托D5000系統(tǒng)等現(xiàn)有數(shù)字化成果，探索二次系統(tǒng)新的管理和技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)專業(yè)巡檢由人工巡檢向自動巡檢升級，提升專業(yè)巡檢實(shí)時(shí)性、效率效益和精益化水平。

1 D5000系統(tǒng)現(xiàn)狀

D5000平臺故障信息處理系統(tǒng)是一套布置在調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)安全I(xiàn)I區(qū)的繼電保護(hù)信息收集系統(tǒng)，使用對象為繼電保護(hù)專業(yè)技術(shù)人員和調(diào)度員，其功能主要是遠(yuǎn)程獲取變電站繼電保護(hù)裝置的運(yùn)行數(shù)據(jù)，用于變電站故障后保護(hù)動作信息的遠(yuǎn)程收集[17－19]。該系統(tǒng)主要由位于變電站內(nèi)的保信子站、故障錄波子站和位于調(diào)控中心的主站系統(tǒng)構(gòu)成，子站裝置與站內(nèi)繼電保護(hù)裝置、故障錄波裝置通信，獲取裝置內(nèi)的運(yùn)行數(shù)據(jù)和故障報(bào)文、錄波數(shù)據(jù)等信息，然后通過調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)上送至主站系統(tǒng)。

該系統(tǒng)能夠采集繼電保護(hù)裝置中的所有運(yùn)行信息，包括定值、模擬量采樣數(shù)據(jù)、功能壓板和軟壓板狀態(tài)、開關(guān)量狀態(tài)、故障報(bào)文、告警事件報(bào)文、保護(hù)故障錄波報(bào)文，并可以從站內(nèi)故障錄波裝置中獲取獨(dú)立的故障錄波數(shù)據(jù)。其功能定位主要用于變電設(shè)備故障后遠(yuǎn)程收集與故障元件有關(guān)的繼電保護(hù)裝置動作報(bào)文和錄波數(shù)據(jù)，并歸集形成故障簡報(bào)推送給D5000系統(tǒng)下的智能告警功能模塊，及時(shí)提供故障信息，便于事故處理。同時(shí)，為繼電保護(hù)專業(yè)技術(shù)人員提供詳細(xì)的故障信息和數(shù)據(jù)，便于事故分析。

2 自動專業(yè)巡檢算法制定

故障信息處理系統(tǒng)主要側(cè)重于故障后信息的歸集，卻并未有效利用正常運(yùn)行中的信息。實(shí)際上故障信息處理系統(tǒng)可以提供二次系統(tǒng)專業(yè)巡視工作中對于裝置運(yùn)行數(shù)據(jù)的檢查內(nèi)容，如定值、模擬量、開關(guān)量、軟壓板、異常告警信號燈檢查所需的絕大部分現(xiàn)場數(shù)據(jù)，只是這些數(shù)據(jù)目前處于閑置狀態(tài)。通過對該系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行二次處理，可以實(shí)現(xiàn)專業(yè)巡檢的自動化。本文提出通過主站系統(tǒng)遠(yuǎn)程采集保護(hù)裝置的定值、模擬量采樣信息、壓板信息、開關(guān)量信息及異常報(bào)文等信息，設(shè)置對比基準(zhǔn)或一定的規(guī)則，實(shí)現(xiàn)裝置運(yùn)行數(shù)據(jù)的校核，其架構(gòu)如圖1所示。以下以保護(hù)定制核對和模擬量校核為例說明自動巡檢算法。

圖1 繼電保護(hù)自動專業(yè)巡檢系統(tǒng)架構(gòu)

2.1 保護(hù)定值核對

繼電保護(hù)定值是確保保護(hù)功能可靠有效的根本前提?，F(xiàn)場專業(yè)巡檢往往需要運(yùn)行人員、檢修人員參照運(yùn)行定值單對裝置中定值逐項(xiàng)核對，費(fèi)時(shí)耗力，且可能因人為疏漏出現(xiàn)核對錯(cuò)誤。在推行二次專業(yè)巡檢后，定值錯(cuò)誤導(dǎo)致保護(hù)不正確動作案例仍時(shí)有發(fā)生。采用自動巡檢算法后，軟件自動核對所有定值，提高了精益化程度和準(zhǔn)確度。保護(hù)定值自動核對算法主要包括基準(zhǔn)定值錄入(設(shè)置)、定值自動核對及生成核對結(jié)果三部分。

1)基準(zhǔn)定值單的設(shè)置。實(shí)現(xiàn)的方式有三種:一是收集各地市(區(qū))公司在用的各類型繼電保護(hù)設(shè)備的定值單，按設(shè)備類型進(jìn)行核對，并最終形成全網(wǎng)統(tǒng)一格式的定值單；二是與定值整定計(jì)算程序接口，開發(fā)專用的格式；三是通過召喚繼電保護(hù)裝置內(nèi)的當(dāng)前定值，通過人工核對后固化為定值核對的基準(zhǔn)，本文中采用第三種方式。

