变电站二次回路及继电保护调试技术措施分析

刘孟 鄢学峰 杜伟 马文涛 彭雪华 皮延辉

摘要：现阶段，电力行业的智能化建设水平不断提升，变电站也逐渐实现智能化控制和管理，使得智能电网的运行安全得到极大保障。当变电站运行过程中出现故障时，其中的二次回路会自动报警，维护变电站的稳定运行。但是由于受现场环境的干扰，二次回路报警功能难以有效区分继电保护异常和其它异常情况，导致变电站运行故障无法得到及时告警和排除。因此，亟需一种变电站二次回路监测技术，保证变电站运行的安全性和稳定性。为此，相关专家学者对此进行了研究。

关键词：变电站二次回路;继电保护;调试技术

引言

继电保护的二次回路状态检测和评估过程，涉及不同功能回路、不同间隔、不同类型变电站的综合考量。以220kV传统变电站为例，保护装置相关的二次回路主要可以分为交流和直流回路，交流回路，比如：电流回路、电压回路、辅助设备交流供电等;直流回路，比如：跳合闸及相关监视回路、装置供电、信号回路、开入开出回路等。本文对这些回路进行健康度特性分析，并对如何进行监视提出解决方案。

1变电站监测信息融合

由于变电站中二次回路监测的信息较多，因此，为保证在线监测的准确性，需对变电站监测信息融合。利用VR技术模拟变电站实际情况，对整个变电站环境信息进行三维采集，利用获取的三维数据建立相应的虚拟环境模型，完成每个设备回路连线和接收压板等各个元素图形样式的绘制，再将各个变电站的二次回路数据连接，生成二次回路展示画面，根据模拟结果对变电站二次回路监测过程进行前期规划。

2二次回路检测难点

在传统变电中，二次回路的状态监检测难点在于没有缺少对于回路的监视手段，区别于智能变电站的二次设备及回路，可以通过对虚拟二次回路和光纤回路可视化，结合在线检测系统，可实时对虚拟二次回路进行监视。传统变电站对于二次电缆的监视只能是依靠相关设备的采样间接数据做为依据，来判断该回路是否连接正常。如：对于电流回路，判断其是否有分流，甚至开路，主要是依靠装置的差流告警，对于电流回路开路状态主要是依靠测温等手段。可以看出这种检测手段是结果导向，无法实时对二次回路进行检测。在无法新增检测装置的前提下，对二次回路进行准确判断，可以采用多方数据综合判断，并形成日常评估的分析报告，对于健康程度较低的回路，需要结合停电计划进行整改。

3智能变电站继电保护二次回路在线监测系统

3.1系统组成

智能变电站二次回路保护在线监测系统主要包括主站系统、后台系统和终端设备3个部分。其中，主站系统主要位于调度端，具有数据采集、分析和显示功能，是整个在线监测系统的核心部分。需要指出的是，由于智能变电站某些结构的限制，其主站系统的布置要严格按照布置方便的原则，尽量不增加设备，充分利用数字化信息分析装置，完成信息采集工作。对于新建的智能变电站，可用在线监控设备、故障诊断设备进行数据采集。端机可以采集、分配和过滤变电站运行过程中产生的各种数据;这样，当电网发生故障，运行数据出现异常时，端站设备就能进行数据分析、故障诊断，并将相关信息、数据归纳汇总，形成相应的报表文件。

3.2交流电流二次回路分流及断线检测

在二次回路长期运行过程，形成电流二次回路分流或者开路的原因主要有以下几个：（1）电流回路中的试验接线端子由于在配置质量和结构上的缺陷，从而导致螺杆与铜板的螺孔接触不良从而形成开路。其次是在电路回路中的线端子压板，由于胶木头过长，从而导致该金属垫片未能够与压板处于全面的固定状态，从而误压在了金属片结构上，从而导致该结构开路，如图1（a）所示;（2）维修和试验人员在日常工作中存在操作处理失误，最终未能将继电器内部的接头进行全面的衔接处理，并且在验收时未能找到问题;（3）二次回路线端子接头结构的压接结构处于不紧密状态，整个回路中的电压过大，从而导致相关设施处于烧毁状态，自然也会导致系统开路;（4）端子接触的接片和螺栓腐蚀严重，也会导致开路。发生CT分流或者断线时，首先是回路的仪器表显示为异常降低或者直接为0的状态，对于存在差动原理的保护装置，装置会报“CT断线告警”，甚至误动作。因此，在装置闭锁甚至误动作之前提前告警很有必要。在传统的变电站中，一般一个保护CT绕组可能会串接其他装置，如稳控、故录等装置，因此我们可能对串接与同一回路的装置的采样值进行比对，如果存在偏差过大则可能存在分流;同时对于CT的不同次级，可能进行比照互印证，如后台测控数据同保护，双重化保护中间数据互印证等;对于CT回路的检测，还有一种手段是测温，发生CT回路断线的时候，电流互感器及其二次回路会存在打火、发热的现象，对于运维人员的巡视测温也是重要的辅助检测手段，图1（b）所示即为CT电流回路开路时的测温图。

3.3故障特征提取

根据智能变电站继电开关校正系统的转差频率进行故障状态下的误差补偿控制，建立智能变电站继电保护的闭环控制参数解析控制模型，得到智能变电站继电保护二次回路的阻抗判别模型，采用阻抗分析法，得到变电站继电保护二次回路的能量输出均值为：

（1）

根据输入电压到直流母线电压特征分布情况，得到智能变电站继电保护二次回路的输出功率参数检测结果为X=x1，x{}2，…，xn，n是故障样本数据集的模糊匹配特征参数，得到X的数目表示故障类别数，采用深度学习方法，构建变电站继电保护二次回路的三维谱参数识别模型，表示为：

（2）

根据劳斯稳定判据，在故障工况下，得到变电站继电保护二次回路的输出阻抗包络值为：

（3）

（4）

对采集的智能变电站继电保护二次回路动态数据进行三维特征重组，采用励磁电感支路电流综合分析方法进行智能变电站继电保护二次回路故障特征分布式融合，根据智能变电站继电开关校正系统的转差频率进行故障状态融合，得到故障检测的自适应迭代式：

（5）

其中，y∈Rm为智能变电站继电保护二次回路的无源阻尼特征量，有源阻尼控制参数为：

结合深度学习方法进行智能变电站继电保护二次回路故障特征分类检测，根据故障特征属性进行故障特征辨识，得到变电站继电保护二次回路的故障分布式融合输出：

（7）

其中，an表示直流母线工作点的偏移量，由此得到智能变电站继电保护二次回路故障信息检测的谱峰为：

（8）

（9）

采用深度学习方法，得到变电站继电保护二次回路的故障演化状态向量[14]，f∈Rm为故障样本分布集，由此实现对变电站继电保护二次回路的故障特征提取，特征分布为：

（10）

式中：μ为故障定位的位置参数;δ为系统的特征聚类系数;k为深度学习的迭代次数。根据对智能变电站继电保护二次回路的故障特征提取结果，进行故障检测。

结束语

变电站作为输配电系统的信息源和执行终端，其主要设备的安全可靠运行必须要得到足够的保障。由于监测数据多、过程复杂，传统的变电站二次回路监测方法的实时性和准确性差，严重影响了变电站的安全运行。为解决这一问题，设计了一种基于VR技术的变电站二次回路在线监测方法，并通过测试对比结果证明了该监测方法的应用优势。

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