基于保信系統的保護區外故障分析功能研究

鐘寶華 危 樂

（廣東電網有限責任公司河源供電局，廣東 河源 517000）

0 引言

繼電保護正常運行是保障電網安全穩定的重要前提，為了讓新投運的繼電保護裝置能在電網故障時經受住考驗，專業人員發明了保護區外故障分析工作模式，通過觀察區外故障時新保護的狀態來判斷該裝置定值、回路或功能是否完備且正確。但常規的區外故障分析太依賴人力資源和運維人員的技能水平，一方面需要運維人員到現場或在保信主站端開展，另一方面又對運維人員有很高的技能水平要求，在運維部門人力資源緊缺且人員技能水平參差不齊的大背景下，保護區外故障分析的效率和正確性大打折扣。故本文提出一種電力系統繼電保護裝置區外故障分析方法[1]，基于繼電保護信息系統的數據基礎，通過研究智能分析判別方法實現相關變電站的相關繼電保護裝置全流程區外故障分析并得出結果。如此一來，設備運維效率大大提高，繼電保護裝置及二次回路隱患更容易被發現，保護誤動或拒動事件將大大減少，從而有利于確保電網安全穩定運行。

1 專用名詞介紹

“繼電保護裝置區外故障分析”，顧名思義即繼電保護裝置在主保護范圍外發生故障時，開展本間隔繼電保護裝置動作情況分析，主要通過保護啟動情況、電流電壓波形等數據分析繼電保護裝置及二次回路運行是否正常。

“繼電保護信息系統”，又稱保信系統，指的是一種可以遠程召喚變電站內保護定值、錄波和狀態量等信息的主站系統，通常部署在電網公司各級調度機構，用于開展繼電保護裝置的遠方巡視、特維、修改定值等工作。

2 常規工作模式

當前，電網公司的變電站繼電保護裝置運維人員開展繼電保護裝置區外故障分析的工作模式有兩種：一種是運維人員直接前往變電站檢查故障元件相鄰設備保護裝置開展分析，優勢在于信息比較直觀，缺點是耗時較長、打印的動作報告較多；另一種是通過保信系統遠程召喚故障元件相鄰設備保護裝置數據開展分析，優勢在于耗時較短、不用打印報告，缺點是信息不夠直觀。兩種工作模式各有利弊，總的來說，第二種模式更高效便捷一些，但均需要專業人員分析判斷，智能化程度較低。

3 區外故障分析新模式

針對常規工作模式的缺點和不足，本文研究了一種保護區外故障分析新模式。將保信系統采集的繼電保護設備信息進行實用化處理，首先實現電網一、二次設備協同拓撲化，便于定位故障元件后檢索需開展區外故障分析的二次設備；其次，通過智能判斷方法全流程開展繼電保護裝置區外故障分析；最后，得出相關繼電保護裝置的局域區外故障分析報告輸出給專業運維人員。詳細功能介紹如下。

3.1 電網一、二次設備協同拓撲化

通過對保信系統相關站點數據進行建模，構筑一、二次設備協同拓撲圖，如圖1所示。對圖中關鍵數據進行收集關聯，例如拓撲連接情況、保護裝置名稱、電壓等級等，通過拓撲化可實現依據判斷條件快速檢索需開展區外故障分析的相關二次設備。圖1中簡單介紹了一個電力系統一、二次拓撲，含220 kV/110 kV/10 kV局部電網系統，圖中舉例介紹了部分二次設備關聯，如A站220 kV甲線間隔關聯“A站220 kV甲線保護一”“A站220 kV甲線保護二”、A站110 kV母線間隔關聯“A站110 kV母線保護”、D站甲號主變間隔關聯“D站甲號主變保護一”“D站甲號主變保護二”等，每個一次設備間隔都會關聯相應的二次保護裝置，有些保護是雙重化配置[2]，有些是單配置。

