基于補償算法的抗干擾高可靠性開關柜高壓帶電顯示裝置研究與應用

羅志豐，宋浩杰

（國網黃山供電公司，安徽 黃山 245000）

0 引 言

隨著增量配網進一步受到政策支持和引導，微網迅速發展和形成規模，造成輸配電網絡架構正從無源結構向有源復雜結構轉變。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工作安全，將會成為亟待解決的問題。隨著國網公司對無人值守變電站運行效率和“一鍵”順控要求的提出，變電站內主要一次設備運行狀態的準確判斷和校驗，成為后續眾多操作的重要前提。因此，如何在現有成熟技術前提下提高設備可靠性并控制改造成本，產生高可靠性的一次設備狀態判斷的輔助判斷依據，成為需要思考的課題。

1 建設目的

基于補償算法的抗干擾高可靠性開關柜高壓帶電顯示裝置，在提高驗電方式準確性后，不僅可以為變電站出線側接地開關合閘過程提供實時可靠的帶電情況信息，將合閘動作與帶電狀態進行電氣聯鎖，防止帶電和接地的誤操作發生，而且可以為智能化變電站運維“一鍵”順控操作中斷路器狀態變化提供可靠而簡單易行的改造方案。同時，切合泛在物聯網大趨勢，對一次設備進行狀態監測和有效輸出，為一次設備狀態分析提供有效的在線信息。

2 關鍵技術

目前，帶電顯示裝置驗電傳感器使用感應式傳感器，置于開放的電場空間，可能存在以下問題[1]：（1）相鄰回路的高壓線路的電場會作用于傳感器，產生驗電的誤判；（2）本回路內，不同相序之間的電場都作用于各相序的傳感器，不能單獨對本相進行判斷；（3）傳感器與帶電高壓線路的安裝距離不同，作用電場的關聯系數不同，傳感器無法單獨判斷距離，因安裝傳感器距離問題可能出現驗電判斷異常。

出現以上問題是因為單個傳感器的電場量采樣受到開放電場的影響，不能準確判斷本線路的帶電情況而出現判斷異常。針對出現的問題，主要通過對電場的采樣進行線路帶電的準確判斷。（1）A相與C相會受相鄰回路電場影響的誤斷。由于電壓的頻率相同，沒有基準相位，不同的變電站相鄰的距離不同，所以單獨傳感器的采樣無法識別。在此提出多點角度采樣，可以針對不同的采樣點出現不同的采樣結果，從而區分傳感器接收到的信號是否為本線路電場信號。（2）在同一回路，相同的電壓等級各相線路之間的距離在一定的范圍內，但傳感器的安裝距離不同。按照以上場景，各相線路配置一個傳感器，建立動態距離模型，使用采樣的動態補償算法，解決相間及不同安裝距離的傳感器驗電判斷問題。（3）根據高壓線路帶電狀態變化，傳感器的電場采樣會出現采樣量突變，可針對突變的數量模型快速判斷高壓線路的帶電情況。基于補償算法的抗干擾高可靠性開關柜高壓帶電顯示裝置，主要采用補償算法、突變算法、抗干擾算法及自檢功能等關鍵技術。

2.1 補償算法

為了避免相鄰帶電相之間的干擾問題，提高帶電判斷的準確程度，本次研究采用復數補償算法消除相鄰線路帶電狀態的影響，帶電判斷準確。如圖1所示，感應式高壓帶電顯示裝置擁有3個傳感器，每個傳感器測量的信號是A、B、C三相高壓輸電線產生的電場的疊加[2-3]。例如，傳感器a測量值與高壓輸電線A相、B相、C相帶電情況有關。如果只采用本相傳感器信號進行帶電判斷，會引起較大誤差，嚴重時會造成判斷錯誤。

圖1 傳感器相間干擾示意圖

2.1.1 補償算法原理

由于空氣是一個線性介質，所以3相50 Hz電場的干涉效果可以用一個復數常數矩陣|A|=|Ar|+j|Ai|表示，即有S=|A|×|V|。其中，為傳感器信號，為一次設備的電壓。所以，采用補償系數取|A|-1，則利用等式|V|=|A|-1×|S|，即可以用傳感器的信號計算一次設備的電壓。|A|可以通過軟件仿真或實際測量獲取。可見，已知3個傳感器的信號Sa、Sb、Sc和矩陣|A|-1，可以求出3項電壓值Va、Vb、Vc。

2.1.2 補償矩陣獲取方式

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

方法2：采用仿真的方法得出參數。此方法對于可行性評估和趨勢性判斷有著重要用途。如果想要采用仿真直接得出補償參數，需要建立精準的仿真模型，需要模型和實驗室數據比較，找出差異并迭代優化模型，周期較長，對于仿真軟件和物理原理的理解程度要求較高。

方法3：采用實驗室方法得出補償參數。優點是能夠得到特定情況下較準確的實際補償參數，缺點是受限于實驗室環境，只能得到實驗室可以模擬的現有情況的補償參數，且誤差受到實驗室設備和工程樣機高壓帶電顯示裝置傳感器的精度影響。

2.2 突變算法

通過突變算法進行預判斷操作，大大降低了主機計算量，顯著降低了功耗并且可以快速對線路帶電情況做出反應，使得高壓帶電顯示裝置可以應對各種復雜環境。一種基于突變算法的高壓帶電檢測方法，包括以下步驟[4]：（1）控制三相傳感器對被測設備的電壓信號進行周期性采樣；（2）突變鑒別器判斷各相在連續兩個采樣周期間采樣的電壓信號是否發生周期間突變，或者判斷各相在T個采樣周期內采樣的電壓信號是否發生累積突變；（3）經整理后的突變信號決定主機是否進行帶電判斷；（4）根據突變歷史記錄，動態整定突變參數，用以提高突變判斷的準確性。

2.3 抗干擾算法

針對主要應用的設備場景，分析引起設備判斷異常的干擾源，包括相間、線間和出線側干擾。將干擾源進行分類和隔離，并提取干擾信號的特征信息，通過搭建計算機仿真模型，模擬真實環境下距離、電壓等級、傳感器布局等外界因素對檢測準確度的量化影響，從而提出行之有效的抗干擾算法。

2.4 自檢功能

為提高檢測裝置可靠性，針對裝置經常出現故障的類型和故障點，設計裝置的主動自檢和被動自檢功能。主動自檢由系統定期自動完成，出現故障即刻顯示；被動自檢由自檢按鈕觸發完成，對設備進行全面檢測，出現故障即刻顯示。

3 結 論

高可靠性開關柜高壓帶電顯示裝置針對變電站出線側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網的應用需要提供一次設備的帶電狀態變化。