35 kV電網繼電保護二次回路故障診斷方法

常 煜，齊曉光

（1.國網巨鹿縣供電公司，河北邢臺 055250；2.國網隆堯縣供電公司，河北邢臺 055350）

引言

繼電保護裝置主要用于實現電路的精準控制，保證電網安全，是維護變電站安全穩定的第一道防線，具有十分關鍵的作用。近幾年來，隨著我國電網范圍的不斷擴大，部分繼電保護裝置出現了無法滿足強負荷電力調度的狀況，由于變電站的設備通常具有一定的關聯性，在日常運行過程中，如果出現異常，而未進行及時地維修與切斷，將很容易造成大面積的電力損失，同時還會造成關聯性的設備破壞，進而引發電力系統出現連鎖故障，進一步擴大故障停電的范圍[1]。面對這種狀況，變電站以及電網的操作人員通常會設置二次回路的方式來避免問題的發生，同時對相關設備所出現的故障作出診斷。我國主要以35 kV的電網為核心調度網，35 kV電網繼電保護二次回路是一種診斷功能極強的裝置，當電路發生故障或者異常的情況時，傳統的診斷裝置可能會將所控制的電路全部斷電，以此來保證其他設備的安全性，但是這種突發性的斷電也很容易給設備造成運行的壓力，甚至會縮短其使用壽命，而繼電保護二次回路裝置相對較為智能，它會對相對異常區域進行勘察，如果存在的問題具有一定的擴散性，有可能影響其他設備的運行，裝置將會選擇性地斷電，并且會持續性關閉裝備，保證設備內部器件的運行壓力[2]。然后進行故障診斷，并在控制平臺上警示。因此，對35 kV電網繼電保護二次回路故障診斷方法進行設計，通過較為科學的方法構建診斷的結構以及模型，在原本的基礎上進一步優化診斷功能，以此來全面提升診斷的質量和效率。

1 35 kV電網繼電保護二次回路故障診斷方法設計

1.1 計算二次回路廣義變比

進行電網繼電保護二次回路故障診斷方法的設計之前，需要先計算相對應的二次回路廣義的實際變比。一般情況下，電磁式和電子式的電流互感器通常都會被安裝在電網控制電路的核心區域，一定程度上起到了繼電保護的作用，是目前應用最為廣泛的電流互感器[3]。不僅如此，還可以對電流進行二次處理，將剩余的電流轉換為繼電保護計算所用的數字量。所以在這個過程中，就需要先計算出首次電流轉換的比值，如式（1）所示。

式中：D表示轉換比值；g表示交互范圍；α表示回測比值。通過以上計算，可以得出實際的轉換比值。通過上述的轉化比值將回測的電流重新轉換為數字量，并將實測的數字量與轉換所獲取的數字量對比，取較大的一組，以此為基礎，繼續計算二次回路的廣義變比，如式（2）所示。

式中：H表示二次回路的廣義變比；v表示動態回測系數；ω表示多路識別值。通過以上計算，最終得出實際的二次回路的廣義變比。需要注意的是，此變比通常不是固定的，會根據電網實際的運行情況，適當地調整差值，但調整的幅度不會太大，以此來保證不超過額定電流的預期范圍。

1.2 設計繼電保護重疊誤差故障診斷模型

在完成二次回路廣義變比計算后，設計繼電保護重疊誤差故障診斷模型。重疊誤差主要是對35 kV電網進行故障診斷的過程中，通過誤差模型，將電網中存在的重疊故障以及隱患故障作出辨別以及處理的一種技術。通過專業的設備和測量儀器，獲取35 kV電網的基礎運行數據以及異常信息，將重要數據信息匯總整合，設定重疊誤差的標準，重疊誤差標準如表1所示。