圖1 一、二次設備協同拓撲圖

3.2 區外故障分析方法

基于上述一、二次設備協同拓撲圖，在電網發生故障時，通過對故障元件的相鄰設備拓撲檢索，開展繼電保護設備區外故障分析，下一章節重點介紹。

3.3 區外故障分析報告

根據上述內容，得出區外故障分析報告，給出相關繼電保護裝置的分析結果（區外故障分析正常與否），供專業運維人員審閱、歸檔。

4 區外故障分析方法

本文提出了一種區外故障分析方法，主要由1個主程序和3個子程序組成。

4.1 區外故障分析方法主程序

用于定位一次故障元件設備，然后通過圖1中的拓撲結構，檢索出相鄰一次設備元件，開展相應的繼電保護裝置區外故障分析，流程圖如圖2所示。圖中第一步為“主程序開始”，用于啟動主程序；第二步為“系統發生故障”，當電網發生故障時流轉至此步驟；第三步為“定位故障一次設備，收集動作信息”，通過保護動作情況定位一次故障設備，收集保護裝置報文中的動作時刻、故障相別等動作信息[3]；第四步為“通過拓撲圖檢索同一電壓等級的相鄰一次設備為【1、…、X】”，指的是將故障元件相鄰的同一電壓等級的一次設備排列成一組數組，對應相應的一次設備和二次設備間隔，例如圖1中220 kV甲線發生故障，則將【A站220 kV乙線（A站220 kV乙線保護一/A站220 kV乙線保護二）、B站220 kV丙線（B站220 kV丙線保護一/B站220 kV丙線保護二）】一、二次設備排列對應，便于后面分析；第五步為“i=1”，即定義計數常數i=1；第六步為“開展第i個設備保護的區外故障分析子程序1”，即流轉至子程序1開展第i個設備保護區外故障分析；第七步為判斷i是否小于X，如果是則i=i+1，繼續執行第六步，如果否則停止循環、執行下一步；第八步為“輸出區外故障分析報告”，即將上述相關保護區外故障分析結果匯總整理輸出成可查閱的報告形式；第九步為“結束”，用于結束主程序。

圖2 區外故障分析方法主程序流程圖

4.2 區外故障分析方法子程序1

根據主程序檢索結果，首先開展保護雙重化判別，然后再逐個開展繼電保護裝置區外故障分析，主要通過繼電保護裝置啟動情況和故障相別比對判斷，得出分析結果，流程圖如圖3所示。其中最為關鍵的環節是確認保護判別出來的故障相別是否與故障設備故障相別一致，如果一致則可以斷定該保護區外故障分析結果正確。

圖3 區外故障分析方法子程序1流程圖

子程序1中判斷出未啟動保護時，并無法判別出相關保護區外故障分析結論，故通過子程序2、子程序3來判別。

4.3 區外故障分析方法子程序2

適用于單套配置的保護判別，子程序2將保護召喚定值與存檔電子定值進行比對，比較保護裝置定值項目中軟壓板和保護裝置開入功能硬壓板狀態，確認保護裝置定值和功能狀態均正常的情況下，則判斷該保護區外故障分析無異常，否則判斷為有異常。流程圖如圖4所示。

圖4 區外故障分析方法子程序2流程圖

4.4 區外故障分析方法子程序3

適用于雙套配置的保護判別，同理，將保護召喚定值與存檔電子定值進行比對，比較保護裝置定值項目中軟壓板和保護裝置開入功能硬壓板狀態，確認保護裝置定值和功能狀態均正常的情況下，則判斷該保護區外故障分析無異常，否則判斷為有異常。流程圖如圖5所示。

5 結束語

本文基于變電站繼電保護專業常規開展的保護區外故障分析工作，研究了一種基于保信主站的區外故障分析新方法新模式，通過對保信主站的數據進行深層次加工處理，將故障元件及相鄰元件的保護啟動等信息收集綜合判斷[4]，得出相關保護的區外故障分析結果供運維人員參考使用。此研究完全切合新型電力系統數字化、智能化轉型需求，通過智能高級應用替代常規工作模式，不僅大大提高了工作效率，同時還提高了區外故障分析的及時性和準確度。此研究成果是保護智能運維領域的一個新突破，可以全面大力推廣，具有極強的實用性和可復制性。做好保護區外故障分析，能夠確保保護裝置正常運行，筑牢電網第一道防線。

圖5 區外故障分析方法子程序3流程圖