基于微機控制的10kV線路重合閘投退監測方法

梁少明

（南方電網廣東中山供電局，廣東 中山 528400）

數字化電網的發展對10kV線路重合閘的監測技術提出了越來越高的要求，但目前對重合閘投退完成情況進行糾正僅依靠人工核查，工作量大且效率較低。如果發生10kV線路重合閘漏投的情況，該線路跳閘后將無法重合，供電用戶不能及時送電，大大影響供電可靠性。如果發生10kV線路重合閘漏退導致帶電作業安全措施不足的情況，將嚴重危害施工人員的人身安全，跳閘時也會因二次重合而造成人身傷害。因此有必要積極探索10kV線路重合閘投退監測的設計方向，使其在數字化電網中能發揮更好的應用效果。

1 傳統10kV線路重合閘投退核查方式的局限性分析

目前，10kV線路重合閘投退的正確性僅能通過人工監視判斷，發現錯誤再進行糾正，工作量大且效率較低。帶電作業開工前需要退出10kV線路重合閘，調度員根據帶電作業申請單遙控退出相應的10kV線路重合閘，然后人工判斷所退重合閘的正確性，再許可給分局相關人員開始帶電作業，因此過程中會存在漏退重合閘的安全風險[1]。已退出10kV線路重合閘需要投入時，由調度員遙控投入相應的10kV線路重合閘，當調度員工作繁忙時，會存在漏投入10kV線路重合閘的風險，影響供電可靠性。綜上所述，傳統10kV線路重合閘投退核查方式具有較多局限性，在實踐應用過程中已經表現出了較多不足，需要在后續進行積極調整，改進10kV線路重合閘投退核查方式。

2 該文10kV線路重合閘投退監測的設計方案

2.1 設計思路分析

通過集中器接收主站發出的遙控指令，將遙控指令轉換為電信號，對電信號進行解調和解析，得到遙控地址和遙信值。然后將遙控地址和遙信值發送至相應的斷路器。斷路器響應遙信值，進行重合閘投退操作，獲取重合閘投退操作后的斷路器對應所并聯電容的諧振電流信號。對電流幅值進行篩選，構建幅值數據集，再對幅值數據集進行聚類，篩選出聚類簇組中樣本點數最多的聚類簇組并進行非線性擬合，得到非線性擬合曲線。最后將非線性擬合曲線與預設的擬合曲線進行相似度計算，根據相似度判定相應的斷路器的重合閘投退操作是否成功，從而提高重合閘投退監測的效率和準確性，減少監測工作量。

2.2 該文10kV線路重合閘投退監測的設計內容

該文將基于微機控制的10kV線路重合閘投退監測方法應用于并列運行重合閘線路，如圖1所示。并列運行重合閘線路包括L1、L2、Z、C1、C2、C3和C4，2條母線L1、L2間通過2條運行線路連接，其中一條運行線路串聯K1和K2，另一條運行線路串聯K3和K4。K1、K2、K3和K4均與Z連接，K1和C1并聯連接，K2和C2并聯連接，K3和C3并聯連接，K4和C4并聯連接，其中，C1、C2、C3和C4均包括依次串聯的電容和鎖相環（包括4個鎖相環，即Q1、Q2、Q3和Q4）。

在該并列運行重合閘線路基礎上，微機控制的重合閘投退監測方法包括如下步驟（如圖2所示）。

圖2 監測步驟流程圖

步驟1：通過集中器接收主站發出的遙控指令，將遙控指令轉換為電信號。通過主站的主網OCS系統可以與集中器構建通信關系，并通過集中器監測線路中的電流和電壓等信息，一旦出現故障，就會通知主站關閉相應的斷路器。同時，主站發出對斷路器的重合閘投退的遙控指令，并利用集中器來接收主站發出的遙控指令，以便對數據進行集中處理。

步驟2：對電信號進行解調，并對解調后的電信號進行解析，得到遙控地址和遙信值。其中，遙控地址定義為十六進制碼字符串，遙信值定義為二進制碼字符串，并且需要延時一段時間后，再對電信號進行解調。十六進制碼字符串為一種基數為16的計數系統，通常用數字0、1、2、3、4、5、6、7、8、9和字母A、B、C、D、E、F（a、b、c、d、e、f）來表示斷路器的遙控地址，提高識別的準確性。在一個示例中，采用八進制碼字符串作為遙控地址。

步驟3：根據遙控地址，在預置的斷路器地址庫中匹配相應的斷路器，預置的斷路器地址庫包括遙控地址與斷路器編號的映射關系。

步驟4：將遙控地址和遙信值發送至相應的斷路器，斷路器響應遙信值并進行重合閘投退操作。

步驟5：獲取重合閘投退操作后斷路器對應所并聯的電容的諧振電流信號。

步驟6：對諧振電流信號進行傅里葉變換，得到每個相位對應的電流幅值。對多個諧波幅值進行插值處理，構建諧波幅值數據樣本集。將一次線性回歸直線映射到二維坐標系上，并將諧波幅值數據樣本集中的各個諧波幅值數據樣本映射至相應的二維坐標系上，篩選出位于一次線性回歸直線上的諧波幅值數據樣本。計算篩選出的諧波幅值數據樣本的累計概率密度函數。根據預設的置信區間與累計概率密度函數，篩選出預設置信區間內的諧波幅值數據樣本，通過公式（1）的抽樣規則對篩選出的該數據樣本進行抽樣，得到抽樣諧波幅值數據樣本，并計算抽樣諧波幅值數據樣本的算術平均值，將其作為預設的幅值閾值。