表1 重疊誤差標準

根據表1中的重疊誤差標準，進行實際誤差模型的標準設定。完成后在這個范圍之內建立重疊誤差模型相對應的故障診斷結構，該結構是層級結構，大致可以分為3層，分別為故障定位結構，這部分是基礎結構，主要負責確定電網中異常和故障的位置，以便于之后的處理。其次是分析層級，在完成故障定位之后，由分析處理層級來對故障的具體原因以及產生環境做出分析。頂層為故障的診斷處理層級，這個層級實質上是真正的診斷層，會形成較為具體的診斷方案以及處理對策，極大地提升了故障診斷的效率和質量。建立診斷結構，將計算所得的二次回路變比添加在結構相對應的層級之中，并且依據重疊誤差的實際標準，設定模型的重疊誤差，完成繼電保護重疊誤差故障診斷模型的設計。

1.3 多參量融合法實現故障診斷方法的設計

在完成繼電保護重疊誤差故障診斷模型的設計之后，利用多參量融合法來最終優化實現故障診斷方法的設計。在診斷模型之中進行多參量設計。先在每一個診斷結構中分別建立對應的故障感應節點，并將其與重疊結構相關聯，當節點通過監測設備感應到故障以及異常情況時；然后，將相關的數據信息傳輸至模型相對應的診斷層級中，在綜合診斷區域建立多參量的故障融合體系，可以將層級診斷的結果進行二次核查，并給予對應的解決方案。按式（3）計算診斷實測的融合比例。

式中：U表示實測的融合比例；h表示回測變化范圍；R表示參量系數。通過以上計算，可以得出實際的融合比例，依據此比例進行多參量的融合，進一步縮小故障診斷的范圍，完成35 kV電網繼電保護二次回路故障診斷方法的設計。

2 方法測試

2.1 測試準備

本次主要對35 kV電網繼電保護二次回路故障診斷方法實際應用的效果進行驗證。首先，采用PSCAD/EMTDC搭建測試環境，并設置基礎性的測試，電網母線的總長度范圍需要確定在360 m左右即可；然后，調整電網各個控制區域的額定電流均為1600 A，同時電流互感器的動態變比為M=1350/5，在此基礎上，將電源的控制模式更改為單相。額定電壓頻率為60 Hz，根據以上基礎指標參數值，按式（4）計算實際二次回路的綜合負載量值。

式中：K表示實際二次回路的綜合負載量值；δ表示額定差值。通過以上計算，可以得出實際的二次回路的綜合負載量值，此數值為綜合的負載指標，當電網出現異常的情況時，計算出的此數值為所能夠承受的最大電力負載值范圍。一旦超出這個范圍，便很容易造成關聯設備的損壞。測試共分為兩組，一組為傳統的差值故障診斷法，將其設定為傳統差值故障診斷測試組；另一組為本研究所設計的故障診斷方法，將其設定為重疊故障診斷測試組。兩組方法同時進行測試，核查測試所用設備是否處于穩定的運行狀態，確保不存在影響最終測試結果的外部因素后開始測試。

2.2 測試過程及結果分析

在上述搭建的測試環境中進行故障診斷方法的測試，具體測試步驟如圖1所示。

圖1 故障診斷測試步驟

按圖1中的步驟測試，最終可以得出兩組測試結果，對其進行對比，具體如表2所示。

表2 故障診斷測試結果對比

從表2可以發現，在相同的測試環境下，對比于傳統的差值故障診斷測試組，重疊故障診斷測試組的方法所獲取的誤差率相對較低，表明其在對故障進行診斷時出現的誤差相對較小，最終的診斷結果較為精準，具有一定的實際應用價值。

3 結束語

設計與研究35 kV電網繼電保護二次回路故障診斷方法。此種診斷方法具有更強的靈活性和應變性，在不同的設備以及電力調度環境中，可以最大程度地保證診斷的精準性和完整性，同時，依據物理鏈路與邏輯鏈路的方式，增加了對繼電保護二次回路的監測功能，進一步完善了故障診斷的總體結構。這不僅降低了故障發生的頻率，還提高了35 kV電網運行的整體安全性，保證了我國電力系統的穩定運行，推動電力企業的長遠發展。