变电站MIS系统存档定值单的定值信息误整定警告方法＊

刘桂琴

（内蒙古电力（集团）有限责任公司包头供电局，内蒙古 包头 014030）

1 引言

电力行业应用信息技术起始于60年代初，截至目前为止电力系统的规划建设、基建等各个操作环节均存在信息技术的应用。由于在进行变电站MIS系统设计的过程中，对于用户的需求掌握不够，导致系统可能会出现以下几种现象：在可行性研究中不存在规划设计；没有和用户之间进行意见交换等[1-2]。

MIS(Management Information System)建设是一个系统工程，各个部门工作人员的参与对于整个系统的建设十分重要。系统建设初始阶段，由于不同的工作人员都有各自的工作，无法一直围绕着开发者进行工作，导致大部分的工作无法落实。根据变电站MIS 系统[3-4]的设计需求，能够有效实现变电站MIS系统存档定值单的定值信息整定，但是在定值信息进行整定的过程中，存在错误整定的情况。为了确保整个系统的稳定运行，需要及时对系统中错误的定值信息进行整定。为此，提出了一种变电站MIS系统存档定值单的定值信息误整定警告方法，通过具体的仿真实验数据，有效验证了所提方法的有效性以及实用性。

2 变电站MIS系统定值信息整定与误整定警告

2.1 系统功能设计

变电站MIS系统存档定值单的定值信息整定，根据系统的运行方式以及工作状态进行实时在线整定，同时对整定结果进行优化，确保系统处于最佳保护状态中。为了满足现阶段的发展需求，要求系统具有信息交互功能，同时能够实时掌握系统的运行状态及时作出防护措施，并且对整定结果进行更新。在变电站MIS系统中，通过“三层”获取整定参数信息[5-6]，同时还需要将保护定值等相关信息存储到系统的数据库中，有效方便后期用户进行数据查询、检验等操作。

在变电站MIS 系统中，要实现信息交互，系统需要具有以下功能：

(1)主控站用户对数据库的数据访问：

通过主控站对数据库的访问，实现定值保护、时间记录等重要参数的分析以及查询等服务。

(2)主控站用户对变电站层等子站的数据访问：

通过主控站实现对不同子站的数据访问，同时还需要实时掌握不同子站中相关参数的取值。结合相关用户的设计需求，将数据填入到系统的数据库中或者发送至主控站，方便后期用户的使用。

主控站在得到不同子控站的重要信息后，实时检测系统的运行方式，以达到变电站MIS系统存档定值单的定值信息在线整定的目的。

(3)子站对主站发起的自动警告时间触发信息交互：

在巡检的过程中，实行子站内部定值信息误整定[7-8]，需要及时通知主站，同时将警告信息以及故障信息发送至主站。主站在接收到信息之后，对子站发出响应信息，同时将定值信息整定结果发送至子站，且将其发送至系统的数据库中，有效方便用户进行信息查询以及分析等操作。

(4)主站自检的信息交互：

主站会在设定的时间段内对系统进行巡检，有效防止子站中的定值信息被误整定。

(5)不同独立系统的主站信息交互：

在某些情况下，需要不同的独立系统之间进行实时信息交互。

电网信息管理以及交互的业务模型主要是以公共信息模型(CIM)为基础，结合相关的保护措施进行拓展以及定义。设定CIM为一组包，每个包内含有一个或者多个类，采用图形代表包中不同类之间的关系，利用文字定义不同类，CIM包主框图1所示。

图1 CIM包主框图

在进行CIM模型拓展的过程中，需要重点遵循以下原则：

(1)充分利用现阶段已有的CIM模型，有效降低对模型进行修正的次数；

(2)对CIM模型中需要进行拓展的部分进行分析，同时在高层次模型中有效获取模型的共性以及属性，有效增强模型的适用性；

(3)在模型进行拓展设计的过程中，需要全面利用模型的相关特性，促使模型中的有效信息能够最大程度被使用；

(4)确保模型中的原始结构不会发生改变，采用继承的方法在原始类中形成新的子类，同时原始类和新的子类之间存在关联[9-10]；

(5)降低新类属性的增加，有效避免对传统模型进行改动；

(6)在CIM模型文件中需要创建全新的包，将拓展的数据模型都放置在包内或者子包内，有效避免模型中的类项发生混淆[11-12]。

2.2 存档定值单的定值信息整定

2.2.1 无时限电流速断保护的整定计算

当变电站MIS系统发生短路故障时，为了保护MIS系统信息整定发生故障[13]，避免外部短路电流的影响，需要采取无时限电流速断保护措施。首先，110KV线路的线路末端短路时最大短路电流Ik．max测得为21．4A，110KV线路的线路末端短路时最小短路电流Ik．min测得为10．38A。此时外部短路时的最大短路电流Ib为：