2)定值核對。支持手工選擇指定保護(hù)或自動對選定的批量保護(hù)召喚實(shí)際運(yùn)行定值，與選定的基準(zhǔn)值進(jìn)行比對，不一致時(shí)差異、高亮顯示，并給出告警。

3)生成核對結(jié)果。核對完畢后，可生成全部設(shè)備核對記錄表，并對異常的定值單和裝置給出告警信息。運(yùn)行人員根據(jù)告警信息，及時(shí)進(jìn)行定值定向核對修正，工作承載力將得到顯著提高。

2.2 模擬量校核

現(xiàn)場專業(yè)巡檢模擬量的主要方式是對裝置模擬量進(jìn)行逐一檢查，同樣存在人為疏漏問題，特別是異常情況判斷嚴(yán)重依賴于巡檢人員自身技術(shù)水平，存在巡檢不到位問題。自動專業(yè)巡檢主要針對電流電壓采樣值，進(jìn)行多數(shù)據(jù)源之間幅值和相位的比對及三相不平衡度的計(jì)算，智能判別模擬量的正確性。對于220 kV級以上電壓等級繼電保護(hù)裝置為雙重化配置，兩套裝置的采樣回路獨(dú)立，可以對兩套裝置的采樣數(shù)據(jù)逐項(xiàng)進(jìn)行相互比對校驗(yàn)。110 kV電壓等級繼電保護(hù)裝置為單套配置時(shí)，對采樣間隔保護(hù)與母線保護(hù)對應(yīng)間隔的模擬量采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，并需要有變比折算的參數(shù)設(shè)置功能?？紤]到采樣環(huán)節(jié)中各種誤差，兩套保護(hù)裝置的采樣值不可能完全一致，設(shè)置誤差在5%之內(nèi)即認(rèn)為一致；雙重化配置的兩套保護(hù)一般為兩個(gè)廠家的裝置，其上送的模擬量數(shù)據(jù)不完全一致，僅針對兩套保護(hù)裝置上送的三相電壓、電流、差動電流及零序電壓電流等進(jìn)行比對。

對各裝置采樣的三相電壓或電流進(jìn)行不平衡度計(jì)算，以檢查幅值及相位是否平衡，主要步驟如下。

1)召喚模擬量。支持手工選定保護(hù)或設(shè)定批量設(shè)備自動進(jìn)行模擬量召喚。

2)三相電流電壓平衡檢查。對保護(hù)設(shè)備回應(yīng)的模擬量結(jié)果進(jìn)行分析計(jì)算，檢查幅值和相角是否平衡。

3)與主(備)保護(hù)一致性檢查。核查同個(gè)一次設(shè)備下主、備保護(hù)或同一個(gè)間隔下多個(gè)保護(hù)、測控之間的三相電流、電壓值的一致性，對比誤差大于5%時(shí)按不一致處理。

4)告警。對于發(fā)現(xiàn)不一致、越限或越變化率的情況進(jìn)行告警提示。

5)校核結(jié)果。校核完畢后，支持生成全部設(shè)備檢查記錄表。

3 高級功能開發(fā)

3.1 故障智能分析功能

3.1.1 原始動作報(bào)告

根據(jù)一二次設(shè)備關(guān)聯(lián)關(guān)系，自動對從I區(qū)保護(hù)(安控)設(shè)備在線監(jiān)視模塊收到的保護(hù)實(shí)時(shí)事件、故障特征量、保護(hù)錄波文件及II區(qū)采集的錄波器錄波文件信息進(jìn)行篩選、過濾，將一次故障相關(guān)的保護(hù)真實(shí)跳閘信息、保護(hù)錄波及錄波器錄波文件進(jìn)行挑選、整理，形成原始動作報(bào)告。

3.1.2 事故分析報(bào)告

在原始故障包基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對錄波文件進(jìn)行分析，并形成簡潔的結(jié)論性分析結(jié)果，如故障類型、持續(xù)時(shí)間、故障電流、故障元件、故障測距等及關(guān)鍵跳閘事件等。

3.1.3 錄波分析報(bào)告

對收到的錄波文件進(jìn)行自動分析，給出分析結(jié)果報(bào)告，啟動錄波生成啟動分析報(bào)告、故障類錄波形成故障分析報(bào)告，以方便專業(yè)人員提前發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患或快速定位故障。

