楊盛智 吳偉翔 鐘武仁

摘要：本文以智能變電站繼電保護(hù)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)作為切入點(diǎn)，給出一款適用于常規(guī)繼電保護(hù)裝置的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)核心內(nèi)容給予簡(jiǎn)述，再以此為基礎(chǔ)，結(jié)合應(yīng)用實(shí)例分析該系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，以期為后續(xù)實(shí)際工作提供參考。

關(guān)鍵詞：智能變電站；繼電保護(hù)裝置；在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；降維算法

1.智能變電站繼電保護(hù)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1.1監(jiān)測(cè)對(duì)象

本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要關(guān)注點(diǎn)，是智能變電站繼電保護(hù)裝置，在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的主要監(jiān)測(cè)目標(biāo)包括四個(gè)，即監(jiān)測(cè)對(duì)象的溫度、電壓、電流和長(zhǎng)期數(shù)據(jù)。在智能變電站常規(guī)工作情況下，各類(lèi)監(jiān)測(cè)對(duì)象的溫度、電壓和電流都是穩(wěn)定的，如果某一對(duì)象出現(xiàn)問(wèn)題，通過(guò)繼電保護(hù)裝置在線(xiàn)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)其異常，可以及時(shí)處理，避免出現(xiàn)事故。長(zhǎng)期數(shù)據(jù)的積累可作為大數(shù)據(jù)資料，了解該變電站工作的一般性信息，如用電總量、用電增加量等，作為進(jìn)一步優(yōu)化工作的基礎(chǔ)[1]。常見(jiàn)的智能變電站溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)原理如圖1所示。

1.2核心技術(shù)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)牽涉到的技術(shù)包括通信技術(shù)、傳感器技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)、智能技術(shù)等，限于篇幅無(wú)法一一給予介紹，本節(jié)重點(diǎn)就智能技術(shù)展開(kāi)分析。智能技術(shù)的應(yīng)用核心是降維訓(xùn)練法，降維訓(xùn)練是系統(tǒng)工作科學(xué)性和有效性的根本保證。考慮到變電站工作的流程化、故障的規(guī)律性特點(diǎn)，本次設(shè)計(jì)擬采用K近鄰算法提升智能技術(shù)的工作性能。要求收集至少2000個(gè)工作樣本，每一個(gè)樣本涵蓋三個(gè)維度信息，即溫度、電壓、電流，所有樣本均為變電站正常工作情況下的樣本（包含極限值）。將所有樣本投入K近鄰算法的定義域內(nèi)，不同模型與標(biāo)準(zhǔn)K值實(shí)現(xiàn)匹配，系統(tǒng)則對(duì)匹配情況進(jìn)行記憶，完成降維訓(xùn)練。

2.智能變電站繼電保護(hù)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

2.1應(yīng)用概況

2016年8月，浙江省某地智能變電站（以下簡(jiǎn)稱(chēng)S站）出現(xiàn)電力火災(zāi)，經(jīng)過(guò)分析，該火災(zāi)原因是智能變電站變壓器出現(xiàn)短路導(dǎo)致，由于繼電保護(hù)裝置的識(shí)別上限過(guò)高，未能發(fā)現(xiàn)電流異常，導(dǎo)致火災(zāi)發(fā)生。為求應(yīng)對(duì)該問(wèn)題，管理部門(mén)決定進(jìn)行繼電保護(hù)方面的優(yōu)化，擬采用在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)工作。系統(tǒng)默認(rèn)監(jiān)測(cè)對(duì)象包括溫度、電壓、電流和長(zhǎng)期數(shù)據(jù)。應(yīng)用1.2小節(jié)的設(shè)計(jì)理念進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，默認(rèn)工作流程為：通過(guò)傳感器了解某對(duì)象的工作態(tài)勢(shì)，并以1.5秒為間隔，以有線(xiàn)通信的方式將收集所獲信息傳輸給單片機(jī)，由單片機(jī)通過(guò)模型匹配的方式了解所獲信息是否符合“安全”標(biāo)準(zhǔn)，如果存在異常，則發(fā)出警報(bào)，由管理人員進(jìn)行處理，如果嚴(yán)重異常，則由繼電保護(hù)裝置執(zhí)行應(yīng)急操作，切斷電源、規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)。系統(tǒng)工作的基本原理如圖2所示。

