南京南瑞繼保電氣有限公司 彭飛 夏玉坤 夏冰

1 引言

電力系統(tǒng)平穩(wěn)運行是當(dāng)代社會人民生活與工作的基礎(chǔ)。想要保證生活安全穩(wěn)定，就必須保證電力系統(tǒng)的良好運行，繼電保護裝置就是電網(wǎng)安全的一道重要的防線，想要保證電力系統(tǒng)的安全性，就需要首先保證繼電保護裝置的可靠性。精確地提取收集采樣信息，是保證繼電保護功能的重要步驟，互感器正是一種可以采集電力系統(tǒng)信息的傳感器。但是如果采樣信號出現(xiàn)異常，就會直接導(dǎo)致繼電保護方案失效，出現(xiàn)保護裝置誤動或者裝置拒動的情況。在現(xiàn)有的繼電保護裝置中，將電磁感應(yīng)原理作為電流轉(zhuǎn)換的主要方法，但是這種方法在故障電流過大或者二次負(fù)載過大等情況下，十分容易出現(xiàn)飽和情況，電流采樣數(shù)據(jù)會出現(xiàn)異常，進而導(dǎo)致繼電保護裝置在被干擾的情況下出現(xiàn)不正確動作[1]。因此，想要保證繼電保護裝置在電力系統(tǒng)中的安全運行，就需要首先確保其不會被干擾。為合理避免此類問題的出現(xiàn)，本文在高壓電力系統(tǒng)中，以抗干擾為主要目標(biāo)，設(shè)計了一種新的繼電保護方案。

2 建立繼電保護數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性模型

在對繼電保護裝置進行抗干擾的保護時，需要首先建立相關(guān)數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)性模型。在關(guān)聯(lián)規(guī)則數(shù)據(jù)庫樣本中建立子集，將特征項集合分為三類，分別為設(shè)備屬性、缺陷屬性和缺陷等級。由此可以得到數(shù)據(jù)挖掘?qū)ο蟮奶卣鲗傩裕?/p>

式中，Dp表示數(shù)據(jù)挖掘?qū)ο蟮谋磉_式；Wf表示數(shù)據(jù)挖掘的特征屬性；La表示電力系統(tǒng)設(shè)備缺陷部位類別；Qb表示電力系統(tǒng)設(shè)備缺陷原因；Jc表示缺陷等級；Bd表示嚴(yán)重缺陷部位；Ce表示抽象元組結(jié)構(gòu)[2]。通過上述樣本關(guān)聯(lián)子集，建立繼電保護文本詞典。

為方便日后針對電力系統(tǒng)的保護，需要將原本的缺陷數(shù)據(jù)進行清洗，使用分詞結(jié)構(gòu)建立文檔，對文檔中出現(xiàn)的關(guān)鍵詞進行改正與識別。依據(jù)現(xiàn)有的分詞結(jié)構(gòu)，提取有用分詞與無用分詞，更改并重建分詞詞典。在數(shù)據(jù)的預(yù)處理過程中，則可以使用正則化表達的方式，建立詞典的處理引擎。綜合預(yù)先設(shè)定的文字信息，結(jié)合其他成員的協(xié)助，對照不同的表達對象建立數(shù)據(jù)文檔，并將原始的數(shù)據(jù)文檔與剔除對象一一匹配[3]。當(dāng)某一個單詞的頻率反復(fù)出現(xiàn)后，可以計算其使用頻率。

式中，Pm表示單詞表中第m個詞匯的出現(xiàn)頻率；K表示語料常量；fr表示單詞在整個排名中出現(xiàn)的次數(shù)。

在上述文本信息的傳遞過程中，存在一個信息熵的概念，可以獲取信息量化程度[4]。計算信息量化程度的數(shù)學(xué)期望：

式中，E(x)表示信息熵量化程度的數(shù)學(xué)期望；Pk表示繼電保護文本缺陷的語料信息熵；Pi表示詞庫中第i個詞匯出現(xiàn)的頻率。分別建立各語料庫中詞匯的重要性，并統(tǒng)計其重要程度，建立關(guān)聯(lián)性模型。

式中，IDf表示任意兩個繼電保護數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)性；Nm表示語料庫中的文檔數(shù)量；Hf表示詞匯的有效信息。IDf一般大于0 且小于1。當(dāng)IDf接近1 時，證明該數(shù)據(jù)具備較大的關(guān)聯(lián)性；當(dāng)IDf接近0時，證明其關(guān)聯(lián)性較弱。

