220kV變電站變電運行故障處理對策分析

國網太原供電公司 謝錫樑

當前，社會經濟飛速發展，電能使用效益突出，并且變電作業受到人們高度重視，但在實際生活中，受電氣種類繁多、電氣工作量大等因素的影響，220kV變電站變電運行作業管理水平低下，為此合理對220kV變電站變電運行故障處理對策展開分析十分必要。

1 220kV變電站變電運行常見故障

1.1 一般性故障

一般性故障屬于變電系統運行中常見的故障類型，如保險絲熔斷。雖然問題較小，但仍然會對變電系統穩定運行造成影響，為此，在發生一般性故障時，相關人員須及時分析故障原因，在明確故障根源后，運用“本土化”解決措施。

1.2 變壓器故障

變壓器是維穩變電運行的重要環節，變壓器一旦出現故障，必然會對電路造成破壞。變壓器最為常見的故障有如下幾種：變壓器繞組主絕緣在油道擁堵影響下，出現散熱不均勻的情況，導致溫度急劇上升，擊穿短路；變壓器內部零件鋼片緊固度下降，漆膜受損明顯，局部溫度上升，誘發變壓器絕緣故障；分接開關油箱缺油。

1.3 跳閘故障

在220kV變電站運行過程中，跳閘故障出現頻率較高。一旦出現跳閘故障，變電站運行質量容易受到影響。若發生跳閘危情，檢修人員必須立即檢查，快速定位故障區域，并落實保護措施。在檢查期間，先檢查線路流變，后檢查線路出口區域。

對跳閘開關部位進行檢查，精準定位故障出現原因，此外，還要檢查消弧線圈，為之后定位故障提供便利；檢查主變低壓側開關。實際上，若主變低壓側，開關出現故障時，易導致跳閘問題。在220kV變電站實際運行期間，類似于母線跳閘、開關誤動等現象，屬于主變低壓側故障表征。針對上述狀況，故障維修人員在落實維修期間，必須優先檢查設備，避免操作不當，為快速判斷跳閘故障，創造有利的條件[1]。

2 220kV變電站變電運行故障處理措施

現階段，電力系統飛速發展。但在發展期間，部分變電站仍然使用老舊電網技術及設備，導致變電運行故障出現概率增加。若故障不能從根本上消除，會對電網可靠安全性帶來挑戰，嚴重者甚至會威脅用電人員安全。而220kV變電站作為電網系統中的重要一環，若在變電運行期間出現故障，會對電網系統造成沖擊。

依據上文所闡述的220kV變電站變電運行常見故障可知，220kV變電站變電運行常見故障較多，為此，合理建設220kV變電站變電自動化智能系統尤為關鍵。下文以實際220kV變電站為研究對象，探究220kV變電站變電運行故障處理措施，同時為相關人員提供參考。

2.1 項目概況

本案例為220kV變電站，共計3條220kV運行線路，擔負著強大轉供電負荷任務，據有效統計，年轉供電量高達15億kWh。其中，220kV變電站包括斷路器、隔離開關、CT以及PT等部分。斷路器設備其額定電流為1500A，額定開關電流為45KA；CT使用的型號為LBI-220的CT，其中最大容量約為60VA；隔離開關則是由剪刀式以及開平式兩種型號構成；PT則使用容量高達2000VA的JDC6-220PT。

2.2 運行中異常狀況

因本案例所使用的斷路器屬于少油型斷路器，且投入使用之后，并未進行高頻次檢修，故障頻發，如液壓機構漏油、開關操作故障等，嚴重影響設備電網安全性能。此外，因運行時間相對較長，所以多架構會出現超負荷情況，為電網的順利運行埋下了隱患。如上文所述220kV變電站變電運行常見故障，在本案例電站運行期間均有發生，在給變電站造成經濟損失的同時，使電網系統安全遭受威脅。

2.3 220kV變電站變電自動化智能系統

如何高效率解決220kV變電站變電運行故障，如今已成為重點關注問題，在此背景下，對220kV變電站實現智能化改造勢在必行。

在具體建造智能化系統期間，首先，建立變電站模型，通過可視化模型，實現對變電站故障的信息處理。待建立模型后，再采取分層診斷以及虛擬保護措施。在發生故障后，相關人員可借助故障錄波儀器快速收集故障數據，待收集完之后，要及時傳至調度中心。隨后調度中心依據GPS先進技術，分析同步中心站及分站中的故障錄波器內存數據，進保障故障定位的精準性。

依據此規劃特性，本案例提出科學的分層診斷措施，憑借虛擬保護行為，實現對開關、電氣量等信息的多元化全方位分析，為提升信息資源利用率奠定基礎[2]。本案例中，變電站智能故障診斷及故障處理系統支持在線診斷功能，可對變壓器設備、電纜設備等運行參數進行檢驗，判斷參數是否超出閾值，是否需要采取中斷、隔離等安全保護措施。針對智能系統的程序性錯誤，可自動恢復運轉，調整參數。

故障診斷應用卷積神經網絡模型，在網絡結構之中將卷積層和池化層之間連接，基于神經元的交互減少冗余信息，并使用CNN處理高緯數據。CNN結構由輸入層、輸出層、卷積層、池化層相交叉結合。在診斷過程中，系統會基于傳感器裝置采集變電站運行過程中設備、線纜等相關參數，獲取參數內容包括電流、電壓、功率、溫度、濕度等運行參數和功率參數，具體函數公式如下：，式中：V表示特征量，i表示對應的輸出設備編號，f表示激活函數，W表示特征權重，B表示偏置系數。