3.1.4 保護(hù)動作時(shí)序回放

支持對當(dāng)次故障的電流電壓變化、開關(guān)量時(shí)序變位等情況以圖形化方式自動回放，以方便專業(yè)人員進(jìn)行故障分析。

3.1.5 故障測距計(jì)算

支持單端和雙端測距計(jì)算，當(dāng)僅有線路一端的錄波文件時(shí)，自動按單端計(jì)算測距；否則，根據(jù)歸檔的事故報(bào)告，抽取線路兩端的錄波器錄波文件進(jìn)行自動雙端測距計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果在最終的事故報(bào)告中進(jìn)行展示。

3.2 運(yùn)行報(bào)表管理

3.2.1 實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)

實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)并更新廠站、設(shè)備的最新運(yùn)行情況，為界面實(shí)時(shí)顯示提供基礎(chǔ)，主要功能如下。

1)按地區(qū):各地區(qū)接入廠站總數(shù)、斷開廠站數(shù)及斷開率、各地區(qū)接入裝置總數(shù)、斷開數(shù)及斷開率；2)按廠站:各廠站接入裝置總數(shù)、斷開數(shù)目及斷開率；3)全網(wǎng)接入廠站總數(shù)、斷開廠站數(shù)及廠站斷開率；4)全網(wǎng)接入裝置總數(shù)、斷開裝置數(shù)及裝置斷開率、檢修設(shè)備數(shù)及檢修率；5)變電站接入數(shù)、電廠接入數(shù)及各占比例。

3.2.2 報(bào)表生成

自動生成廠站、設(shè)備運(yùn)行情況及專業(yè)巡視等報(bào)表，并支持自動形成月報(bào)表。

1)廠站、設(shè)備運(yùn)行情況報(bào)表

按地區(qū)。廠站中斷率:本地區(qū)所有廠站總計(jì)運(yùn)行時(shí)間、通信斷開時(shí)間、中斷率；裝置中斷率:本地區(qū)所有保護(hù)總計(jì)運(yùn)行時(shí)間、通信斷開時(shí)間、設(shè)備檢修時(shí)間、中斷率、檢修率；計(jì)算裝置中斷率應(yīng)排除檢修時(shí)間段。上述信息以表格和柱狀圖方式展示。

按廠站。中斷率:本廠站總計(jì)運(yùn)行時(shí)間、通信斷開時(shí)間中斷率及中斷明細(xì)；裝置接入率:本廠站應(yīng)接裝置總數(shù)、實(shí)接裝置總數(shù)及接入率；裝置中斷率:本廠站所有保護(hù)總計(jì)運(yùn)行時(shí)間、通信斷開時(shí)間、檢修時(shí)間中斷率、檢修率及其明細(xì)；計(jì)算裝置中斷率應(yīng)排除檢修時(shí)間段。上述信息以表格及圖形方式展示。

2)電網(wǎng)故障報(bào)表

正確收集率:總故障次數(shù)、信息收全次數(shù)及正確收集率；故障類型:各類型真實(shí)故障次數(shù)及其在總故障中所占比例；故障報(bào)告生成總數(shù)、真實(shí)跳閘報(bào)告?zhèn)€數(shù)、調(diào)試及檢修類報(bào)告?zhèn)€數(shù)。

3)專業(yè)巡視報(bào)表

全網(wǎng)裝置錄波文件總數(shù)、啟動錄波、故障錄波及啟動異常錄波次數(shù)及明細(xì)；定值不一致、開關(guān)量不一致、模擬量不一致、軟壓板不一致總次數(shù)及明細(xì)；各地區(qū)設(shè)備故障告警、運(yùn)行異常告警、裝置啟動和啟動異常、定值不一致、開關(guān)量不一致、模擬量不一致、軟壓板不一致總次數(shù)及明細(xì)。

4 結(jié)語

本文基于西藏電網(wǎng)繼電保護(hù)問題頻發(fā)、專業(yè)巡檢耗時(shí)費(fèi)力現(xiàn)狀，研究開發(fā)了基于D5000故障信息處理系統(tǒng)的繼電保護(hù)自動專業(yè)巡檢系統(tǒng)，詳細(xì)闡述了系統(tǒng)架構(gòu)、邏輯規(guī)則和高級功能。該系統(tǒng)以主站系統(tǒng)遠(yuǎn)程采集的保護(hù)裝置定值、模擬量采樣信息、壓板信息、開關(guān)量信息及異常報(bào)文等信息為基礎(chǔ)，通過設(shè)置對比基準(zhǔn)或一定的邏輯規(guī)則以及深度挖掘，實(shí)現(xiàn)了對變電站繼電保護(hù)裝置定值、壓板狀態(tài)、開入量狀態(tài)和模擬量的遠(yuǎn)程自動校核、異常告警及統(tǒng)計(jì)分析、事故分析和波形反演。該系統(tǒng)已在西藏自治區(qū)進(jìn)行部署，提升電網(wǎng)供電能力。