殷攀程，梅亦蕾，曹 柯，李雪愷，鄒經(jīng)鑫，袁明哲

(國網(wǎng)四川省電力公司成都供電公司，四川 成都 610041)

0 引 言

變電站二次設(shè)備作為電網(wǎng)運行的哨兵，時刻保障著電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，其采集的運行數(shù)據(jù)是構(gòu)建泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵信息。對二次設(shè)備而言，準(zhǔn)確地獲取實時數(shù)據(jù)，是其保護和測量功能應(yīng)用實現(xiàn)的重要基礎(chǔ)，而裝置參數(shù)則是某一保護功能動作與否的關(guān)鍵閾值。以上任意一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，都將導(dǎo)致站域上傳業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)錯誤甚至保護拒動或誤動。根據(jù)GB/T 14285—2006《繼電保護及安全自動裝置技術(shù)規(guī)程》的要求，保護裝置應(yīng)具備在線自檢功能，包括硬件損壞、功能失效，除出口繼電器外，裝置內(nèi)的任一元件損壞時，裝置不能誤動作跳閘。因此二次設(shè)備運行工況的有效監(jiān)視一直是國內(nèi)外電力系統(tǒng)領(lǐng)域的重要研究課題[1-3]。

二次裝置數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由低通濾波器、AD轉(zhuǎn)換模塊等集成電路芯片構(gòu)成，裝置參數(shù)存儲于E2ROM中。當(dāng)數(shù)據(jù)采集不準(zhǔn)確或裝置參數(shù)漂移時無法主動提供告警信號，導(dǎo)致二次裝置無法對其功效進行實時監(jiān)測和故障告警，存在自動監(jiān)測的盲區(qū)[4-5]。

針對保護裝置中AD采樣的問題，供應(yīng)商在高電壓系統(tǒng)(110 kV及以上)保護裝置上增加了一套冗余的采集系統(tǒng)，對兩套采集系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)做對比校驗，實時監(jiān)測采樣系統(tǒng)運行工況。但在低電壓系統(tǒng)中為了降低成本，保護裝置只配置單套采樣，并不單獨校驗保護數(shù)據(jù)。針對測量數(shù)據(jù)和保護參數(shù)的校驗問題，目前也尚無自動校驗方案，大多采用人工對保護測控采樣值和裝置參數(shù)進行不定期對比校驗，無法實時比對，存在很大的功能缺陷乃至安全隱患。某供電公司曾發(fā)生變電站10 kV保護裝置AD采樣損壞造成保護拒動，之后越級跳閘擴大事故范圍；變電站測量數(shù)據(jù)異常影響了潮流分析、SCADA系統(tǒng)等業(yè)務(wù)口的高級應(yīng)用；某廠家保護裝置在重啟后參數(shù)漂移但未被及時發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致保護誤動等案例。

針對以上問題，下面提出了站域數(shù)據(jù)智能校驗平臺，通過二次設(shè)備數(shù)據(jù)采樣雙校驗系統(tǒng)和裝置參數(shù)存儲系統(tǒng)，有效地保障了保護數(shù)據(jù)、測量數(shù)據(jù)和裝置參數(shù)這三大數(shù)據(jù)的正確性。

1 保測數(shù)據(jù)雙校驗系統(tǒng)

