基于多间隔电气物理关联关系的数据状态监测方法江伟健

基于多间隔电气物理关联关系的数据状态监测方法江伟健

江伟健1吴佳毅2史建立1林一峰3，

（1国网嘉兴供电公司浙江嘉兴314000；

2.国网浙江省电力有限公司浙江杭州310007；

3.华北电力大学北京102206）

摘要：目前，我国智能变电站建设已进展到第二批试点工程推广应用的关键阶段，实现变电站设备的状态检修意义重大。而状态监测技术作为设备状态检修的基础，如何利用多间隔一、二次信息对变电站设备进行在线监测，尽早发现早期异常，改善设备检修周期是目前智能变电站研究中亟待解决的一大课题。针对上述问题，本文提出了基于多间隔信息融合的在线监测方案，并依托于浙江嘉兴电网实际系统搭建RTDS模型，对在线监测方案在工程实际中的实现进行了测试。提出了基于多间隔信息关联关系的保护状态在线监测方法。从多间隔电气采样关联关系、自检因子、多间隔保护启动信息在线监测角度，契合现有变电站间隔设置，排查异常、错误信息，开展保护状态在线监测方案研究。

关键词：多间隔；智能变电站；关联关系；数据监测

1引言

随着智能电网建设的不断推进和深入，电力系统数据爆炸式增长，因此大力推进大数据技术是电力行业智能化、信息化发展的必要要求。然而传统数据处理技术遭遇瓶颈，无法满足电力行业与时俱进的大数据分析需求。目前，大数据分析主要存在可视化分析、数据挖掘算法、状态决策分析、数据质量和数据管理等方法[1-10]。

微机保护可以采用自检方法，自动加载诊断程序，自动地对装置和部件进行测试，但受CPU处理能力及数据存储空间限制，装置层面的失效监测功能很难进一步提升。继电保护故障信息子站可以弥补这方面的不足。微机可以把继电保护自检信息上传到故障信息子站，在站域层面实现状态评测和失效检测方法[11-12]。

本文提出了基于多间隔信息关联关系的保护状态在线监测方法，从多间隔电气采样关联信息在线监测、自检因子在线监测、多间隔保护启动信息在线监测角度，提高了站域层面二次回路显性、隐性故障的检测能力，改善事故检修和定期检修的现状。

2基于多间隔同源信息关联关系的在线监测技术

根据国调统计结果，二次回路绝缘不良、接线松动是造成继电保护不正确动作的主要原因之一。站域主机采集接入同一保护对象的保护、故障录波器的模拟量和开关量信息，为二次回路状态监测和故障诊断创造了条件，实时监测冗余信息的一致性，当两[1]者之间差异达到了一定门槛值时给予装置异常的告警提示。依托于站域主机进行单间隔同源信息比对，可以监测到二次回路的隐性故障，如电流回路、电压回路两点接地。这弥补了装置自检和停电检修的不足，提高了继电保护二次回路在线状态监测能力。

2.1基于多间隔电气采样关联信息的在线监测

为展开基于多间隔电气采样关联信息的在线监测原理，假设站内仅发生一处的信息异常或信息丢失。

（1）电流采样信息异常

目前国产微机保护已实现装置内部电流采集回路的冗余设计，站域主机利用同一间隔的多个CT二次绕组分别接入多套保护装置来进行单间隔同源关联电流在线监测，适用于电网正常运行状态和故障运行状态。

220kV电压等级的变电站配备了两套保护装置，站域主机可通过比较两套保护装置的采样电流，排查异常采样。。

（1）式中，Ict1、Ict2为两套保护装置采集电流量的有效值（二次值）；Iyuzhi为设定的门槛，可取50mA。

在220kV电压等级，站域主机在确认某间隔保护存在异常采样后，获取该线路间隔的测控装置采样数据，通过设置阈值方式二次比对识别异常采样保护装置。在电网内无故障时，若异常采样导致保护误启动，则立即报警，通知提前检修。当式（1）成立时，站域主机可基于单间隔的同源关联电流的在线监测，判定两套线路保护装置中某套保护采样异常。

110kV电压等级的变电站仅配备单套保护装置，站域主机无法直接通过保护装置的采样数据判断是否存在采样异常，需借助测控装置的采样数据，排查保护装置是否存在采样异常。

