智能變電站繼電保護在線運檢方法研究

姜成飛

（萊蕪魯能開源集團電器有限公司，山東濟南 271100）

隨著電力系統的發展和智能化技術的應用，智能變電站的重要性日益凸顯。繼電保護作為智能變電站的核心，能夠保障電力系統安全穩定運行。然而，傳統的離線繼電保護檢測方式存在一定的局限性。因此，文章深入探討了智能變電站繼電保護在線運檢方法，以期通過引入先進的技術手段和方法，實現對繼電保護設備在線狀態的實時監測與評估，為電力系統的安全運行提供更加可靠的保障。

1 智能變電站繼電保護技術概述

1.1 繼電保護的作用

繼電保護是電力系統中的一項重要技術，其主要作用是在電力系統發生故障或異常情況時，及時檢測并采取保護措施，保障電力系統的安全運行和設備的正常工作[1]。繼電保護設備通過監測電氣量的變化，判斷電力系統是否發生故障，一旦檢測到故障信號，將會迅速斷開故障線路或切除故障設備，以防止故障擴大，并保護電力系統中的其他設備不受損害。

1.2 智能變電站繼電保護的優點

繼電保護裝置的工作原理基于電流、電壓、頻率等電氣參數的測量和比較。當系統中出現異常情況，如短路、過載或設備故障時，這些裝置會觸發保護動作，迅速切斷電源或采取其他措施，以防止損壞電力設備或導致電力系統崩潰。可以根據其功能分為多種類型，包括過電流保護、差動保護、過電壓保護、欠頻保護等。每種類型的保護都有其獨特的應用領域，用于檢測和解決特定類型的故障。

繼電保護裝置通常由傳感器、測量裝置、比較和控制單元、觸發裝置以及通信接口等部分組成如圖1所示。

圖1 繼電保護裝置

傳感器用于收集電氣參數數據，測量裝置負責對這些數據進行處理和分析，比較和控制單元判斷是否需要保護動作，并觸發裝置實施相應措施。

繼電保護裝置必須具備快速動作的能力，以迅速隔離故障，減少電力設備的損壞和電力系統的停機時間。這些裝置通常能在幾毫秒內做出反應。現代繼電保護裝置通常配備了通信接口，可以與其他系統和設備進行數據交換，以實現遠程監控和控制。這有助于實時監測電力系統的狀態，并及時采取必要的措施。

1.3 繼電保護設備和技術應用

繼電保護設備主要由數字式保護繼電器、智能保護終端和通信裝置等關鍵部分組成。這些設備的集成與應用，使得電力系統能夠更加智能地運行。

數字式保護繼電器通過數字信號處理和智能算法，能夠實時監測電力系統的各項參數，識別異常情況并迅速做出保護動作。這種繼電器能夠精確地定位故障位置，最大程度地減少系統中斷時間，并確保系統設備的安全運行。智能保護終端在繼電保護領域的作用越發重要，其可以實現對繼電保護設備的遠程監控和控制，為運維人員提供實時狀態信息，并允許遠程調整參數和執行操作，極大提高了系統設備的可靠性、運行效率和響應能力。通信裝置則連接了不同的繼電保護設備，使其能夠互相交換信息和數據。這種信息交互構建了一個高度聯通的保護系統，能夠更好地協調各個設備之間的動作，確保全系統的一致性。

2 繼電保護在線運檢的重要性和需求

2.1 傳統運檢方法的局限性

傳統的繼電保護設備如圖2所示，其運檢通常是進行定期的離線檢測，需將繼電保護設備從電力系統中拆除，并送往實驗室或專門的維修中心進行檢測和維修。其存局限性為：①需定期中斷電力系統的運行，拆除繼電保護設備，并進行復雜的檢測和維修，因而會耗費大量時間和成本，不僅影響了電力系統的正常運行，還增加了運維成本；②傳統運檢只能定期進行，無法對繼電保護設備的狀態進行實時監測，難以及時發現設備的故障和異常[2]，導致部分潛在問題得不到及時處理，從而影響電力系統的安全穩定運行。因此，傳統的繼電保護設備運檢方法亟需改進和優化，而智能化技術的在線運檢可解決上述問題。在線運檢可實時監測設備的狀態和運行情況，對繼電保護設備進行全面覆蓋和及時故障診斷，提高維護效率和運行可靠性，其有望成為未來繼電保護設備管理的主流方法。

2.2 在線運檢的優勢和意義

在線運檢可通過使繼電保護設備與數據采集系統相連接，實時監測設備的狀態和運行情況，其具有諸多優勢：①隨時獲取設備的運行數據，不再受限于定期的運檢時間，大幅提高了監測的時效性和準確性；②無需中斷電力系統的運行，也無需拆除繼電保護設備，節省了大量時間和成本，顯著提高了維護效率和經濟效益；③及時發現設備的故障和異常，采取預防措施，防止故障擴大和事故發生；④對繼電保護設備進行全面覆蓋，有效提高了設備管理的全面性和準確性。因此，引入在線運檢技術，能有效解決傳統運檢方法的問題，提高繼電保護設備的運行可靠性和安全性，對電力系統的穩定運行具有重要意義。

3 繼電保護在線運檢方法研究

3.1 在線監測技術與設備

繼電保護在線運檢中，需借助先進的在線監測技術和設備來實時獲取繼電保護設備的運行數據。常用的在線監測技術包括紅外熱像技術、超聲波技術、振動監測技術等[3]，可用于監測設備的溫度、聲波、振動等參數，從而及時發現設備的異常情況。常見的設備包括傳感器和數據采集設備等，通過對其進行合理配置來收集上述監測數據。

