继电保护技术在数字化变电站中的应用

摘 要 变电站的数字化程度不断加强，探究继电保护技术在数字化变电站中的应用尤为重要。文章基于数字化变电站数据处理的基本要求，对继电保护点检测技术、数据处理方法及容错技术进行论述。数据处理直接对等间隔采样数据傅里叶变换，通过修正实测频率对傅里叶变换的正余弦项，获取输入信号的真实相位及有效值。在数字化变电站中，通过网络化传输过程层采样值信息，并将这些信息共享，根据冗余信息能够对错误数据快速识别。研究证据的生成、选取融合信息等关键问题，对继电保护技术在数字化变电站广泛应用，对数据系统在线监测和诊断意义重大。

关键词 继电保护；变电站；容错；数字处理技术

中图分类号：TM774 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）06-0115-02

在数字化变电站中，为了达到工程化的目的，遵守等角度数据采样准则的基本要求，在数据处理时进行转换，借鉴较为成熟的传统数据处理方式及继电保护措施。在多采样率信号处理理论的基础上，利用时域有限冲激响应滤波器方法或者数据插值方法实现对采样频率的转换，使各个角度的采样数据与各通道数据同步。这种数据处理技术对原始采样值序列进行复杂的计算处理，工作量较大，并且会带来滤波器延时以及量化误差。针对目前数字化变电站运营状况，探究如何将继电保护技术应用于当前数字化变电站中，建设继电保护点检系统，不断优化容错方案，采取合理的数据处理方法，对电力系统的安全高效运营有重要意义。

1 继电保护点检测

数字化变电站中，为了更好地进行继电保护，就要在其中建立继电保护点检测体系。将数字化变电站二次电气设备的技术措施优化管理作为核心任务，通过供电系统中二次电气设备点检测，对数字化的变电站进行继电保护系统建设，对主要业务信息进行有序管理，达到对二次电气设备参数和电力系统运行业务数据的全方位实时监管、信息共享。点检测系统通过标准化、专业化的设计，完成对电气设备继电保护的信息化管理；构建基于二次电气设备数据的综合业务数据点检测、分析平台，加强继电保护技术在数字化变电站中的应用，为电力局点设备校验、检修以及技术改造等提供客观的运行依据，为进一步提高工作效率和运营服务质量，最大程度地满足电力发展的需求，确保电力变电运行的安全性。

建立二次电气设备点检标准化分析平台，完成对电气设备的可靠性评价，为点检测定修管理及状态检修提供可靠依据。电气设备点检测定修管理主要包括如下几个方面：设备部件参数、设备本身的参数信息以及设备投运、检验、使用、更换等信息的跟踪记录；保护工作电子化，对继电保护数据进行记录与分析，进行可靠性分析，为设备的现场校验、技术改造等提供客观运行依据。

将继电保护专业点检测定修及高级分析系统应用于数字化变电站中，该系统以电气设备信息为基础，依托流程平台为，以检修过程管理为出发点，建立标准化信息服务体系，实现管理标准化，对检修知识不断积累和复用。点检测系统整体框架如图1。

图1 点检测系统框图

点检测工作人员通过点检测仪将定点任务下载到移动设备上，并携带至现场完成点检作业任务，首先对标识设备地点的条形码进行扫描，验证通过后，点检项目将在系统中自动显示，按照点检项目的显示顺序登记项目运行状况，正常或者异常，并将备注说明在表格中填写；点检测任务完成后将数据上传到系统中。系统中相应管理模块对点检测计划自动编制，同时自动生成点检项目，几秒钟时间就能够将上千个点检项目下载到点检仪，使点检测计划以及项目编制时间大大缩短，实现作业任务无纸化办公，能够方便地将测量数据录入到系统中，使工作效率大大提高，管理成本降低。

2 继电保护容错技术

在数字化变电站中，冗余数据信息能够较为方便、快捷地获取到，当继电保护数据失真发生时，冗余数据信息为解决容错问题提供了新的处理方法。现代网络传输与数据处理技术在数字化变电站的过程层广泛应用，继电保护数据能够以固定格式通过公共网络进行传输，从而做到快速识别错误数据、防止继电保护不正确动作的发生。