1.1 單采樣系統(tǒng)不可靠問題

低電壓系統(tǒng)中，保護測控裝置只采用單套采樣系統(tǒng)，電流、電壓采樣數(shù)據(jù)經(jīng)過低通抗混疊濾波后進行AD轉(zhuǎn)換，然后輸入數(shù)據(jù)處理芯片(digital signal processing，DSP)和可編程邏輯器件(complex programmable logic device，CPLD)進行相應(yīng)數(shù)據(jù)運算和邏輯決策，最終驅(qū)動出口繼電器。由于現(xiàn)有保護測控裝置不能對采樣系統(tǒng)狀態(tài)進行監(jiān)視，從而無法分辨采樣系統(tǒng)的故障或不正常運行狀態(tài)并提出告警。因此當(dāng)采樣系統(tǒng)發(fā)生故障時，保護裝置無法采集到電流或電壓數(shù)字量，或者采集一個錯誤的量，造成保護裝置誤動或者拒動，測控裝置采集錯誤的量可能導(dǎo)致調(diào)度中心收到錯誤信息，做出錯誤決策。高電壓系統(tǒng)保護靠增加冗余采樣系統(tǒng)的方法克服上述隱患。由于設(shè)備成本限制，低電壓系統(tǒng)均采用保護測控一體化裝置，配置如圖1所示的無自我校驗功能的單采樣系統(tǒng)，如其中任一模塊(如AD模塊)出現(xiàn)問題時，保護數(shù)據(jù)和測量數(shù)據(jù)將隨之異常，發(fā)生保護數(shù)據(jù)不正確和測量數(shù)據(jù)不正確問題。若這種隱患不能及時識別，將嚴(yán)重危及二次設(shè)備和電網(wǎng)的穩(wěn)定性。

圖1 單采樣系統(tǒng)硬件原理

1.2 功能架構(gòu)

站域保護測控數(shù)據(jù)雙校驗系統(tǒng)通過操作員站提供的應(yīng)用程序編程接口，對所有單AD采樣裝置進行輪詢，比對其保護和測控采樣值。雙校驗系統(tǒng)對有異常的數(shù)據(jù)進行兩次復(fù)核，若復(fù)核不通過則發(fā)出告警信號，并將該告警信號上傳主站，總體框架設(shè)計見圖2。

圖2 站域二次設(shè)備雙采樣校驗系統(tǒng)整體框架設(shè)計

1.3 數(shù)據(jù)處理方法

通過間隔層網(wǎng)絡(luò)收集到的保護測控數(shù)據(jù)由于時間不同步，可能存在采樣值差異，需要進行同步處理。操作員站收集20個采樣點只需不到1 s時間，保護和測控電壓采樣值在短時間內(nèi)幾乎無變化，在穩(wěn)態(tài)負荷下，其電流值也是不變的。電力系統(tǒng)快速變化負荷可分解為基礎(chǔ)負荷和波動負荷，在短時間(1 s)內(nèi)基礎(chǔ)負荷可認為是恒定不變的。一個間隔內(nèi)波動負荷由多個快速變化負荷構(gòu)成，根據(jù)大數(shù)定律，其波動量必然符合正態(tài)分布，其期望為0[6]。因此，提出一種滑動濾波的方法，能夠快速濾除波動，分解出基礎(chǔ)負荷，并可以反映出基礎(chǔ)負荷的變化趨勢。滑動濾波原理如式(1)、式(2)所示。

(1)

(2)

式中：N為滑動窗口；xn為第n個采樣時刻獲得電流數(shù)據(jù)；yn為濾除波動負荷后電流數(shù)據(jù)。

圖3為實測電流數(shù)據(jù)經(jīng)過滑動濾波后的對比圖，由圖可知經(jīng)過濾波后數(shù)據(jù)能夠完全反映基礎(chǔ)負荷，在短時間內(nèi)是恒定的。

圖3 滑動濾波后基礎(chǔ)負荷電流

DL/T 478—2006 《繼電保護和安全自動裝置通用技術(shù)規(guī)范》要求，電流采樣誤差不大于2.5%，絕對誤差不大于0.01In；電壓誤差不大于2.5%，絕對值不大于0.002Un。依據(jù)上述要求，雙校驗系統(tǒng)電壓閾值增加1.5倍的可靠系數(shù)，即電壓差大于3.75%并且大于0.3 V判別為采樣異常；電流閾值也增加1.5倍的可靠系數(shù)，電流偏差大于3.75%并且大于0.075 A判別為采樣異常。

圖4為保護測控數(shù)據(jù)雙校驗處理流程圖，系統(tǒng)先對電壓數(shù)據(jù)進行對比，如果無異常再對電流進行判別，最后給出檢測結(jié)果。

圖4 保護測控數(shù)據(jù)雙校驗處理流程

2 裝置參數(shù)漂移校驗系統(tǒng)

