电力系统继电保护自动专业巡检技术研究

陈禹志，徐浩，董亚丽，孙晓佳，李鹏，陈志彪，边虎塞

(1.国网西藏电力有限公司，西藏 拉萨850000；2.国网湖南省电力有限公司电力科学研究院，湖南 长沙410007；3.国网西藏电力有限公司电力科学研究院，西藏 拉萨850000；4.国网西藏电力有限公司超高压分公司，西藏 拉萨850000；5.国网林芝供电公司，西藏 林芝860000；6.国网那曲供电公司，西藏那曲852000)

0 引言

随着新型电力系统建设逐步推进，安全可靠供电要求更高，需要电网隐患筛查治理更精准、故障恢复更及时。继电保护是保障电力系统安全稳定运行的第一道防线，其专业管理水平、运维水平和检修水平直接关系一次设备和整个电网的运行水平。结合近年来的电网故障分析，压板、定值、回路、装置等方面问题禁而未绝，继电保护隐患排查治理还任重道远，是新型电力系统建设需要重点解决的技术难题[1－6]。国网西藏电力有限公司是新型电力系统建设试点单位，相关工作更应在初期走在前列[7－12]。

二次系统专业巡检是提高继电保护系统安全可靠水平的重要手段。通过二次检修班组专业技术人员一年两次的人工现场专业巡检，全面掌握装置模拟量采样、差流、开关量采样、压板标识及投退情况、装置信号灯、历史事件告警报文、GPS对时、回路、红外测温等情况，弥补运行巡检工作重点不突出、专业水平欠缺、电网季节性特征针对性不强的不足，提升西藏自治区电网继电保护正确动作率。

但随着大二次专业的融合及电网规模的不断发展，二次班组人员从事的专业范围越来越广，工作量也越来越大，班组工作量与承载能力之间的矛盾也越来越突出。特别是西藏自治区面积大、变电站偏远，人工巡检耗费大量人力、物力及时间，制约了电网的高质量发展[13－16]。例如，2021年3月那曲江达变跳闸事故中，调查人员清晨出发，深夜才到达事故现场，影响供电恢复和村民度冬保暖，路途中人身安全也受到影响。有鉴于此，本文尝试依托D5000系统等现有数字化成果，探索二次系统新的管理和技术手段，实现专业巡检由人工巡检向自动巡检升级，提升专业巡检实时性、效率效益和精益化水平。

1 D5000系统现状

D5000平台故障信息处理系统是一套布置在调度数据网安全II区的继电保护信息收集系统，使用对象为继电保护专业技术人员和调度员，其功能主要是远程获取变电站继电保护装置的运行数据，用于变电站故障后保护动作信息的远程收集[17－19]。该系统主要由位于变电站内的保信子站、故障录波子站和位于调控中心的主站系统构成，子站装置与站内继电保护装置、故障录波装置通信，获取装置内的运行数据和故障报文、录波数据等信息，然后通过调度数据网上送至主站系统。

该系统能够采集继电保护装置中的所有运行信息，包括定值、模拟量采样数据、功能压板和软压板状态、开关量状态、故障报文、告警事件报文、保护故障录波报文，并可以从站内故障录波装置中获取独立的故障录波数据。其功能定位主要用于变电设备故障后远程收集与故障元件有关的继电保护装置动作报文和录波数据，并归集形成故障简报推送给D5000系统下的智能告警功能模块，及时提供故障信息，便于事故处理。同时，为继电保护专业技术人员提供详细的故障信息和数据，便于事故分析。

2 自动专业巡检算法制定

故障信息处理系统主要侧重于故障后信息的归集，却并未有效利用正常运行中的信息。实际上故障信息处理系统可以提供二次系统专业巡视工作中对于装置运行数据的检查内容，如定值、模拟量、开关量、软压板、异常告警信号灯检查所需的绝大部分现场数据，只是这些数据目前处于闲置状态。通过对该系统数据进行二次处理，可以实现专业巡检的自动化。本文提出通过主站系统远程采集保护装置的定值、模拟量采样信息、压板信息、开关量信息及异常报文等信息，设置对比基准或一定的规则，实现装置运行数据的校核，其架构如图1所示。以下以保护定制核对和模拟量校核为例说明自动巡检算法。