式中：Mi，n為第i個單位時間、第n個抽樣次數的抽樣諧波幅值數據樣本；N為抽樣規模；xi為第i個單位時間抽取的樣本；x為諧波幅值數據樣本的算術平均值。

步驟7：根據預設的線性回歸方程對電流幅值進行篩選，得到多個顯著變化幅值。根據多個顯著變化幅值構建幅值數據集，對幅值數據集進行聚類，得到多個聚類簇組，篩選出聚類簇組中樣本點數最多的聚類簇組。可以理解的是，對幅值數據集進行聚類，得到多個聚類簇組，篩選出聚類簇組中樣本點數最多的聚類簇組，其是最具有代表性的顯著變化幅值數據。為了降低異常數據對結果的干擾，并降低計算復雜性，需要篩選出聚類簇組中樣本點數最多的聚類簇組。

步驟8：對篩選出的聚類簇組進行非線性擬合，得到非線性擬合曲線。將非線性擬合曲線與預設的擬合曲線進行相似度計算，得到相似度，進而判斷相似度是否大于預設的相似度。如果相似度大于預設的相似度，則判定相應的斷路器的重合閘投退操作成功；如果相似度不大于預設的相似度，則判定相應的斷路器的重合閘投退操作失敗。其中，對篩選出的聚類簇組進行非線性擬合的方式為采用最小二乘法進行數據擬合，從而得到一個非線性擬合曲線。將非線性擬合曲線與預設的擬合曲線進行相似度計算，得到相似度。其中，預設的擬合曲線是標準的未發生投退操作之前電容模組的電流幅值的非線性擬合曲線，將初始態下的非線性擬合曲線作為參考，具有參考價值。

如果斷路器的重合閘投退操作失敗，就發送重合閘不動作告警彈窗，通過預先設置在斷路器上的FTU模塊獲取相應斷路器的n個周波的工作電流信號。對每個周波中各個檢測時間點的工作電流信號進行差分運算，得到差分電流信號。并對每個周波的差分電流信號進行曲線擬合，得到差分電流變化曲線。然后對差分電流變化曲線進行一階求導運算，得到差分電流變化斜率，并采用皮爾遜相關系數對所有周波對應的差分電流變化斜率進行自相關系數計算。判斷自相關系數是否大于0.9，如果自相關系數大于0.9，就執行下一步；如果自相關系數不大于0.9，就判定斷路器存在故障。再通過集中器向斷路器發送通信協議下的召測報文，召測報文包括預設長度的標記幀。通過集中器請求并接收斷路器返還的召測報文對應的回復報文。如果接收時間超過預設時間，就判定集中器與斷路器間的通信通道存在通信故障；如果接收時間未超過預設時間，就判斷回復報文與召測報文中的標記幀中的長度是否一致。如果二者不一致，就判定斷路器存在解調故障；如果二者一致，就發出檢修告警彈窗。

如果斷路器的重合閘投退操作成功，則生成相應的重合閘投退操作成功彈窗。

2.3 基于微機控制的10kV線路重合閘投退監測方法的優點

基于微機控制的10kV線路重合閘投退監測方法有以下3個優點：第一，能及時發現10kV線路重合閘漏投入的情況，保證重合閘具備投入條件后能第一時間投入，提高供電可靠性[2]。第二，能保證帶電作業退出重合閘的正確性，避免因漏退重合閘、安全措施不足而引發事故，保證人身安全，同時解決了人工核查存在的工作量大且效率較低的技術問題。第三，不需要增加任何硬件設備，不增加變電站端的運維工作量，維護工作將集中到調度自動化系統主站，不需增加額外的費用。可為電網安全穩定運行提供智能、安全、可靠的技術手段，提高調度運行管理水平和工作效率，推進智能電網建設。

2.4 應用基于微機控制的10kV重合閘投退監測方法的注意事項

應用基于微機控制的10kV重合閘投退監測方法時，應注意的問題如下：第一，做好10kV重合閘基礎數據維護工作。該文設計需要在10kV重合閘基礎數據完全正確的基礎上才能保證應用的正確性，如果基礎數據有誤，將導致10kV重合閘投退監測無法順利開展，不能及時發現漏投退的10kV重合閘。第二，做好測試驗收工作。應用基于微機控制的10kV重合閘投退監測方法進行測試驗收時，要充分模擬調度員日常工作中可能遇到的各種狀況，確保能監測到每次10kV重合閘漏投退的情況，及時發現及時處理，提高工作效率，確保電網安全穩定運行。

3 結語

該文針對調度員的人工核查重合閘投退完成情況存在的工作量大且效率較低的技術問題，提出了一種基于微機控制的10kV重合閘投退監測方法。提高了重合閘投退監測的效率和準確性，減少了監測工作量，保障重合閘具備投入條件后能第一時間投入，可顯著提高供電可靠性，同時能保證帶電作業退出重合閘的正確性，避免因漏退重合閘、安全措施不足而引發的事故，保證人身安全，提升電網的數字化水平，確保電網安全、穩定地運行。