基于故障录波主站的实时在线保护评价方法

但路浩 廖晓春 刘斌

摘要

针对保护评价在实验室环境下的仿真局限性和高昂的成本代价，提出了一种基于故障录波主站的实时在线保护评价方法，分析通过变电站真实录波数据以及真实的保护动作信号，采用录波源端数据融合、采样数据频率归一、差动原理故障诊断、输电线路故障辨识等手段，实现在真实环境下全面、客观的评价电网运行保护的性能，且具备分析结果与实际保护数据自动比对的能力，适用于大电网背景下高效、准确的进行规模化保护设备性能评估。

【关键词】保护评价 实时在线 保护信息 故障录波主站 差动原理

继电保护评价是电力系统稳定和可靠运行的基石，随着继保智能化和信息化的发展，变压器和断路器设备在线监视要求的提高，对保护评价的准确性和时效性管控进一步增强，尤其对大电网背景下的多源异构数据环境下规模化保护性能的评价非常关键。另外，无论从现有技术还是从供电可靠性及设备安全性考虑，直接在实际电力系统中进行各种试验的可能性极小，而以购买数量众多的厂家设备到实验室进行仿真研究又代价高昂。

目前，国内外在开展保护行为评价时，倾向于基于保护同原理，使用更详细的数据、更透明的过程及可观测的中间变量来进行推导。这种做法的缺点有三个：

（1）保護原理同质化。仿真的结果只能评价保护的逻辑是否同原理相符，不能检验该原理本身;

（2）评价方式存在局限性。保护自带的数据通保护装置本身的推导一脉相承，使用同样数据推导的结果并无二致;

（3）实验室仿真评价无法替代工程评价。单个环节和某个指标的评价，无法全面、客观的评价出保护装置在实际工程中的综合表现，而工程综合表现恰恰最为重要。

本文提出一种广域电网背景下基于故障录波主站的实时在线的保护评价方法，具有时效性强、自动化程度高、适用性广等特点，易部署，性价比高。

1 设计思路

基于现有且普及和流行的省、网级别的调度调度控制中心二次信息采集主站系统，实时在线获取广域故障录波信息，结合站内设备统一建模映射，采用采样频率归一化、录波器采样同步等方法，解决故障录波器采样频率不同、数据同步难等关键问题，并利用差动原理进行故障诊断，实现仅利用故障录波数据进行差流计算准确定位故障区域和评价保护动作行。特点如下：

（1）利用二次主站系统的信息丰富优势，采用区域大差流原理，以各支路差流是否为。的方法推导出故障元件，判定正确动作的保护，这点同保护自身的工作机理不同，避免了工作原理的同质化;

（2）采用独立第三方的录波数据而非保护自带的数据，保证了评价的科学和合理性;

（3）紧密同工程实际相结合。利用现场运行数据，在线完成保护动作的推导，同步与实际保护动作进行比对，不仅快速，而且更客观;

（4）具有实时、在线的特征，能够自动和快速的完成保护动作评价，并进行电子存档，无需任何人工干预。

2 设计原理

录波数据同保护数据具有信号同源、分开采集、独立处理、相互验证的特征。因此，采用故障录波数据来验证保护动作行为，数据的真实性能够得到保证，同时，因为录波数据具有采样率高、信息齐全等优势，具备对保护动作的特征进行高精度、深层次分析的一切条件。

差动原理的数据具有广域性，能够定性的判断和锁定故障元件，非常准确。此外，还不受系统运行方式、过渡电阻、负荷电流、功率倒向、系统诊断等特有优势，符合评价保护动作的行为，避开了不同原理保护装置的复杂工作原理，核心是：

（1）分区域计算差流。系统差流不为0，则表示某个支路有故障;

（2）逐支路计算差流，锁定故障元件;

（3）故障元件对应的保护必须动作，不需要关心其动作判定依据。

电网故障时，一次系统的运行状况由安装在各自变电站内的故障录波器以高采样频率记录下来，及时上送到中调二次信息采集主站系统。通过频率统一、采样同步及对应于一次系统的IA建模，将一次系统的电流量在同一时标界面，以输变电设备为划分区域分别计算相应差流。

电网正常运行时，以固定时间间隔自动召唤故障录波采样并进行以输变电设备为单元的相电流差动值计算，差流值应几乎为零。如果差流计算值大于对应设备的差流越限值，通过调度主站远程调整故障录波器接入间隔通道名称、CT极性及变比系数，或者现场检查故障录波器是否己全部接入参与差流计算的设备及电流回路是否存在多点接地问题并及时进行消缺，保证电网正常运行时所有输变电设备的差流计算值均接近于零，流程如图1。

