变电站分布式继电保护装置闭环自动化检验方法

摘 要：当前继电保护装置闭环自动化检验模型多为单项执行结构，检验范围较小，促使最终得出的重叠检验误差增加，为此提出对变电站分布式继电保护装置闭环自动化检验方法的设计与验证。根据当前测定，先进行继电保护装置失效特征提取，设置闭环检验标准，采用多阶的方式，提升检验范围，设计多阶闭环自动化检验模型，采用自适应定点的方式来处理实现检验。测试结果表明，在预设的两个阶段中，针对选定的5个测试覆盖区域，计算得出的重叠检验误差被控制在2.2以下，说明此次设计的继电保护装置闭环自动化检验速度和精度较高，稳定性强，检验结果更加可靠。

关键词：变电站；分布式继电保护；保护装置；闭环自动化；检验方法；远程控制

中图分类号：TM 77" " 文献标志码：A

分布式继电保护装置是变电站的重要保护设备，对保证电力系统运行至关重要。当前，较常用的继电保护装置检验方法一般是定向识别或者范围标定的检测形式，虽然能实现持续性检测，但是存在效率低、操作复杂的问题，无法满足现代电力系统的高效、智能需求[1]。因此，本文提出变电站分布式继电保护装置闭环自动化检验方法，利用现代计算机技术、通信技术、控制技术等手段构建自动化检验系统[2]。虽然增加了数据采集、处理、分析、判断等多个环节，但能实现对继电保护装置的全面、快速、准确检验，提高检验效率和精度。同时，降低人工操作的复杂性和误差率，及时发现和处理潜在的安全隐患，适应电力系统的发展变化，提高电力系统的安全性和稳定性。

1 设计变电站继电保护装置闭环自动化检验方法

1.1 继电保护装置失效特征提取

当设计闭环自动化检验方法时，需要对继电保护装置的失效特征进行提取。这些失效特征包括电气参数的异常变化、保护动作的不正确或延迟等。对这些失效特征进行提取和分析，可以判断继电保护装置是否存在故障，从而制定相应的检修和维护策略。

具体来说，失效特征提取可以分为以下3个步骤。1）数据采集。利用传感器和监测设备实时采集继电保护装置的电气参数和保护动作信息。这些数据包括电压、电流、功率、频率等电气参数，保护装置的启动、复归等动作信息。2）数据预处理。对采集的原始数据进行清洗、滤波和标准化处理，消除噪声和异常值的影响，提高数据的准确性和可靠性。3）特征提取算法。利用采集的信号处理，对失效特征进行进一步提取[3]。明确划分应用信号的覆盖时域、频域，提取失效信号中的关键特征参数，见表1。结合表1采集继电保护装置的时域、频域关键特征。特征参数直观地反映装置的性能状态，还需要测定对应的特征值。4）特征选择。从提取的众多特征中选择最具代表性的特征，用于后续的故障诊断和分类。

在特征选择过程中，一个重要的公式是皮尔逊相关系数（Pearson correlation coefficient），可以衡量2个变量之间的线性相关程度，其计算公式如公式（1）所示。

（1）

式中：x、y为2个变量；xi、yi分别为x、y的样本值；μx、μy分别为x、y的均值。

ρ（x，y）的取值范围为-1～1，值越接近1表示正相关性越强，值越接近-1表示负相关性越强，值为0表示无相关性。

通过计算继电保护装置各电气参数之间的皮尔逊相关系数，可以分析它们之间的关联程度，从而提取与失效相关的特征。例如，当某个电气参数与其他参数的相关性发生显著变化时，意味该参数出现异常，可以推断继电保护装置存在故障。

需要注意的是，在提取失效特征的过程中，尽量保证数据的完整性和准确性，并结合装置的实际运行情况和电力系统的需求，进一步优化装置的参数配置，为继电保护装置闭环自动化检验奠定基础。