在卷積模型中，根據具體的特征識別結果，實施故障診斷，判斷其是否存在故障問題。在故障處理方面，則根據故障診斷結果，切斷變電站系統故障區域，以確保故障不會擴大。故障處理則在獲取故障特征后，向PLC核心處置裝置提供數據，經由SCADA數據處理，發送指令，控制設備運行。程序型故障可采用自動化處理方案，因硬件故障所產生的問題，則無法由智能系統控制和處理。但基于特征量識別，用戶可實時了解變電站相關設備運行情況，在可視化界面中完成數據交互，制定故障處理方案，以減少故障發生概率。

2.3.1 分層診斷策略

在變電站智能化系統中，各類保護裝置會實時提供故障報告，其中，故障發生時間、故障類別、跳閘情況等模擬量有效值，均可被高效展示。如出現簡單的故障，相關人員通過系統化開關信息，推斷故障元件所處位置，在此基礎上解決故障，若發生復雜的故障，診斷人員也可借助保護信息，縮小故障范圍，為順利找到故障源提供便利。

在事故發生后，電氣量數值、保護啟動以及開關運作等相關數據，會依次展現在人們面前，智能化系統會獲取電氣量數值、保護啟動以及開關運作等相關數據，定位故障區域，并落實針對性處理措施，優化診斷處理成效。為此，故障信息分層獲取十分必要。在運作期間，為深化信息數據處理成效，調度中心可依據信息屬性和信息優先級，合理將信息分為三層。依據信息分層化特性，可將故障診斷分為下述幾步。

首先，利用開關報警的數據信息，對故障區域進行初步判定，若是簡單的故障，憑借此手段，相關人員對發生故障元件立即定位。若診斷結束，依舊未解決故障，必須進入第二層診斷。在第二層診斷中，通過收集的保護動作信息，對復雜故障定位診斷，如果在診斷期間，順利確定唯一故障解，則診斷結束，反之落實第三層診斷。值得注意的是，因故障錄波其中所包含的信息量較大，所以第三層診斷對象只針對第二層并未診斷出唯一故障解的可疑故障元件展開。

若經過三層故障診斷后，無法確定唯一故障解，調度人員需立即調用故障錄波器所記錄的波形信息展開深層次分析，以此為確定故障類型提供可能。具體診斷操作見表1。

表1 診斷操作流程包含內容

2.3.2 虛擬保護診斷策略

若系統僅出現簡單的故障，依據開關以及保護信息等相關數據，即可快速定位故障元件所在區域，獲得診斷結果。若系統出現情況較復雜的故障，僅依靠開關及保護信息手段，無法快速定位故障元件，可信度以及可操作性偏低，甚至會受可疑元件數量多的影響，出現錯誤解決現象。為此，科學處理220kV變電站變電運行故障，必須合理加入新信息源，進一步豐富信息網覆蓋面。在此背景下，為深化在復雜環境下故障錄波信息的收集效率，本案例提出虛擬保護診斷方法。

在虛擬保護診斷期間，必須以虛擬保護算法為基準，落實診斷策略。細化來講，即將離散數字信號，通過運算，求出電流、電壓幅值等相關數值的過程。相關人員在計算前，利用了半周積分、富氏算法以及微分方程算法等，將模擬信號轉換變為數字信號。下面筆者將介紹主要算法。

一是半周積分算法。此算法主要調控純正弦量采樣值。在使用期間，因出現故障，電流以及電壓之內都存在信息“形態”不一的暫態分量，數據采集系統會因系統偏差，出現相關故障，為此，在使用半周積分算法時，若相關人員想要獲得精確的結果，應將此算法與數字濾波器配合使用。在微機保護之中，求取積分的手段有兩種，一是借助梯度法則，求出具體積分的近似值，計算公式如下：

式中：μk表示第K次采樣具體值，N表示每工頻周期采樣點數。待求出積分值M的近似值之后，可以得出電壓有效值：。第二種方法主要是通過采樣求和替代積分值完成計算。因積分值和信號幅值成比例，可采用下述公式求出具體的電壓值：

式中：M表示具體積分值；μk表示第K次采樣具體值。

二是富氏算法。此算法基本思想起源于傅里葉級數。富氏算法在運作期間，是假使輸入信號自帶周期性性能函數信號，此類函數輸入信號，除擁有基頻分量外，內在“架構”只包含恒定直流分量以及各種類整次諧波分量。在此背景下，輸入信號可依據下述公式表示為：，式中：X0表示為恒定直流的分量，ω表示為基頻角頻率，Xn表示為第n次諧波分量幅值，φn表示為第n次諧波分量相位，利用上述公式展開計算，并采用虛實部形式結合的手段，可演變成下述計算公式：，式中：XRn屬于為第n次諧波分量實部；XLn屬于第n次分量虛部。

三是遞推最小二乘算法。此算法屬于參數估計理論之中較為常見的方法，被廣泛應用于數據處理領域之中。遞推最小二乘算法，其運作過程，是將包含分量輸入與預設信號模型，依據最小二乘原理，實現擬合運作，待擬合完成之后，再借助擬合誤差最小原則，明確預設模型參數。遞推最小二乘算法，這種算法有著突出的使用優點，可將其稱為多元可變數據窗，此外，此種算法計算過程簡便，可滿足不同場合對參數精度的需求，適用性較強。

四是微分方程算法。此類算法，在輸電線路距離保護這類工程中較為常見，微分方程算法不需要相關人員求出電壓幅值或電壓相位，利用上述算法，可以計算電抗值以及電阻值，迅速、準確判斷和分析，實操性極為顯著。

綜上所述，想要優化220kV變電站變電運行成效，在故障發生期間，快速定位故障所處地域，必須針對變電站情況，在充分結合智能化、自動化變電站改造經驗的基礎上，對變電站實施自動化改造，改善變電站設備狀況，完善網絡結構、保障裝置可靠性。