3 实现方法

3.1 源端数据融合

保护评价最合适的工具是充分合理的运用故障录波数据，故障录波装置是保护装置的记录“黑匣子”及评判，过程如下：

（1）波形文件标准化处理。针对不同厂家、型号的设备生成的波形文件各有不同，分别进行单独处理，转换成标准的COMTRADE99格式数据文件。

（2）故障通道提取。提取出真正发生故障的通道数据才能使用户专注于故障分析，不会淹没在大量的无效数据识别工作中。

（3）采样点时标对齐。在对齐采样时标的功能中既能根据波形数据自带时标自动调整波形在时间轴的位置，又能手动进行采样点级别的微调。

（4）采样频率对齐及算法。在同一个时间轴上展示不同的波形数据进行横向的比较，对于录波数据中压缩存储的部分只记录有效值的数据。

3.2 采样频率归一化及同步处理

电网故障录波器装置启动值低，可以长时间、高频率、全过程完整记录一次系统的各种扰动。利用高灵敏度启动值，经过频率归一化、采样同步算法处理，实现广域内不同故障录波器的故障数据采样频率相同、采样同步。采用插值法把不同采样频率统一为同一采样频率，对没有采样点的波形数据进行包络线方式压缩显示，同时录波数据中只记录有效值的压缩存储部分，进行相应处理。

3.3 故障录波信息与接线图设备自动映射

继电保护基础数据平台是全网一次、二次设备的数据库，包含一次设备连接情况及二次保护配置情况。故障录波系统也是基于一次系统采样的分布式系统，基于录波器的TA建模只需将设备关联的基础数据平台中设备TA进行——对应的配置，即可完成从录波通道到一次设备电流采样的对应关系，通过TA统一标识建模这一关键环节，将两个系统协调起来，故障录波通道与基础数据中TA配置可自动映射，电网故障时，各间隔的故障电流、区域差流计算值可在接线图上实时直观显示。

3.4 基于差动原理的故障诊断方法

采用采样频率归一化及同步技术，安装在全网不同变电站（包括常规变电站和智能变电站）内的故障录波器故障数据采样频率相同，采样数据同步，为接下来進行间隔设备、区域设备的差流计算提供了前提。电网正常运行时，以固定时间间隔自动召唤故障录波采样并进行以输变电设备为单元的相电流差动值计算，确保电网正常运行时差流值近似为零。

电网发生故障时，根据故障录波器上送的故障数据，分别以电网独立设备为计算单元，进行电网一次电流的差流计算;将差流值与差流整定值比较，实现准确故障位置定位及保护动作行为评价，故障诊断流程如图2。

3.5 输电线路故障的辨识方法

输电线路的故障数据存储于两个不同变电站内故障录波器内，若直接采用线路差动原理进行故障线路辨识，优点是原理简单，判断准确，不受网架拓扑结构影响，无需电压量，准确定位故障线路，不受负荷、振荡、功率倒向等影响。但缺点是需要线路对侧故障录波信息，而目前全网数据统一时钟很难实现，因此需要手动进行两侧数据映射、故障数据采样同步等操作，对疑似故障线路再利用差动原理进行复核、确认。在无人值守模式下，采用两种方法：

（1）各支路电流相位比较法。优点是无需线路对侧故障录波信息、无需电压量，计算速度快，仅需电流量即可进行辨识。缺点是对于同塔双回、多回线路，变压器中低压侧并列运行等特殊电网拓扑结构的故障无法准确辨识。

（2）综合方向元件辨识法。优点是不受网架拓扑结构影响，无需对侧故障录波信息、仅需本侧电压电流量即可进行辨识。但缺点是仅能判断出哪几条支路为正方向故障，无法进行故障线路准确辨识;需要电压量，方向元件准确性会受电压二次回路多点接地影响。

4 总结

通过录波主站系统从变电站端在线获取真实录波数据以及真实的保护动作信号，采用录波源端数据融合、采样数据频率归一、差动原理故障诊断、输电线路故障辨识等手段开展在线保护评价，对运行方式、保护型号等不敏感，能有效克服试验室仿真的局限性和设备采购、技术培训及实验过程等高昂代价，科学客观的获取保护评价信息，具有应用范围广，性价比高，适用性强，鲁棒性好等优点，具有较大的实用价值和推广前景。

参考文献

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