電力系統繼電保護自動專業巡檢技術研究

陳禹志，徐浩，董亞麗，孫曉佳，李鵬，陳志彪，邊虎塞

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

0 引言

隨著新型電力系統建設逐步推進，安全可靠供電要求更高，需要電網隱患篩查治理更精準、故障恢復更及時。繼電保護是保障電力系統安全穩定運行的第一道防線，其專業管理水平、運維水平和檢修水平直接關系一次設備和整個電網的運行水平。結合近年來的電網故障分析，壓板、定值、回路、裝置等方面問題禁而未絕，繼電保護隱患排查治理還任重道遠，是新型電力系統建設需要重點解決的技術難題[1－6]。國網西藏電力有限公司是新型電力系統建設試點單位，相關工作更應在初期走在前列[7－12]。

二次系統專業巡檢是提高繼電保護系統安全可靠水平的重要手段。通過二次檢修班組專業技術人員一年兩次的人工現場專業巡檢，全面掌握裝置模擬量采樣、差流、開關量采樣、壓板標識及投退情況、裝置信號燈、歷史事件告警報文、GPS對時、回路、紅外測溫等情況，彌補運行巡檢工作重點不突出、專業水平欠缺、電網季節性特征針對性不強的不足，提升西藏自治區電網繼電保護正確動作率。

但隨著大二次專業的融合及電網規模的不斷發展，二次班組人員從事的專業范圍越來越廣，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。特別是西藏自治區面積大、變電站偏遠，人工巡檢耗費大量人力、物力及時間，制約了電網的高質量發展[13－16]。例如，2021年3月那曲江達變跳閘事故中，調查人員清晨出發，深夜才到達事故現場，影響供電恢復和村民度冬保暖，路途中人身安全也受到影響。有鑒于此，本文嘗試依托D5000系統等現有數字化成果，探索二次系統新的管理和技術手段，實現專業巡檢由人工巡檢向自動巡檢升級，提升專業巡檢實時性、效率效益和精益化水平。

1 D5000系統現狀

D5000平臺故障信息處理系統是一套布置在調度數據網安全II區的繼電保護信息收集系統，使用對象為繼電保護專業技術人員和調度員，其功能主要是遠程獲取變電站繼電保護裝置的運行數據，用于變電站故障后保護動作信息的遠程收集[17－19]。該系統主要由位于變電站內的保信子站、故障錄波子站和位于調控中心的主站系統構成，子站裝置與站內繼電保護裝置、故障錄波裝置通信，獲取裝置內的運行數據和故障報文、錄波數據等信息，然后通過調度數據網上送至主站系統。

該系統能夠采集繼電保護裝置中的所有運行信息，包括定值、模擬量采樣數據、功能壓板和軟壓板狀態、開關量狀態、故障報文、告警事件報文、保護故障錄波報文，并可以從站內故障錄波裝置中獲取獨立的故障錄波數據。其功能定位主要用于變電設備故障后遠程收集與故障元件有關的繼電保護裝置動作報文和錄波數據，并歸集形成故障簡報推送給D5000系統下的智能告警功能模塊，及時提供故障信息，便于事故處理。同時，為繼電保護專業技術人員提供詳細的故障信息和數據，便于事故分析。

2 自動專業巡檢算法制定

故障信息處理系統主要側重于故障后信息的歸集，卻并未有效利用正常運行中的信息。實際上故障信息處理系統可以提供二次系統專業巡視工作中對于裝置運行數據的檢查內容，如定值、模擬量、開關量、軟壓板、異常告警信號燈檢查所需的絕大部分現場數據，只是這些數據目前處于閑置狀態。通過對該系統數據進行二次處理，可以實現專業巡檢的自動化。本文提出通過主站系統遠程采集保護裝置的定值、模擬量采樣信息、壓板信息、開關量信息及異常報文等信息，設置對比基準或一定的規則，實現裝置運行數據的校核，其架構如圖1所示。以下以保護定制核對和模擬量校核為例說明自動巡檢算法。

圖1 繼電保護自動專業巡檢系統架構

2.1 保護定值核對

繼電保護定值是確保保護功能可靠有效的根本前提。現場專業巡檢往往需要運行人員、檢修人員參照運行定值單對裝置中定值逐項核對，費時耗力，且可能因人為疏漏出現核對錯誤。在推行二次專業巡檢后，定值錯誤導致保護不正確動作案例仍時有發生。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確度。保護定值自動核對算法主要包括基準定值錄入(設置)、定值自動核對及生成核對結果三部分。

1)基準定值單的設置。實現的方式有三種:一是收集各地市(區)公司在用的各類型繼電保護設備的定值單，按設備類型進行核對，并最終形成全網統一格式的定值單；二是與定值整定計算程序接口，開發專用的格式；三是通過召喚繼電保護裝置內的當前定值，通過人工核對后固化為定值核對的基準，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或自動對選定的批量保護召喚實際運行定值，與選定的基準值進行比對，不一致時差異、高亮顯示，并給出告警。

3)生成核對結果。核對完畢后，可生成全部設備核對記錄表，并對異常的定值單和裝置給出告警信息。運行人員根據告警信息，及時進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

