35 kV电网继电保护二次回路故障诊断方法

常 煜，齐晓光

（1.国网巨鹿县供电公司，河北邢台 055250；2.国网隆尧县供电公司，河北邢台 055350）

引言

继电保护装置主要用于实现电路的精准控制，保证电网安全，是维护变电站安全稳定的第一道防线，具有十分关键的作用。近几年来，随着我国电网范围的不断扩大，部分继电保护装置出现了无法满足强负荷电力调度的状况，由于变电站的设备通常具有一定的关联性，在日常运行过程中，如果出现异常，而未进行及时地维修与切断，将很容易造成大面积的电力损失，同时还会造成关联性的设备破坏，进而引发电力系统出现连锁故障，进一步扩大故障停电的范围[1]。面对这种状况，变电站以及电网的操作人员通常会设置二次回路的方式来避免问题的发生，同时对相关设备所出现的故障作出诊断。我国主要以35 kV的电网为核心调度网，35 kV电网继电保护二次回路是一种诊断功能极强的装置，当电路发生故障或者异常的情况时，传统的诊断装置可能会将所控制的电路全部断电，以此来保证其他设备的安全性，但是这种突发性的断电也很容易给设备造成运行的压力，甚至会缩短其使用寿命，而继电保护二次回路装置相对较为智能，它会对相对异常区域进行勘察，如果存在的问题具有一定的扩散性，有可能影响其他设备的运行，装置将会选择性地断电，并且会持续性关闭装备，保证设备内部器件的运行压力[2]。然后进行故障诊断，并在控制平台上警示。因此，对35 kV电网继电保护二次回路故障诊断方法进行设计，通过较为科学的方法构建诊断的结构以及模型，在原本的基础上进一步优化诊断功能，以此来全面提升诊断的质量和效率。

1 35 kV电网继电保护二次回路故障诊断方法设计

1.1 计算二次回路广义变比

进行电网继电保护二次回路故障诊断方法的设计之前，需要先计算相对应的二次回路广义的实际变比。一般情况下，电磁式和电子式的电流互感器通常都会被安装在电网控制电路的核心区域，一定程度上起到了继电保护的作用，是目前应用最为广泛的电流互感器[3]。不仅如此，还可以对电流进行二次处理，将剩余的电流转换为继电保护计算所用的数字量。所以在这个过程中，就需要先计算出首次电流转换的比值，如式（1）所示。

式中：D表示转换比值；g表示交互范围；α表示回测比值。通过以上计算，可以得出实际的转换比值。通过上述的转化比值将回测的电流重新转换为数字量，并将实测的数字量与转换所获取的数字量对比，取较大的一组，以此为基础，继续计算二次回路的广义变比，如式（2）所示。

式中：H表示二次回路的广义变比；v表示动态回测系数；ω表示多路识别值。通过以上计算，最终得出实际的二次回路的广义变比。需要注意的是，此变比通常不是固定的，会根据电网实际的运行情况，适当地调整差值，但调整的幅度不会太大，以此来保证不超过额定电流的预期范围。

1.2 设计继电保护重叠误差故障诊断模型

在完成二次回路广义变比计算后，设计继电保护重叠误差故障诊断模型。重叠误差主要是对35 kV电网进行故障诊断的过程中，通过误差模型，将电网中存在的重叠故障以及隐患故障作出辨别以及处理的一种技术。通过专业的设备和测量仪器，获取35 kV电网的基础运行数据以及异常信息，将重要数据信息汇总整合，设定重叠误差的标准，重叠误差标准如表1所示。

表1 重叠误差标准

根据表1中的重叠误差标准，进行实际误差模型的标准设定。完成后在这个范围之内建立重叠误差模型相对应的故障诊断结构，该结构是层级结构，大致可以分为3层，分别为故障定位结构，这部分是基础结构，主要负责确定电网中异常和故障的位置，以便于之后的处理。其次是分析层级，在完成故障定位之后，由分析处理层级来对故障的具体原因以及产生环境做出分析。顶层为故障的诊断处理层级，这个层级实质上是真正的诊断层，会形成较为具体的诊断方案以及处理对策，极大地提升了故障诊断的效率和质量。建立诊断结构，将计算所得的二次回路变比添加在结构相对应的层级之中，并且依据重叠误差的实际标准，设定模型的重叠误差，完成继电保护重叠误差故障诊断模型的设计。

1.3 多参量融合法实现故障诊断方法的设计

在完成继电保护重叠误差故障诊断模型的设计之后，利用多参量融合法来最终优化实现故障诊断方法的设计。在诊断模型之中进行多参量设计。先在每一个诊断结构中分别建立对应的故障感应节点，并将其与重叠结构相关联，当节点通过监测设备感应到故障以及异常情况时；然后，将相关的数据信息传输至模型相对应的诊断层级中，在综合诊断区域建立多参量的故障融合体系，可以将层级诊断的结果进行二次核查，并给予对应的解决方案。按式（3）计算诊断实测的融合比例。

式中：U表示实测的融合比例；h表示回测变化范围；R表示参量系数。通过以上计算，可以得出实际的融合比例，依据此比例进行多参量的融合，进一步缩小故障诊断的范围，完成35 kV电网继电保护二次回路故障诊断方法的设计。

2 方法测试

2.1 测试准备

本次主要对35 kV电网继电保护二次回路故障诊断方法实际应用的效果进行验证。首先，采用PSCAD/EMTDC搭建测试环境，并设置基础性的测试，电网母线的总长度范围需要确定在360 m左右即可；然后，调整电网各个控制区域的额定电流均为1600 A，同时电流互感器的动态变比为M=1350/5，在此基础上，将电源的控制模式更改为单相。额定电压频率为60 Hz，根据以上基础指标参数值，按式（4）计算实际二次回路的综合负载量值。

式中：K表示实际二次回路的综合负载量值；δ表示额定差值。通过以上计算，可以得出实际的二次回路的综合负载量值，此数值为综合的负载指标，当电网出现异常的情况时，计算出的此数值为所能够承受的最大电力负载值范围。一旦超出这个范围，便很容易造成关联设备的损坏。测试共分为两组，一组为传统的差值故障诊断法，将其设定为传统差值故障诊断测试组；另一组为本研究所设计的故障诊断方法，将其设定为重叠故障诊断测试组。两组方法同时进行测试，核查测试所用设备是否处于稳定的运行状态，确保不存在影响最终测试结果的外部因素后开始测试。

2.2 测试过程及结果分析

在上述搭建的测试环境中进行故障诊断方法的测试，具体测试步骤如图1所示。

图1 故障诊断测试步骤

按图1中的步骤测试，最终可以得出两组测试结果，对其进行对比，具体如表2所示。

表2 故障诊断测试结果对比

从表2可以发现，在相同的测试环境下，对比于传统的差值故障诊断测试组，重叠故障诊断测试组的方法所获取的误差率相对较低，表明其在对故障进行诊断时出现的误差相对较小，最终的诊断结果较为精准，具有一定的实际应用价值。

3 结束语

设计与研究35 kV电网继电保护二次回路故障诊断方法。此种诊断方法具有更强的灵活性和应变性，在不同的设备以及电力调度环境中，可以最大程度地保证诊断的精准性和完整性，同时，依据物理链路与逻辑链路的方式，增加了对继电保护二次回路的监测功能，进一步完善了故障诊断的总体结构。这不仅降低了故障发生的频率，还提高了35 kV电网运行的整体安全性，保证了我国电力系统的稳定运行，推动电力企业的长远发展。