結(jié)合繼電保護專業(yè)詞典，構(gòu)建詞匯表空間，生成繼電保護數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)性數(shù)據(jù)庫，并在賦值生成向量模型的基礎(chǔ)上，設(shè)計算法分類器，建立所有數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)性保護模型。

3 設(shè)計繼電保護抗干擾算法

綜合上述方法，設(shè)計一個高壓電力系統(tǒng)抗干擾繼電保護算法。

繼電保護抗干擾算法流程如圖1所示。

如圖1所示，在互感器斷線自檢過程中，若檢測到互感器沒有斷線，則繼續(xù)檢測下一個互感器的安全性。若檢測到確實斷線，則需要分別測試CT斷線情況與PT斷線情況。分別保留電壓判據(jù)和電流判據(jù)，計算繼電保護裝置的信息熵，判斷是否存在區(qū)內(nèi)故障[5]。若區(qū)內(nèi)故障存在，則繼電保護裝置正常工作，若區(qū)內(nèi)故障不存在，則繼電保護裝置不動作。由此可以得到一個高壓電力系統(tǒng)下的繼電保護裝置抗干擾方案。

4 試驗分析

4.1 高壓電力系統(tǒng)仿真模型

為測試上文中設(shè)計的高壓電力系統(tǒng)抗干擾繼電保護方案的有效性，建立仿真模型，對其進行分析與總結(jié)。仿真模型如圖2所示。

圖2 電力系統(tǒng)仿真模型

如圖2所示，該高壓電力線路中存在兩個電阻，分別為R1 和R2，在電阻兩側(cè)有兩個母線A 和B，母線的旁邊和兩個母線的中間點存在三個故障點，分別將其標(biāo)記為F1、F2、F3。設(shè)置輸電線路的采樣頻率為4000Hz，周期內(nèi)的采樣點數(shù)量為100，電壓整定值為0.54，電流整定值為0.22，數(shù)據(jù)窗口的保護時間為10ms。

4.2 故障制動測試

通過仿真模型，分別獲取A 區(qū)母線和B 區(qū)母線在不同故障點下的保護判斷結(jié)果，A 區(qū)母線保護判斷結(jié)果見表1。

表1 A區(qū)母線保護判斷結(jié)果

B區(qū)母線保護判斷結(jié)果見表2。

表2 B區(qū)母線保護判斷結(jié)果

由表1和表2可知，當(dāng)F1點、F2點、F3點分別發(fā)生故障時，A 區(qū)母線與B 區(qū)母線在故障發(fā)生后10ms時的保護判斷結(jié)果。在不同的故障場景下，線路保護判據(jù)均能夠可靠制動，沒有發(fā)生誤動情況。

4.3 不同過渡電阻保護靈敏度測試

在仿真模型的首尾兩端以及中點部位分別設(shè)置接地故障，逐漸增大過渡電阻值，使其分別為100、200、300、400、500、600、700、800、900、1000Ω，以此記錄線路保護判據(jù)是否會發(fā)生改動。線路兩端故障時過渡電阻能力測試見表3。線路中段故障時過渡電阻能力測試見表4。

表3 線路兩端故障時過渡電阻能力測試

由表3 可知，當(dāng)線路兩端故障時，電壓判據(jù)在過渡電阻小于500Ω 時均具備動作能力，電流判據(jù)則只有當(dāng)過渡電阻小于700Ω 時才具備靈敏性。在表4 中，當(dāng)線路中段故障時，電壓判據(jù)在過渡電阻小于200Ω 時正常工作，電流判據(jù)則在過渡電阻小于700Ω 時工作。綜上所述，線路兩端故障時的繼電保護能力優(yōu)于線路中段故障。

表4 線路中段故障時過渡電阻能力測試

5 結(jié)語

本文設(shè)計了一種針對高壓電力系統(tǒng)繼電保護裝置的抗干擾方法。在無法判斷數(shù)據(jù)是否正確的基礎(chǔ)上，通過挖掘技術(shù)，對現(xiàn)有的繼電保護數(shù)據(jù)進行關(guān)聯(lián)性分析，同時設(shè)計算法，研究繼電保護方案的抗干擾方法。試驗結(jié)果顯示，該方法可以在存在干擾的情況下繼續(xù)工作，在任意一個故障模式下，該保護方案均能夠正常工作。在未來的相關(guān)研究中，可以繼續(xù)處理非規(guī)范型的數(shù)據(jù)類型，建立更可靠的數(shù)據(jù)挖掘模型，并輸出文本處理結(jié)果，得到精度更高的分類器。