式(1)中，Ik．max表示本线路末端短路时最大短路电流，此时，可靠系数Ko取1．3。那么，Ib=KoIk．max=1．3×21．4=27．82kA。

当相邻元件是变压器时，通过无时限电流速断保护与变压器保护配合的方式整定扩大保护范围[14]。当变压器采用纵差动保护时，此时最大短路电流

式(2)中，Ik．max表示变压器低压侧母线短路的最大短路电流，此时，可靠系数Ko取1．4。

为保证灵敏度，整定动作电流为7．4KA。

那么，此时可靠性系数Ks：

式(3)中，Ik．min表示最小运行方式下的系统，短路发生在被保护线路末端两相时，保护中流过的最小短路电流。此时，

满足灵敏度要求。

2.2.2 定时限电流速断保护的整定计算

定值区号中，正常定值在“00 区”，备用定值为“01 区”。本保护设备为110KV 分段开关。CT 一次额定值为600A。CT二次额定值为5A。PT—次额定值为110KV。“充电过流电流定值”应按对110KV 母线故障有灵敏度计算。按照躲过线路可能流过的最大负荷电流整定计算：

式(5)中，Il表示通过保护的最大负荷电流，Kres表示返回系数，Kss表示负荷自起动系数。

式(6)中，tmax相邻元件过电流保护的最大延时。=1s。

此时，灵敏度校验公式为：

满足灵敏度要求。

在上述的基础上，进行定值信息整定数值计算。

2.2.3 定值信息整定数值计算

电网一次设备模型主要是由以下三个因素决定，分别为：设备参数、拓扑关系以及运行方式[15-16]。

根据以上三个因素获得整定计算的基础数据，采用网格计算方法进行短路计算以及定值信息整定计算。设定V 代表变电站MIS系统中的有限非空集合，Vi，j代表节点i指向节点j的边的集合，则有：

所以，集合V的邻接矩阵A(V)能够表示为以下的形式：

式(10)中，aij表示整定灵敏度系数。计算公式为：

式(11)中，Z表示变电站的电流定值，I表示充电电流，根据以上结果，计算出适合定值信息整定数值。

2.3 存档定值单的定值信息误整定警告

在实际的电力系统中，虽然系统的保护装置是多种多样的，但是原理基本一致。通常情况下系统的保护原理如图2所示。

图2 系统保护原理

针对任意一个保护装置而言，无法采用传统的模型进行表示，但是能够将系统保护装置划分成多个子装置，这些子装置之间互相关联[17-19]。

在上述基础上，将复杂的整定规程通过计算机进行简化，有效实现定值校核，也是整定技术的核心所在[20-22]。

变电站MIS 系统存档定值单的定值信息误整定流程为图3所示。根据指定的启动模式，得到遥信量和遥测量文件解析文件，校核计算整体设备的数据信息，以达到变电站MIS系统存档定值单的定值信息误整定警告的目的。

图3 存档定值单的定值信息误整定警告流程图

变电站MIS 系统存档定值单的定值信息误整定警告包含两个十分关键的技术，以下详细给出：

(1)一次设备模型以及二次设备模型的通用性[23]；

除了需要进行快速整定参数计算之外，还需要对定值信息误整定警告范围进行优化处理；

(2)警告结果的严重性分级。

当变电站MIS系统的运行方式发生改变时，系统保护的定值信息将不再适用，同时系统的安全性也将受到威胁[24-25]。所以，需要通过定量评估方法确保系统的稳定运行，同时确定系统运行过程中的薄弱环节，有效采取对应的防护措施。

在上述分析的基础上，分析不同电网的运行方式，对定值信息的灵敏度以及选择性进行在线校验，以达到变电站MIS系统存档定值单的定值信息误整定警告的目的，此时计算出整定值DZ为：