探究表达、推理及综合判断冗余数据信息的妥当方法，是利用这些信息辨识错误数据的关键。以证据理论为基础，融合多源互感器数据，防止继电保护错误动作的容错方法。

证据理论的基本假设主要包括：设识别框架θ包含所需识别或判断的全部对象，其元素彼此相斥，且有函数，满足条件：

（1）

融合相容证据：

（2）

其中，m（A）表示经n个证据合成后对命题A的支持程度。当证据间没有冲突时，利用式（2）合成结果使得对相同命题的支持程度增大。

融合冲突证据：

（3）

其中，λi为各个证据的权重。

从多源互感器获取到数据信息后，通过继电保护设备对这些数据信息进行融合，输出结果与保护算法共同构成“与门出口”，只有在信息融合及继电保护算法的输出结果都判定系统发生故障时，保护才可以进行动作。继电保护容错方法的原理结构图如图2所示。

图2 继电保护容错原理

在数字化变电站中，继电保护容错方法将在两种情况下呈现不同的工作状态：①保护对象是否处于故障状态；②互感器是否产生错误数据。当信息融合处于不启动状态时，无论故障是否存在，只要没有错误采样值，信息融合算法将一直保持处于不启动状态，并持续保持保护出口处于开放状态，是否进行跳闸，将由保护算法单独判断。当存在错误数据、信息融合处于保护启动状态，且判断结果为闭锁出口时，根据数据融合结果能够准确判断出系统处于无故障状态，将闭锁跳闸出口，避免保护误动。当真实故障与错误数据并存时，信息融合结果将认定系统处于故障状态，开放保护出口。

3 继电保护数据处理技术

在数字化变电站中，数据采集、传输模式都与常规变电站有较大区别，当电力系统与额定频率不相当时，在这一点上不符合标准的等角度采样，离散傅立叶变换的直接使用将导致频谱泄漏，计算误差太大。完成采样率转换，提取算法提取法，频率采样序列对应的原始序列的频谱扩展。endprint

图3 数字化变电站与常规变电站中的数据流对比

等间隔采样时，在信号频率不等于额定频率的情况下对傅里叶算法修正。对只含基波分量的电压信号，，则

（4）

其中，为电压信号振幅；为初相；为信号实际频率，与额定频率不一定相等；为正弦振幅；为余弦振幅。

在微机处理时，根据傅里叶级数原理，可按下式求得正弦及余弦振幅为：

（5）

其中，为第k次的采样值；N为一个周期内的采样点数。

当时，

（6）

当频率与额定值不相当时，利用傅里叶算法求得的正余弦项振幅式与真实值有差别。振幅误差为：

（7）

相位误差为：

（8）

4 总结

电力设备技术管理精细化水平的不断提高，需要构建基于继电保护设备数据的综合分析平台，继电保护点检系统，能为设备的选型、校验、检修、技术改造等提供客观依据。针对数字化变电站中采样值数据出错可能导致保护误动的问题，本文所提方法可实现全数字式继电保护的容错控制，对数字化变电站中的继电保护防误设计具有一定的参考价值。

参考文献

[1]朱承治，郭创新，孙旻，等.基于改进证据推理的变压器状态评估研究[J].高电压技术，2008，34（11）：2332-2337.

[2]苏永春，辛建波，窦晓波.数字化变电站保护与视频系统联动控制方案[J].中国电力，2010（04）：33-37.

[3]邓勇，施文康，朱振福.一种有效处理冲突证据的组合方法[J].红外与毫米波学报，2004，23（1）：27-32.

[4]黄辉，舒乃秋，李自品，等.基于信息融合技术的电力系统暂态稳定评估[J].中国电机工程学报，2007，27（16）：19-23.

[5]李仲青，周泽昕，黄毅，等.数字化变电站继电保护适应性研究[J].电网技术，2011（05）：210-215.

[6]张兵，卢焕章.多传感器自动目标识别中的冲突证据组合方法[J].系统工程与电子技术，2006，28（6）：857-860.