1.2 闭环检验标准设置与多阶闭环自动化检验模型设计

在变电站继电保护装置的闭环自动化检验中，设计多阶闭环自动化检验模型能够对不同层次的故障进行逐级排查和处理，提高检验的精细度和可靠性。

闭环检验标准的设置需要考虑多个方面，包括电气参数的阈值、保护动作的时间窗、故障判别的准确率等。这些标准需要根据实际的电力系统运行情况、继电保护装置的性能特点以及相关的行业规范进行制定。例如，针对电气参数的阈值，可以通过分析历史数据、结合专家经验来确定合理的上下限值。针对保护动作的时间窗，需要根据保护装置的响应速度和电力系统的稳定性要求进行设定。结合变电站分布式继电保护装置运行实况，以多阶检验来代替单向检验，强化检验结果的真实性。闭环检验标准的设置是确保检验过程规范、准确的基础[4]。因此，设定的过程中应基于电力系统的实际需求和继电保护装置的性能特点来制定，具体如下所示。1）灵敏性检验。结合继电保护装置的运行，对其异常情况感知的灵敏程度。2）动作时间。对实际错误动作的瞬时捕捉时间，判定自动化检验的实际速度。3）可靠性。检验是以自动化形式对比闭环检测的稳定、可靠，确保闭环检测结果的真实性。

结合上述设定的闭环检验标准，设计多阶闭环自动化检验模型。将检验过程划分为多个阶段，设置数据采集、处理、分析以及反馈优化等环节，形成闭环控制。根据预设的检验标准对装置性能进行评估，根据具体的闭环需求，捕捉异常位置的信号[5]，并对其进行整合处理，设计模型的阶闭环自动化检验流程，如图1所示。

结合图1，对模型多阶闭环自动化检验流程进行设计和实践。此时，可以结合基础的仿真系统模拟各种复杂的电网继电保护装置闭环故障场景，根据检验特征值来测试性能，此时可以设计模型自动化检验表达式，如公式（2）所示。

（2）

式中：H为自动化检验模型输出结果；ℵ为检验范围；λ为异常区域标定；T为检验点位；S为失效特征[6]。

结合当前的测定，对最终得出的自动化检验模型输出结果进行对比分析，通过大数据分析进行深度挖掘和处理，提取更多有价值的失效特征和性能优化建议，进一步完善自动化检验模型的稳定性。

1.3 自适应定点处理实现检验

自适应定点处理的核心思想是根据装置的实际运行状态和性能特点，动态调整检验过程中的数据处理方式和精度要求。根据不同场景下的需求，自动选择最合适的处理方法和参数，以确保检验结果的准确性和可靠性。对装置的运行数据进行实时采集和预处理，并对数据进行定点化处理[7]。结合继电保护装置的性能特点和故障特征计算定点检验限值，如公式（3）所示。

（3）

式中：I为定点检验限值；ϕ为故障特征；X为定点速度；E为单元范围。

将得出的定点检验限值设置为自适应定点标准，与闭环自动化检验的其他环节相结合，形成一体化的检验结构，实现检验过程的持续优化和改进。需要注意的是，当前所设定的自适应定点形式并不是固定的，在针对继电保护进行检测的过程中，可以随时调整、转换，增加检测的覆盖范围以及综合灵活度[8]，不断强化继电保护装置闭环自动化检验结果。此外，自适应检测的对比标准也需要及时调整、更新，从而保证检验数据的真实性、可靠性。

2 方法测试

结合实际的变电站控制管理要求，在复杂的电网运行环境下，对变电站分布式继电保护装置闭环自动化检验方法测试环境进行关联、设定。选定G变电站作为测试的辅助目标对象，利用专业的电网平台和装置采集实时运行数据和信息，汇总整合相关数据后，采用对比的形式进行验证。接下来，综合闭环检验的原则，细化部署具体测试环境。

2.1 测试准备

G变电站的覆盖范围相对较大，日常电网及电路的可控针对性和稳定性也相对较强。因此，需要增加对继电保护装置的控制与调整。随机选定5条输电线路进行测试，并划分对应的覆盖区域，区域内部设置监测点，各个监测点之间搭接联系，形成闭环式的监测结构，有助于采集实时数据和信息。另外，各个位置的节点还需要对接入的大型等值电力机组运行状态进行监测，形成一个独立的检验区域。值得注意的是，当前还需要将预设的自动化检验程序导入检验测试环境中，确保后期的感应对比可以正常进行。接下来，设置对应的测试环境与参数，见表2。

