智能變電站中繼電保護設備的運維防誤技術研究

摘要：為減少設備運維誤動，提升繼電保護運維的綜合水平，選取某智能變電站為試點，以繼電保護設計為例，設計運維防誤方法。引入基爾霍夫電流定律計算母線電流，實施電站母線保護；基于監測參數計算設備健康指數，優化運檢動態基線周期；評估機器學習運維風險，并設計了主動式綜合防誤方法。對比實驗結果顯示，該方法顯著降低了誤動次數，提高了運維效率和電網穩定性。

關鍵詞：智能變電站 母線保護 動態基線 防誤技術

中圖分類號：TM63文獻標識碼：A

Research on Error Prevention Technology of Operation and Maintenance Error Prevention Technology of Relay Protection Equipment in Smart Substation

SONG Zhilong LI Chencheng WANG Dong TANG Xin

State Grid Ningxia Ultra High Voltage Company Secondary Maintenance Center， Yinchuan， Ningxia Hui Autonomous Region， 750001 China

Abstract： In order to reduce equipment operation and maintenance errors and improve the comprehensive level of relay protection operation and maintenance， an intelligent substation is selected as a pilot project. Taking relay protection design as an example， to design an operation and maintenance error prevention method were designedby taking relay protection design as an example. Kirchhoff's current lawIt is introduces Kirchhoff's current lawd to calculate busbar current and implement power station busbusbar protection. The equipment health index was calculated based on monitoring parameters， and the dynamic baseline cycle forperiod of operation and inspection wereas optimized. It eEvaluated the operational risks of machine learning and designed an active and comprehensive error prevention approach. Comparative experimental results show that this method significantly reduces the number of misoperation， improves the operation and maintenance efficiency and enhances the stability of power grid.

Key W Wwords： Smart substation; Bus protection; Dynamic baseline; Error prevention technology

隨著智能變電站技術的快速發展和廣泛應用，繼電保護設備作為保障電力系統安全穩定運行的核心裝置，其運維防誤技術顯得尤為重要。

呂順等人[1]利用先進的智能化設備和技術，實現對變電站繼電保護系統的保護功能。但由于不同廠家生產的設備和連接線存在不兼容問題，影響智能變電站的安全運行。解群[2]利用智能算法和數據分析技術，實時監測電力系統的運行狀態，從而有效防止誤動作。但該技術存在誤判和漏判風險。為提高電力系統，本文某智能變電站為試點，以繼電保護設備為例，開展運維防誤方法的設計。

1智能變電站母線保護

母線承擔電能的分配和傳輸。智能變電站母線保護通過實時監測和故障檢測，能夠及時發現并隔離母線故障，防止故障擴展和電力系統崩潰[3]。在進行運維防誤設計時，應設計智能變電站中母線的保護。引進基爾霍夫電流定律，明確在母線系統中，流入某一節點的電流之和等于流出該節點的電流之和[4-5]。以此為依據，進行流入母線節點的電流綜合計算[A4] ，計算公式如下。

公式（1）中：表示流入母線節點的電流；表示流出母線節點的電流；、分別表示流入和流出節點的電流數量；、分別表示母線電流的平衡性系數。

通過比較流入和流出母線的電流差來判斷故障。動作判據可以表示為下述計算公式。

公式（2）中：表示差動電流；、分別表示流入和流出母線的各支路電流；表示差動保護的動作整定值；、分別表示流入和流出母線的支路數量；、分別表示差動保護行為。

基于故障分量法，進行智能變電站母線故障的定位，以便及時采取有效的行為進行母線保護[6]。在母線發生故障時，通過對故障點的定位，觸發保護行為，實現對智能變電站中繼電保護設備母線的保護。

2繼電保護設備運檢動態基線設計

在繼電保護設備運檢動態基線設計中，引進設備健康指數[wl6] ，基于多個監測參數的加權和的計算，量化繼電保護設備的當前運行狀態[7]。在此過程中，根據繼電保護設備的監測參數，進行設備健康指數的計算[8]。計算公式如下。[A7]

公式（3）中：表示設備健康指數；表示監測參數權重；表示每個參數的健康度。

基于設備健康指數，利用邏輯回歸算法預測設備的故障概率。假設存在一個成本效益分析函數，根據故障概率和檢修成本，確定最優的檢修周期，計算公式如下。

公式（4）中：表示運檢動態基線的檢修周期；表示檢修周期下的檢修成本；表示故障導致的損失。

通過上述步驟，構建一個動態的繼電保護設備運檢基線根據設備的實時狀態預測故障概率，優化檢修周期，提高設備的可靠性和運維效率。

3設備運行主動式綜合防誤技術

在設備運行主動式綜合防誤技術設計中，通過實時監測、預測分析以及與主動干預，防止繼電保護設備發生誤動作或故障。此過程如下圖1所示。

基于實時監測數據，利用機器學習訓練繼電保護設備在運行中的樣本數據，并評估設備運維中風險行為評估，此過程如下計算公式所示。

公式（5）中：表示設備運維中風險行為的評估；表示時間段。

基于故障預測和風險評估結果，假設存在一個干預決策函數，根據風險值決定是否需要采取干預措施。，計算公式如下。

公式（6）中：是一個二元變量；表示干預決策函數。

4對比實驗

4.1實驗準備

本次實驗選擇智能變電站作為研究試點。該變電站位于經濟發達的華東地區，是該區域內重要的電力轉換和分配樞紐。對智能變電站繼電保護設備的技術參數等進行分析，如下表1所示。

4.2實驗步驟

根據智能變電站的實際情況，涵蓋不同類型的繼電保護設備和多種運維場景，確保實驗結果的普遍性和準確性。準備所需的實驗設備，并對應用的繼電保護測試儀技術參數進行分析，如表2所示。

在此基礎上，引進[wl12] 其他兩種智能變電站中的繼電保護防誤方法作為對照組1和對照組2，同時應用引進的方法與本文方法，進行繼電保護設備運維防誤處理。根據記錄的操作結果，統計誤動次數。

4.3實驗結果與分析

為檢驗運維防誤方法的有效性，采用誤動次數作為檢驗指標。通過模擬真實的運維場景，對繼電保護設備進行測試，記錄每次操作是否導致誤動評估各種方法的優劣。統計實驗結果如表3所示。

對3種不同的運維防誤方法在智能變電站繼電保護設備上的實際應用進行對比，得出了以下結論：對照組2在實驗中表現出較高的誤動次數，尤其在復雜運維場景下，其防誤效果不盡如人意；相較于對照組2方法，對照組1方法在誤動次數上有了顯著降低，但仍存在一定的誤動風險；本文方法展現出了最優的防誤性能，其誤動次數均為0，遠低于其他兩種對照方法，在各種運維場景下均能保持較高的穩定性和準確性。

5結語

本文通過設計包括母線保護、運檢動態基線設計與主動防誤技術在內的運維防誤方法，大幅度提高繼電保護設備的智能化程度，有效減少因誤動作而引發的電網事故。展望未來，隨著技術的持續進步，智能變電站的繼電保護運維防誤將更加高效且精準，為構建安全、可靠、智能的現代電網奠定堅實的基礎。

參考文獻

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[2] 解群. 智能變電中的繼電保護防誤技術分析[J]. 集成電路應用， 2024， 41 （7）： 314-315.

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