智能变电站继电保护在线监测系统的实现研究

杨盛智 吴伟翔 钟武仁

摘要：本文以智能变电站继电保护在线监测系统的设计作为切入点，给出一款适用于常规继电保护装置的在线监测系统，对核心内容给予简述，再以此为基础，结合应用实例分析该系统的实现，以期为后续实际工作提供参考。

关键词：智能变电站；继电保护装置；在线监测系统；降维算法

1.智能变电站继电保护在线监测系统的设计

1.1监测对象

本次系统设计的主要关注点，是智能变电站继电保护装置，在线监测系统的主要监测目标包括四个，即监测对象的温度、电压、电流和长期数据。在智能变电站常规工作情况下，各类监测对象的温度、电压和电流都是稳定的，如果某一对象出现问题，通过继电保护装置在线监测发现其异常，可以及时处理，避免出现事故。长期数据的积累可作为大数据资料，了解该变电站工作的一般性信息，如用电总量、用电增加量等，作为进一步优化工作的基础[1]。常见的智能变电站温度监测系统原理如图1所示。

1.2核心技术

系统设计牵涉到的技术包括通信技术、传感器技术、单片机技术、智能技术等，限于篇幅无法一一给予介绍，本节重点就智能技术展开分析。智能技术的应用核心是降维训练法，降维训练是系统工作科学性和有效性的根本保证。考虑到变电站工作的流程化、故障的规律性特点，本次设计拟采用K近邻算法提升智能技术的工作性能。要求收集至少2000个工作样本，每一个样本涵盖三个维度信息，即温度、电压、电流，所有样本均为变电站正常工作情况下的样本（包含极限值）。将所有样本投入K近邻算法的定义域内，不同模型与标准K值实现匹配，系统则对匹配情况进行记忆，完成降维训练。

2.智能变电站继电保护在线监测系统的实现

2.1应用概况

2016年8月，浙江省某地智能变电站（以下简称S站）出现电力火灾，经过分析，该火灾原因是智能变电站变压器出现短路导致，由于继电保护装置的识别上限过高，未能发现电流异常，导致火灾发生。为求应对该问题，管理部门决定进行继电保护方面的优化，拟采用在线监测系统进行监测工作。系统默认监测对象包括温度、电压、电流和长期数据。应用1.2小节的设计理念进行系统设计，默认工作流程为：通过传感器了解某对象的工作态势，并以1.5秒为间隔，以有线通信的方式将收集所获信息传输给单片机，由单片机通过模型匹配的方式了解所获信息是否符合“安全”标准，如果存在异常，则发出警报，由管理人员进行处理，如果严重异常，则由继電保护装置执行应急操作，切断电源、规避风险。系统工作的基本原理如图2所示。

2.2应用过程

S智能变电站建成于2014年5月，技术人员收集了3年零3个月以来的工作资料，共获取样本3052件，选取温度、电压、电流作为核心对象，构建了2117个标准化工作模型、804个异常模型（报警标准）以及131个危险模型（断电标准），应用K近邻算法进行降维训练，所有训练工作在4天之内完成，通过单片机保存。为保证系统工作的全面性，采用集中管理、分布式监测的方式进行保护，保护对象包括S智能变电站内的发电机、变压器、输电线路和母线。此外，在对温度、电压、电流进行在线监测的同时，嵌入内置存储器，针对所有监测对象的工作值进行记录。变压器工作的三类模型基本参数如表1所示

为了解系统工作的有效性，在常规应用的基础上，额外进行了模拟实验。模拟实验通过计算机进行，以参数调整的方式模拟各类异常和危险情况，判定系统辨识的准确性、报警时间以及是否能够及时切断电源。最后对系统数据收集的情况进行分析，综合判定系统的工作能力。常规应用持续3个月，模拟工作共30次，采用单一参数变化、约束条件不变的模式，分别对温度、电压和电流进行更改，并保证变电站的供电压力保持稳定（默认为70%）。

2.3应用结果与分析

常规应用的情况下，智能变电站仅发生一次电压异常，系统进行了报警作业，经调查是由于雷电攻击导致线路受损所致，给予处理后变电站恢复工作。模拟实验方面，所获数据如表2所示。

常规应用以及模拟实验的结果表明，系统能够精准的识别智能变电站种种异常情况，并及时发出警报，其性能良好，可在后续工作中加以应用。实验的不足之处在于，未能考虑变电站内部物理损坏的情况，同时对于电磁干扰的系数仅取平均值0.12，未能考虑变电站设备严重损坏导致漏电、电磁反应情况下强干扰的破坏效应。

总结：

通过分析智能变电站继电保护在线监测系统的实现，获取了相关理论内容。继电保护在现代智能变电站中价值突出，进行在线监测，主要了解继电保护装置的温度、电压、电流和长期数据四个方面信息，应用的核心技术包括通信技术、智能技术、传感器技术、单片机技术等，通过机器训练和模型匹配法进行监测效果分析。应用实例证明了上述理论的可行性，可作为后续工作的参考。

参考文献：

[1]杨晓西.浅议智能变电站继电保护二次回路在线监测与故障诊断技术[J].中国新技术新产品，2017（21）：68-69.