2.2應(yīng)用過(guò)程

S智能變電站建成于2014年5月，技術(shù)人員收集了3年零3個(gè)月以來(lái)的工作資料，共獲取樣本3052件，選取溫度、電壓、電流作為核心對(duì)象，構(gòu)建了2117個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化工作模型、804個(gè)異常模型（報(bào)警標(biāo)準(zhǔn)）以及131個(gè)危險(xiǎn)模型（斷電標(biāo)準(zhǔn)），應(yīng)用K近鄰算法進(jìn)行降維訓(xùn)練，所有訓(xùn)練工作在4天之內(nèi)完成，通過(guò)單片機(jī)保存。為保證系統(tǒng)工作的全面性，采用集中管理、分布式監(jiān)測(cè)的方式進(jìn)行保護(hù)，保護(hù)對(duì)象包括S智能變電站內(nèi)的發(fā)電機(jī)、變壓器、輸電線(xiàn)路和母線(xiàn)。此外，在對(duì)溫度、電壓、電流進(jìn)行在線(xiàn)監(jiān)測(cè)的同時(shí)，嵌入內(nèi)置存儲(chǔ)器，針對(duì)所有監(jiān)測(cè)對(duì)象的工作值進(jìn)行記錄。變壓器工作的三類(lèi)模型基本參數(shù)如表1所示

為了解系統(tǒng)工作的有效性，在常規(guī)應(yīng)用的基礎(chǔ)上，額外進(jìn)行了模擬實(shí)驗(yàn)。模擬實(shí)驗(yàn)通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行，以參數(shù)調(diào)整的方式模擬各類(lèi)異常和危險(xiǎn)情況，判定系統(tǒng)辨識(shí)的準(zhǔn)確性、報(bào)警時(shí)間以及是否能夠及時(shí)切斷電源。最后對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)收集的情況進(jìn)行分析，綜合判定系統(tǒng)的工作能力。常規(guī)應(yīng)用持續(xù)3個(gè)月，模擬工作共30次，采用單一參數(shù)變化、約束條件不變的模式，分別對(duì)溫度、電壓和電流進(jìn)行更改，并保證變電站的供電壓力保持穩(wěn)定（默認(rèn)為70%）。

2.3應(yīng)用結(jié)果與分析

常規(guī)應(yīng)用的情況下，智能變電站僅發(fā)生一次電壓異常，系統(tǒng)進(jìn)行了報(bào)警作業(yè)，經(jīng)調(diào)查是由于雷電攻擊導(dǎo)致線(xiàn)路受損所致，給予處理后變電站恢復(fù)工作。模擬實(shí)驗(yàn)方面，所獲數(shù)據(jù)如表2所示。

常規(guī)應(yīng)用以及模擬實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明，系統(tǒng)能夠精準(zhǔn)的識(shí)別智能變電站種種異常情況，并及時(shí)發(fā)出警報(bào)，其性能良好，可在后續(xù)工作中加以應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)的不足之處在于，未能考慮變電站內(nèi)部物理?yè)p壞的情況，同時(shí)對(duì)于電磁干擾的系數(shù)僅取平均值0.12，未能考慮變電站設(shè)備嚴(yán)重?fù)p壞導(dǎo)致漏電、電磁反應(yīng)情況下強(qiáng)干擾的破壞效應(yīng)。

總結(jié)：

通過(guò)分析智能變電站繼電保護(hù)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，獲取了相關(guān)理論內(nèi)容。繼電保護(hù)在現(xiàn)代智能變電站中價(jià)值突出，進(jìn)行在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，主要了解繼電保護(hù)裝置的溫度、電壓、電流和長(zhǎng)期數(shù)據(jù)四個(gè)方面信息，應(yīng)用的核心技術(shù)包括通信技術(shù)、智能技術(shù)、傳感器技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)等，通過(guò)機(jī)器訓(xùn)練和模型匹配法進(jìn)行監(jiān)測(cè)效果分析。應(yīng)用實(shí)例證明了上述理論的可行性，可作為后續(xù)工作的參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊曉西.淺議智能變電站繼電保護(hù)二次回路在線(xiàn)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2017（21）：68-69.