（2）电流采样信息缺失

当某条线路的采样电流缺失时，站域主机可借助单间隔同源关联电流合成缺

失电流信息。在图5所示系统网络结构中，根据GKCL定律可得：

i1i2i30（2）

式中，i1为支路L1的电流；i2为支路L2的电流；i3为支路L3的电流。任一回路的电流量可通过其他回路的电流量计算而得。当某一回路的电流采

样缺失时，可通过与其连接在同一母线间隔上的其他回路电流来间接获取缺失电流信息。若电流i1缺失，则根据公式（2）获取i2和i3，即可得到缺失电流i1为

-i2+i3。

图1系统网络结构

（3）电压采样信息异常或缺失

如图2所示，根据继电保护规程[13-16]规定：“经控制室零相小母线（N600）连通的几组电压互感器的二次回路，应在控制室将N600一点接地。”

设三相电压矢量和为3Uz0，外接开口三角电压为3Uk0。忽略电压回路上的压

降，正常情况下，3Uz0和3Uk0相等，若电压回路发生故障，则3Uz0和3Uk0不等。站域主机实时监测三相电压相量和与外接开口三角电压相量的差值，当差值超过一定门槛，发出该电压回路异常的告警提示。

图2220kv电压回路接线示意图

2.2基于自检因子的保护状态在线监测

微机保护可以采用编码法、校验法、比较法等自检方法，但受CPU处理能力及数据存储空间限制，微机保护自检功能难以进一步提升。站域主机通过获取微机保护上传的自检信息，实现保护状态在线监测。

为全面开展保护状态在线监测，需表1所示的保护装置状态监测信息：

根据自检信息的表达方式和采集方式将自检信息分为状态量自检信息、模拟量自检信息、描述类自检信息和统计类自检信息四大类，其中状态量自检信息直接反应设备某一方面的健康状况，如通信终端等；模拟量信息、统计类信息反映了保护设备健康状况的发展趋势。为保护状态进行在线监测及评价，提出公式（4）。

式中，k表示保护装置自检情况的自检因子，取值为0~1，其中1为正常运行状态，数值越低，保护自检情况越差；ri表示第i个状态量自检信息的实际值，取值为0或1；ki表示第i个状态量自检信息对保护装置自检情况的影响程度，取值为0~1；ksj表示第j个模拟量、统计类自检信息对健康状况的影响程度，取值为0~1。其中，ri由保护装置自检程序给定，比如保护自检出控制回路断线异常，则对应的ri为1。ki由设备制造生产商或检修人员依据该自检信息对保护功能的影响程度决定，比如定值出错，则该保护装置必须重新下载定值或立即安排检修排查异常。ksj主要针对模拟量和统计类自检信息，需由检修人员结合实际现场运行经验确定数值，如装置内部温度的正常范围为-10℃~45℃，若保护装置内部温度为30℃，则ksj=1；若装置温度为60℃，则根据运行经验对ksj进行修正。

jMiN

当保护装置正常运行时，根据式（4）计算得到k110ki=1，k=1时，保护自检状态良好。

保护装置将自检信息上传GOOSE、SV网，站域主机采集自检信息，根据图3所示的保护装置自检因子曲线图，根据现场运行经验，设置异常自检阈值和故障自检阈值，并开展综合评价。

自检情况可以分为三类：

①当异常自检阈值＜k＜1时，保护装置处于正常运行状态。

②当故障自检阈值＜k＜异常自检阈值时，保护处于异常运行状态，不退出运行，但异常自检次数+1。当单位时间内多次发生异常自检时，则通知提前检修。

③当k＜故障自检阈值时，保护处于故障运行状态，立即退出运行，告警并通知检修。

3结论

本章提出了基于多间隔信息关联关系的保护状态在线监测方法，从单间隔同源关联电流在线监测、多间隔关联电压在线监测、多间隔保护信息在线监测和保护装置自检因子角度，提高了站域层面二次回路显性、隐性故障的检测能力，改善事故检修和定期检修的现状。

该方案具有契合现有变电站间隔设置，从变压器间隔、母线间隔、线路间隔入手，基于GKCL、GKVL定律免除繁复计算，配合继电保护自检信息，开展在线监测方案研究，确保方案的快速性。

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基金项目：智能变电站二次功能优化和信息融合技术研究5211jx150107