現場專業巡檢模擬量的主要方式是對裝置模擬量進行逐一檢查，同樣存在人為疏漏問題，特別是異常情況判斷嚴重依賴于巡檢人員自身技術水平，存在巡檢不到位問題。自動專業巡檢主要針對電流電壓采樣值，進行多數據源之間幅值和相位的比對及三相不平衡度的計算，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裝置為雙重化配置，兩套裝置的采樣回路獨立，可以對兩套裝置的采樣數據逐項進行相互比對校驗。110 kV電壓等級繼電保護裝置為單套配置時，對采樣間隔保護與母線保護對應間隔的模擬量采樣數據進行比對，并需要有變比折算的參數設置功能。考慮到采樣環節中各種誤差，兩套保護裝置的采樣值不可能完全一致，設置誤差在5%之內即認為一致；雙重化配置的兩套保護一般為兩個廠家的裝置，其上送的模擬量數據不完全一致，僅針對兩套保護裝置上送的三相電壓、電流、差動電流及零序電壓電流等進行比對。

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

1)召喚模擬量。支持手工選定保護或設定批量設備自動進行模擬量召喚。

2)三相電流電壓平衡檢查。對保護設備回應的模擬量結果進行分析計算，檢查幅值和相角是否平衡。

3)與主(備)保護一致性檢查。核查同個一次設備下主、備保護或同一個間隔下多個保護、測控之間的三相電流、電壓值的一致性，對比誤差大于5%時按不一致處理。

4)告警。對于發現不一致、越限或越變化率的情況進行告警提示。

5)校核結果。校核完畢后，支持生成全部設備檢查記錄表。

3 高級功能開發

3.1 故障智能分析功能

3.1.1 原始動作報告

根據一二次設備關聯關系，自動對從I區保護(安控)設備在線監視模塊收到的保護實時事件、故障特征量、保護錄波文件及II區采集的錄波器錄波文件信息進行篩選、過濾，將一次故障相關的保護真實跳閘信息、保護錄波及錄波器錄波文件進行挑選、整理，形成原始動作報告。

3.1.2 事故分析報告

在原始故障包基礎上，進一步對錄波文件進行分析，并形成簡潔的結論性分析結果，如故障類型、持續時間、故障電流、故障元件、故障測距等及關鍵跳閘事件等。

3.1.3 錄波分析報告

對收到的錄波文件進行自動分析，給出分析結果報告，啟動錄波生成啟動分析報告、故障類錄波形成故障分析報告，以方便專業人員提前發現設備隱患或快速定位故障。

3.1.4 保護動作時序回放

支持對當次故障的電流電壓變化、開關量時序變位等情況以圖形化方式自動回放，以方便專業人員進行故障分析。

3.1.5 故障測距計算

支持單端和雙端測距計算，當僅有線路一端的錄波文件時，自動按單端計算測距；否則，根據歸檔的事故報告，抽取線路兩端的錄波器錄波文件進行自動雙端測距計算，并將計算結果在最終的事故報告中進行展示。

3.2 運行報表管理

3.2.1 實時統計

實時統計并更新廠站、設備的最新運行情況，為界面實時顯示提供基礎，主要功能如下。

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

3.2.2 報表生成

自動生成廠站、設備運行情況及專業巡視等報表，并支持自動形成月報表。

1)廠站、設備運行情況報表

按地區。廠站中斷率:本地區所有廠站總計運行時間、通信斷開時間、中斷率；裝置中斷率:本地區所有保護總計運行時間、通信斷開時間、設備檢修時間、中斷率、檢修率；計算裝置中斷率應排除檢修時間段。上述信息以表格和柱狀圖方式展示。

按廠站。中斷率:本廠站總計運行時間、通信斷開時間中斷率及中斷明細；裝置接入率:本廠站應接裝置總數、實接裝置總數及接入率；裝置中斷率:本廠站所有保護總計運行時間、通信斷開時間、檢修時間中斷率、檢修率及其明細；計算裝置中斷率應排除檢修時間段。上述信息以表格及圖形方式展示。

2)電網故障報表

正確收集率:總故障次數、信息收全次數及正確收集率；故障類型:各類型真實故障次數及其在總故障中所占比例；故障報告生成總數、真實跳閘報告個數、調試及檢修類報告個數。

3)專業巡視報表

全網裝置錄波文件總數、啟動錄波、故障錄波及啟動異常錄波次數及明細；定值不一致、開關量不一致、模擬量不一致、軟壓板不一致總次數及明細；各地區設備故障告警、運行異常告警、裝置啟動和啟動異常、定值不一致、開關量不一致、模擬量不一致、軟壓板不一致總次數及明細。

4 結語

本文基于西藏電網繼電保護問題頻發、專業巡檢耗時費力現狀，研究開發了基于D5000故障信息處理系統的繼電保護自動專業巡檢系統，詳細闡述了系統架構、邏輯規則和高級功能。該系統以主站系統遠程采集的保護裝置定值、模擬量采樣信息、壓板信息、開關量信息及異常報文等信息為基礎，通過設置對比基準或一定的邏輯規則以及深度挖掘，實現了對變電站繼電保護裝置定值、壓板狀態、開入量狀態和模擬量的遠程自動校核、異常告警及統計分析、事故分析和波形反演。該系統已在西藏自治區進行部署，提升電網供電能力。