式(4)中，Uk表示变电站的配变阻抗值，Is表示出现故障时的三相短路电流。当整定值时发送警告信号。

综上所述，实现了变电站MIS系统存档定值单的定值信息误整定警告。

3 仿真实验

为了验证所提变电站MIS 系统存档定值单的定值信息误整定警告方法的综合有效性，需要进行仿真实验测试。

3.1 变电站相关参数设定

实验相关参数如表1所示。

表1 变电站相关参数

在上述参数基础上完成实验。

3.2 误整定警告灵敏度系数

选取仿真时间为80s，获得不同条件下误整定警告信号情况，结果如图4所示。

图4 误整定警告信号仿真

如图4所示，灵敏度系数与误整定警告准确性成正比关系，灵敏度系数越接大说明误整定警告准确性越高。图4(a)表示无干扰条件下误整定警告灵敏度系数，在无外界干扰情况，除第30s 左右，灵敏度系数在仿真时间内都为1，误整定警告的灵敏度系数较大，准确率也较高。图4(b)表示干扰条件下传统方法误整定警告的灵敏度系数，当存在外界干扰情况下，误整定警告的灵敏度系数降低，说明此时准确率下降。图4(c)表示干扰条件下所提方法误整定警告的灵敏度系数，当存在外界干扰情况下，所提方法的误整定警告灵敏度系数几乎不受影响，说明所提方法的准确率较为理想。

为了进一步验证所提方法的有效性，改变变电站MIS系统的时间参数，得到误整定警告灵敏度系数，如图5所示。分析图5可知，本文方法在改变时间参数后，灵敏度系数受到时间影响，从第10s 开始，灵敏度系数开始增加，到第40s后基本恢复到正常水平，说明本文方法具有较强的适应性。

图5 改变时间参数后误整定警告灵敏度系数

3.3 定值信息误整定警告准确率(%)

为了验证多元状态估计方法，DOST能量相似度警告方法以及所提方法的有效性，以下对所提方法定值信息误整定警告准确率变化情况，具体的仿真实验测试结果如图6所示。

图6 定值信息误整定警告准确率

如图6所示，不同方法下定值信息误整定警告准确率不同。在运行时间持续增加的情况下，误整定警告准确率存在一定下降趋势。在前5分钟内，三种方法的定值信息误整定警告准确率都较高。时间为5min 时，多元状态估计方法的误整定警告准确率为82%，DOST能量相似度警告方法误整定警告准确率为75%，所提方法误整定警告准确率为95%。随着时间的增加，误整定警告准确率有下降趋势。当时间为30min 时，多元状态估计方法的误整定警告准确率为39%，DOST能量相似度警告方法误整定警告准确率为37%，所提方法误整定警告准确率为94%。所提方法具有较高的误整定警告准确率。

实验在第7min 与第38min 增加了干扰信号，三种方法都受到干扰影响，准确率有所下降。以第38min 状态为例，多元状态估计方法的误整定警告准确率由45%降到28%，DOST 能量相似度警告方法误整定警告准确率由43%降到21%，所提方法误整定警告准确率由94%降到82%。所提方法降幅最小，且准确率最大，说明所提方法具有较强的抗干扰能力，定值信息误整定警告准确率的稳定性与准确率也较高。以上实验数据有效验证了所提方法的优越性。

3.4 警告整定值(r/min)

为了更加全面验证所提方法的有效性，实验选取多元状态估计方法，DOST能量相似度警告方法作为对比方法进行仿真实验测试，具体的实验对比结果如表1所示。

由表1可知，随着电流的持续增加转速的警告整定值也在不断发生变化。当电流为24A时，多元状态估计方法的转速警告整定值为400r/min，DOST 能量相似度警告方法的转速警告整定值为389r/min，而本文方法的转速警告整定值为890r/min。当电流为48A 时，多元状态估计方法的转速警告整定值为405r/min，DOST 能量相似度警告方法的转速警告整定值为356r/min，而本文方法的转速警告整定值为970r/min。本文方法的转速警告整定值明显高于其他两种传统方法，本文方法能够适当提高转速警告整定值，减少误整定现象的发生。

表1 不同方法的警告整定值

4 结束语

针对传统方法存在定值信息灵敏度不佳等问题，本文设计并提出变电站MIS 系统存档定值单的定值信息误整定警告方法。通过具体的仿真实验数据，有效验证了所提方法的有效性以及实用性。

本文方法的整定所需时间还需要进一步缩短，后续将针对这一问题进行完善。