根据表2对测试环境和参数进行设置。在此基础上，还需要设定和支撑测试硬件环境。一般情况下，继电保护需要增设传感装置以及电压电流识别设备做辅助，建立应用联系，如图2所示。

结合图2实现对继电保护装置测试硬件的支撑关联。当前，确定测试设备与装置的稳定运行之后，寻找并标定失效中继电保护稳定平衡点，调整此时电力机组的机电模式，锁定继电保护装置的覆盖影响范围，完成对当前测试环境的设定和搭建工作。

为了确保测试结果的可靠性，设置异常对比检验辅助测试条件，见表3。

收集继电保护装置在正常运行和故障状态下的多个电气参数数据，包括电压、电流、功率等。对收集的原始数据进行清洗、滤波和标准化处理，以消除噪声和异常值的影响。使用皮尔逊相关系数公式来计算电压和电流之间的相关性。如果ρ（x，y）的值接近1，就表示电压和电流之间存在强正相关关系，这通常表示继电保护装置在正常运行状态。如果ρ（x，y）的值显著偏离1（例如小于某个预设的阈值），就表示这两个参数之间存在异常关系，指示继电保护装置存在潜在故障。

在闭环检验标准中，设置具体的参数阈值，针对电压参数的阈值，设置正常运行时电压的上下限为 220V ± 5%，即209V～231V。如果检测到的电压值超出这个范围，那么表示存在故障。

针对保护动作的时间窗，设置保护动作的最大延迟时间为50ms，如果保护装置的实际动作时间超过这个值，就表示存在故障或性能下降。

设置定点检验限值为0.8，故障特征值为1.2，定点速度为30ms，单元范围为1，自动化检验模型输出结果1表示通过，0表示未通过，检验范围是故障特征、定点速度和单元范围的综合，设定为一个多维空间或区间，失效特征 （`）：这是描述装置失效或性能下降的特定参数或特征为重叠检验误差。

2.2 测试过程及结果分析

计算出重叠检验误差，如公式（4）所示。

（4）

式中：P为重叠检验误差；φ为重叠区域；ℑ为扰动频率；μ1和μ2分别为基础检验区域和实际检验区域。

根据以上测定，对最终得出的结果进行对比分析，见表4。

根据表4对测试结果进行分析：在预设的2个阶段中，针对选定的5个测试覆盖区域，计算得出的重叠检验误差控制在2.2以下，说明此次设计的继电保护装置闭环自动化检验速度和精度较高、稳定性强、检验结果更可靠。

3 结语

本文结合实际的检验需求，深入理解闭环自动化检验方法的核心原理和技术实现，设计更灵活、更多变的检验模式，在复杂背景环境下，短时间内提升检验效率、保障电力系统安全性和稳定性。同时，结合电力系统实际运行需求进行动态调控，确保闭环自动化检验方法能够真正服务于电力系统，推动电力系统快速朝智能化、自动化方向发展。

参考文献

[1]于洋，王同文，汪伟，等.数字化变电站继电保护装置故障智能检测识别方法研究[J].电子设计工程，2024，32（5）：113-117.

[2]翟成昊，周建平.变电二次线智能检测技术及实践应用[J].电工技术，2023（16）：217-219，221.

[3]夏统照，凌博闻，庞岑茂，等.多参信息量的智能变电站继电保护二次回路隐藏故障检测方法[J].电工技术，2023（15）：164-166，169.

[4]孙祥祥.基于感应滤波的继电保护装置失效自动检测方法[J].自动化应用，2023，64（12）：125-127.

[5]李猛.基于支持向量机的电力二次设备继电保护装置故障检测方法[J].电工技术，2023（9）：136-138，141.

[6]谭金龙，熊小伏，南东亮，等.基于变电站监控系统的继电保护自动检验方法研究[J].电子设计工程，2023，31（8）：10-14.

[7]黄国平，陈锦荣，廖峰.基于智能录波器的继电保护智能检验技术[J].电气应用，2022，41（10）：8-15.

[8]彭桂喜，袁思遥，孙昊，等.继电保护装置检验测试智能体的研究与实现[J].电力系统保护与控制，2022，50（3）：174-179.