2.1 裝置參數(shù)漂移問題

保護裝置參數(shù)是決定裝置是否動作的關(guān)鍵閾值，參數(shù)的設(shè)定需要考慮系統(tǒng)運行方式、設(shè)備的保護范圍、主后備保護配合等問題。目前變電站二次設(shè)備基本不具備參數(shù)漂移自檢功能，存在裝置重啟后(或運行中)參數(shù)發(fā)生改變?nèi)缍ㄖ灯?、控制字異常、壓板位置不正確甚至清零的現(xiàn)象，即裝置參數(shù)漂移問題。由于保護裝置無法判斷這些變化是人為改變還是故障導(dǎo)致，會默認以變化后的參數(shù)來運行，造成嚴(yán)重安全隱患。

因此，需要引入?yún)?shù)校驗機制定期對比裝置實時參數(shù)與整定值是否一致，若存在參數(shù)與整定值不同的情況，應(yīng)立即對異常數(shù)據(jù)進行分析并向主站發(fā)送異常信號。

2.2 功能架構(gòu)

裝置參數(shù)漂移校驗系統(tǒng)整體框架如圖5所示。

圖5 裝置參數(shù)漂移校驗系統(tǒng)整體框架

作為參數(shù)校驗的依據(jù)，裝置參數(shù)數(shù)據(jù)庫包含站域所有二次設(shè)備的保護定值、壓板位置、控制字的標(biāo)準(zhǔn)信息。這些參數(shù)在保護裝置投運或升級時由專業(yè)人員在操作員站建模輸入，在運行期間中固定不變。校驗系統(tǒng)以設(shè)定周期進行裝置參數(shù)校驗，若感知到數(shù)據(jù)異常，則在異常值數(shù)據(jù)庫中進行模式匹配，分析數(shù)據(jù)異常原因并發(fā)送給調(diào)度中心，輔助調(diào)度員進行決策。

2.3 參數(shù)校驗方法

在一個檢測周期內(nèi)，校驗系統(tǒng)對目標(biāo)裝置的參數(shù)逐一與數(shù)據(jù)庫中的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)比對，并將校驗結(jié)果以0、1向量形式儲存，如式(3)所示。裝置的定值、壓板、控制量按照一定順序排列，若裝置實時值與標(biāo)準(zhǔn)值對照一致，則在向量相應(yīng)位置1，反之則置0。

(3)

校驗完成后，若向量J全為1，則說明裝置實時定值、壓板、控制字等數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)值一致，完成校驗；如果向量J含有0元素，則說明裝置存在數(shù)據(jù)異常，將向量J輸入異常判斷模塊，并基于異常數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行模式匹配，辨識出向量J表示的異常情況屬于檢修態(tài)、調(diào)試態(tài)或者故障態(tài)中的哪一種，并發(fā)出相應(yīng)告警信號。裝置參數(shù)漂移校驗系統(tǒng)對站域全部保護裝置進行一輪校驗的流程如圖6所示。

圖6 裝置參數(shù)漂移校驗系統(tǒng)檢測流程

3 結(jié) 論

上面引入了一種新思維以解決實際工程問題，基于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的核心內(nèi)涵和架構(gòu)模型，建立了站域數(shù)據(jù)智能校驗平臺，構(gòu)建了保護測控數(shù)據(jù)雙校驗系統(tǒng)和裝置參數(shù)校驗系統(tǒng)，確保了保護數(shù)據(jù)、測量數(shù)據(jù)以及裝置參數(shù)的正確性。

根據(jù)多個變電站部署站域數(shù)據(jù)智能校驗平臺的經(jīng)驗，該平臺可杜絕90%以上由于采樣異?；蜓b置參數(shù)漂移導(dǎo)致的保護不正確動作的事故，且極大地節(jié)省變電站運行維護人員數(shù)據(jù)校核的工作量。同時是泛在電力物聯(lián)網(wǎng)在站域數(shù)據(jù)驗證中的一次有效嘗試，并且可以為未來泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)實踐提供一定參考。