作者简介

于庆武，男，北京人，广电总局中央广播电视塔高级工程师。endprint

图3 数字化变电站与常规变电站中的数据流对比

等间隔采样时，在信号频率不等于额定频率的情况下对傅里叶算法修正。对只含基波分量的电压信号，，则

（4）

其中，为电压信号振幅；为初相；为信号实际频率，与额定频率不一定相等；为正弦振幅；为余弦振幅。

在微机处理时，根据傅里叶级数原理，可按下式求得正弦及余弦振幅为：

（5）

其中，为第k次的采样值；N为一个周期内的采样点数。

当时，

（6）

当频率与额定值不相当时，利用傅里叶算法求得的正余弦项振幅式与真实值有差别。振幅误差为：

（7）

相位误差为：

（8）

4 总结

电力设备技术管理精细化水平的不断提高，需要构建基于继电保护设备数据的综合分析平台，继电保护点检系统，能为设备的选型、校验、检修、技术改造等提供客观依据。针对数字化变电站中采样值数据出错可能导致保护误动的问题，本文所提方法可实现全数字式继电保护的容错控制，对数字化变电站中的继电保护防误设计具有一定的参考价值。

参考文献

[1]朱承治，郭创新，孙旻，等.基于改进证据推理的变压器状态评估研究[J].高电压技术，2008，34（11）：2332-2337.

[2]苏永春，辛建波，窦晓波.数字化变电站保护与视频系统联动控制方案[J].中国电力，2010（04）：33-37.

[3]邓勇，施文康，朱振福.一种有效处理冲突证据的组合方法[J].红外与毫米波学报，2004，23（1）：27-32.

[4]黄辉，舒乃秋，李自品，等.基于信息融合技术的电力系统暂态稳定评估[J].中国电机工程学报，2007，27（16）：19-23.

[5]李仲青，周泽昕，黄毅，等.数字化变电站继电保护适应性研究[J].电网技术，2011（05）：210-215.

[6]张兵，卢焕章.多传感器自动目标识别中的冲突证据组合方法[J].系统工程与电子技术，2006，28（6）：857-860.

作者简介

于庆武，男，北京人，广电总局中央广播电视塔高级工程师。endprint

图3 数字化变电站与常规变电站中的数据流对比

等间隔采样时，在信号频率不等于额定频率的情况下对傅里叶算法修正。对只含基波分量的电压信号，，则

（4）

其中，为电压信号振幅；为初相；为信号实际频率，与额定频率不一定相等；为正弦振幅；为余弦振幅。

在微机处理时，根据傅里叶级数原理，可按下式求得正弦及余弦振幅为：

（5）

其中，为第k次的采样值；N为一个周期内的采样点数。

当时，

（6）

当频率与额定值不相当时，利用傅里叶算法求得的正余弦项振幅式与真实值有差别。振幅误差为：

（7）

相位误差为：

（8）

4 总结

电力设备技术管理精细化水平的不断提高，需要构建基于继电保护设备数据的综合分析平台，继电保护点检系统，能为设备的选型、校验、检修、技术改造等提供客观依据。针对数字化变电站中采样值数据出错可能导致保护误动的问题，本文所提方法可实现全数字式继电保护的容错控制，对数字化变电站中的继电保护防误设计具有一定的参考价值。

参考文献

[1]朱承治，郭创新，孙旻，等.基于改进证据推理的变压器状态评估研究[J].高电压技术，2008，34（11）：2332-2337.

[2]苏永春，辛建波，窦晓波.数字化变电站保护与视频系统联动控制方案[J].中国电力，2010（04）：33-37.

[3]邓勇，施文康，朱振福.一种有效处理冲突证据的组合方法[J].红外与毫米波学报，2004，23（1）：27-32.

[4]黄辉，舒乃秋，李自品，等.基于信息融合技术的电力系统暂态稳定评估[J].中国电机工程学报，2007，27（16）：19-23.

[5]李仲青，周泽昕，黄毅，等.数字化变电站继电保护适应性研究[J].电网技术，2011（05）：210-215.

[6]张兵，卢焕章.多传感器自动目标识别中的冲突证据组合方法[J].系统工程与电子技术，2006，28（6）：857-860.

作者简介

于庆武，男，北京人，广电总局中央广播电视塔高级工程师。endprint