基于补偿算法的抗干扰高可靠性开关柜高压带电显示装置研究与应用

罗志丰，宋浩杰

（国网黄山供电公司，安徽 黄山 245000）

0 引 言

随着增量配网进一步受到政策支持和引导，微网迅速发展和形成规模，造成输配电网络架构正从无源结构向有源复杂结构转变。如何能在用户端具有返送能力的情况下保障变电站出线侧工作安全，将会成为亟待解决的问题。随着国网公司对无人值守变电站运行效率和“一键”顺控要求的提出，变电站内主要一次设备运行状态的准确判断和校验，成为后续众多操作的重要前提。因此，如何在现有成熟技术前提下提高设备可靠性并控制改造成本，产生高可靠性的一次设备状态判断的辅助判断依据，成为需要思考的课题。

1 建设目的

基于补偿算法的抗干扰高可靠性开关柜高压带电显示装置，在提高验电方式准确性后，不仅可以为变电站出线侧接地开关合闸过程提供实时可靠的带电情况信息，将合闸动作与带电状态进行电气联锁，防止带电和接地的误操作发生，而且可以为智能化变电站运维“一键”顺控操作中断路器状态变化提供可靠而简单易行的改造方案。同时，切合泛在物联网大趋势，对一次设备进行状态监测和有效输出，为一次设备状态分析提供有效的在线信息。

2 关键技术

目前，带电显示装置验电传感器使用感应式传感器，置于开放的电场空间，可能存在以下问题[1]：（1）相邻回路的高压线路的电场会作用于传感器，产生验电的误判；（2）本回路内，不同相序之间的电场都作用于各相序的传感器，不能单独对本相进行判断；（3）传感器与带电高压线路的安装距离不同，作用电场的关联系数不同，传感器无法单独判断距离，因安装传感器距离问题可能出现验电判断异常。

出现以上问题是因为单个传感器的电场量采样受到开放电场的影响，不能准确判断本线路的带电情况而出现判断异常。针对出现的问题，主要通过对电场的采样进行线路带电的准确判断。（1）A相与C相会受相邻回路电场影响的误断。由于电压的频率相同，没有基准相位，不同的变电站相邻的距离不同，所以单独传感器的采样无法识别。在此提出多点角度采样，可以针对不同的采样点出现不同的采样结果，从而区分传感器接收到的信号是否为本线路电场信号。（2）在同一回路，相同的电压等级各相线路之间的距离在一定的范围内，但传感器的安装距离不同。按照以上场景，各相线路配置一个传感器，建立动态距离模型，使用采样的动态补偿算法，解决相间及不同安装距离的传感器验电判断问题。（3）根据高压线路带电状态变化，传感器的电场采样会出现采样量突变，可针对突变的数量模型快速判断高压线路的带电情况。基于补偿算法的抗干扰高可靠性开关柜高压带电显示装置，主要采用补偿算法、突变算法、抗干扰算法及自检功能等关键技术。

2.1 补偿算法

为了避免相邻带电相之间的干扰问题，提高带电判断的准确程度，本次研究采用复数补偿算法消除相邻线路带电状态的影响，带电判断准确。如图1所示，感应式高压带电显示装置拥有3个传感器，每个传感器测量的信号是A、B、C三相高压输电线产生的电场的叠加[2-3]。例如，传感器a测量值与高压输电线A相、B相、C相带电情况有关。如果只采用本相传感器信号进行带电判断，会引起较大误差，严重时会造成判断错误。

图1 传感器相间干扰示意图

2.1.1 补偿算法原理

由于空气是一个线性介质，所以3相50 Hz电场的干涉效果可以用一个复数常数矩阵|A|=|Ar|+j|Ai|表示，即有S=|A|×|V|。其中，为传感器信号，为一次设备的电压。所以，采用补偿系数取|A|-1，则利用等式|V|=|A|-1×|S|，即可以用传感器的信号计算一次设备的电压。|A|可以通过软件仿真或实际测量获取。可见，已知3个传感器的信号Sa、Sb、Sc和矩阵|A|-1，可以求出3项电压值Va、Vb、Vc。

2.1.2 补偿矩阵获取方式

方法1：理论分析法，利用物理原理建立物理模型计算参数。由于实际参数与许多物理因素有关，纯物理模型有时难以建立或建立的模型过于简单难以满足实际要求。

方法2：采用仿真的方法得出参数。此方法对于可行性评估和趋势性判断有着重要用途。如果想要采用仿真直接得出补偿参数，需要建立精准的仿真模型，需要模型和实验室数据比较，找出差异并迭代优化模型，周期较长，对于仿真软件和物理原理的理解程度要求较高。

方法3：采用实验室方法得出补偿参数。优点是能够得到特定情况下较准确的实际补偿参数，缺点是受限于实验室环境，只能得到实验室可以模拟的现有情况的补偿参数，且误差受到实验室设备和工程样机高压带电显示装置传感器的精度影响。

2.2 突变算法

通过突变算法进行预判断操作，大大降低了主机计算量，显著降低了功耗并且可以快速对线路带电情况做出反应，使得高压带电显示装置可以应对各种复杂环境。一种基于突变算法的高压带电检测方法，包括以下步骤[4]：（1）控制三相传感器对被测设备的电压信号进行周期性采样；（2）突变鉴别器判断各相在连续两个采样周期间采样的电压信号是否发生周期间突变，或者判断各相在T个采样周期内采样的电压信号是否发生累积突变；（3）经整理后的突变信号决定主机是否进行带电判断；（4）根据突变历史记录，动态整定突变参数，用以提高突变判断的准确性。

2.3 抗干扰算法

针对主要应用的设备场景，分析引起设备判断异常的干扰源，包括相间、线间和出线侧干扰。将干扰源进行分类和隔离，并提取干扰信号的特征信息，通过搭建计算机仿真模型，模拟真实环境下距离、电压等级、传感器布局等外界因素对检测准确度的量化影响，从而提出行之有效的抗干扰算法。

2.4 自检功能

为提高检测装置可靠性，针对装置经常出现故障的类型和故障点，设计装置的主动自检和被动自检功能。主动自检由系统定期自动完成，出现故障即刻显示；被动自检由自检按钮触发完成，对设备进行全面检测，出现故障即刻显示。

3 结 论

高可靠性开关柜高压带电显示装置针对变电站出线侧有分布式电源的情况，可有效防止带电误合接地刀的情况，并可为一键顺控改造和泛在物联网的应用需要提供一次设备的带电状态变化。