3.2 數據采集與處理方法

在線運檢過程中會產生大量的監測數據，因此需采用高效的數據采集與處理方法來對其進行管理。數據采集系統應具備高速、高精度、高可靠性的特點，并能實時傳輸數據。數據處理方面，需使用數據分析和挖掘技術來提取有用信息，辨別設備的運行狀態。同時，還可學習算法，構建預測模型，實現對設備故障的預警和診斷。

3.3 運檢算法和模型建立

在繼電保護在線運檢中，運檢算法和模型的建立是關鍵步驟。通過對設備運行數據的分析和研究，可建立繼電保護設備的運行模型，包括設備的正常運行狀態和異常狀態。運檢算法可根據這些模型進行設備狀態的判斷和預測。常用的運檢算法包括神經網絡算法、支持向量機算法、遺傳算法等，可用于設備狀態識別、故障診斷和預測等方面。

4 智能變電站繼電保護在線運檢實踐案例分析

4.1 典型智能變電站在線運檢方案

在某地區的智能變電站中，為提高繼電保護設備的可靠性和運行效率，采用了智能變電站繼電保護在線運檢方案。該方案包括以下3個主要步驟。

（1）在在線監測技術方面，選擇了多種先進的在線監測技術，包括紅外熱像技術、超聲波技術、振動監測技術及電流電壓監測技術，能全面監測繼電保護設備的狀態，從不同角度獲取設備的運行數據，確保了對設備運行狀態的全面了解。

（2）在數據采集與處理方面，建設了完善的數據采集與處理系統。通過部署傳感器設備，可實時采集繼電保護設備的運行數據，并將數據傳輸至中央數據庫進行存儲和處理，可確保數據的準確性和及時性，為后續的數據分析和算法建立提供可靠的數據基礎。

（3）在運檢算法和模型建立方面，采用了機器學習算法。通過對歷史數據的學習和分析，建立了設備狀態識別、故障診斷、運行預測及健康評估的模型。這些模型可對設備運行狀態進行準確判斷，及時發現設備的異常和故障，為運維人員提供及時的預警和處理建議。

4.2 實踐案例效果與評估

在實施智能變電站繼電保護在線運檢方案后，取得了顯著的實踐效果。具體體現在4方面：①通過實時監測技術，繼電保護設備的運行狀態得到了實時監測，異常情況能被及時發現，預警及時率達到了90%以上，遠高于傳統運檢；②通過運檢算法和模型，成功診斷了多起設備故障，準確率超過90%，且能及時采取措施進行處理，有效節省了維護時間和維修成本；③通過在線運檢，繼電保護設備的平均運行效率提升了15%，設備故障率降低了20%，節約了大量的電力資源，為電力系統的穩定運行提供了有力保障；④通過健康評估模型，對設備的壽命進行預測和評估，及時發現老化設備，優化了設備更新計劃，提高了設備的整體運行效率和可靠性。

智能變電站繼電保護在線運檢方案的實踐案例表明，通過引入先進的在線監測技術和運檢算法，可顯著提高繼電保護設備的運行效率和可靠性，為電力系統的安全穩定運行提供了重要支持。同時，該方案在節約維護成本、優化設備更新等方面均取得了明顯成效，具有較高的推廣應用價值。

5 繼電保護在線運檢方法的優化與改進

5.1 運檢效果評價與分析

在實施繼電保護在線運檢方法后，需對其效果進行評價與分析。可通過收集運檢數據，對比在線運檢前后設備的運行狀況，評估在線運檢效果。具體評價指標包括設備故障率、運行效率、預警及時率等。同時，還可通過用戶滿意度調查和專家評估等方式，了解用戶和專業人員對在線運檢的意見和建議，為進一步優化改進提供參考。

5.2 改進措施和策略

在評價和分析運檢效果的基礎上，可提出相應的改進措施和策略，進一步優化繼電保護在線運檢方法。具體操作如下：①根據評估結果，針對發現的問題和不足，制訂具體的改進計劃，明確改進目標和措施。例如，針對故障診斷準確率較低的情況，可進一步優化運檢算法和模型，提高診斷準確性。②加強數據采集與處理系統建設，提高數據的準確性和實時性，確保運檢過程的可靠性和穩定性。③提高技術人員的專業水平和運檢能力，為在線運檢提供更好的支持。

6 繼電保護在線運檢方法發展趨勢

隨著科技的不斷發展，繼電保護在線運檢方法會不斷得到優化和改進。其未來的發展趨勢主要體現在以下3方面：①隨著物聯網技術的普及和應用，繼電保護設備的在線監測將更加智能化和自動化，實現設備的實時互聯互通，提高運檢效率和準確性；②人工智能技術的發展將為運檢算法和模型的優化提供更多可能，使繼電保護設備的故障診斷和預測更加精確；③隨著新材料和新技術的應用，繼電保護設備的可靠性將得到進一步提升，為在線運檢提供更好的基礎。

7 結束語

綜上所述，在線運檢技術能實時監測設備狀態，預警效果顯著，可提高設備運行效率，降低故障率，為設備健康評估提供參考。且其優化與改進是一個持續不斷的過程，通過評價和分析運檢效果，提出改進措施和策略，同時結合未來技術的發展，可不斷提高繼電保護設備的運行效率和可靠性。此外，需加強運檢人員的專業培訓，提高運檢團隊的整體水平，為電力系統的安全穩定運行提供更好的保障。在未來的發展中，繼電保護在線運檢方法將繼續發揮重要作用，并為電力行業的發展貢獻更多價值。