图1 继电保护自动专业巡检系统架构

2.1 保护定值核对

继电保护定值是确保保护功能可靠有效的根本前提。现场专业巡检往往需要运行人员、检修人员参照运行定值单对装置中定值逐项核对，费时耗力，且可能因人为疏漏出现核对错误。在推行二次专业巡检后，定值错误导致保护不正确动作案例仍时有发生。采用自动巡检算法后，软件自动核对所有定值，提高了精益化程度和准确度。保护定值自动核对算法主要包括基准定值录入(设置)、定值自动核对及生成核对结果三部分。

1)基准定值单的设置。实现的方式有三种:一是收集各地市(区)公司在用的各类型继电保护设备的定值单，按设备类型进行核对，并最终形成全网统一格式的定值单；二是与定值整定计算程序接口，开发专用的格式；三是通过召唤继电保护装置内的当前定值，通过人工核对后固化为定值核对的基准，本文中采用第三种方式。

2)定值核对。支持手工选择指定保护或自动对选定的批量保护召唤实际运行定值，与选定的基准值进行比对，不一致时差异、高亮显示，并给出告警。

3)生成核对结果。核对完毕后，可生成全部设备核对记录表，并对异常的定值单和装置给出告警信息。运行人员根据告警信息，及时进行定值定向核对修正，工作承载力将得到显著提高。

2.2 模拟量校核

现场专业巡检模拟量的主要方式是对装置模拟量进行逐一检查，同样存在人为疏漏问题，特别是异常情况判断严重依赖于巡检人员自身技术水平，存在巡检不到位问题。自动专业巡检主要针对电流电压采样值，进行多数据源之间幅值和相位的比对及三相不平衡度的计算，智能判别模拟量的正确性。对于220 kV级以上电压等级继电保护装置为双重化配置，两套装置的采样回路独立，可以对两套装置的采样数据逐项进行相互比对校验。110 kV电压等级继电保护装置为单套配置时，对采样间隔保护与母线保护对应间隔的模拟量采样数据进行比对，并需要有变比折算的参数设置功能。考虑到采样环节中各种误差，两套保护装置的采样值不可能完全一致，设置误差在5%之内即认为一致；双重化配置的两套保护一般为两个厂家的装置，其上送的模拟量数据不完全一致，仅针对两套保护装置上送的三相电压、电流、差动电流及零序电压电流等进行比对。

对各装置采样的三相电压或电流进行不平衡度计算，以检查幅值及相位是否平衡，主要步骤如下。

1)召唤模拟量。支持手工选定保护或设定批量设备自动进行模拟量召唤。

2)三相电流电压平衡检查。对保护设备回应的模拟量结果进行分析计算，检查幅值和相角是否平衡。

3)与主(备)保护一致性检查。核查同个一次设备下主、备保护或同一个间隔下多个保护、测控之间的三相电流、电压值的一致性，对比误差大于5%时按不一致处理。

4)告警。对于发现不一致、越限或越变化率的情况进行告警提示。

5)校核结果。校核完毕后，支持生成全部设备检查记录表。

3 高级功能开发

3.1 故障智能分析功能

3.1.1 原始动作报告

根据一二次设备关联关系，自动对从I区保护(安控)设备在线监视模块收到的保护实时事件、故障特征量、保护录波文件及II区采集的录波器录波文件信息进行筛选、过滤，将一次故障相关的保护真实跳闸信息、保护录波及录波器录波文件进行挑选、整理，形成原始动作报告。

3.1.2 事故分析报告

在原始故障包基础上，进一步对录波文件进行分析，并形成简洁的结论性分析结果，如故障类型、持续时间、故障电流、故障元件、故障测距等及关键跳闸事件等。

3.1.3 录波分析报告

对收到的录波文件进行自动分析，给出分析结果报告，启动录波生成启动分析报告、故障类录波形成故障分析报告，以方便专业人员提前发现设备隐患或快速定位故障。

3.1.4 保护动作时序回放

支持对当次故障的电流电压变化、开关量时序变位等情况以图形化方式自动回放，以方便专业人员进行故障分析。

3.1.5 故障测距计算

支持单端和双端测距计算，当仅有线路一端的录波文件时，自动按单端计算测距；否则，根据归档的事故报告，抽取线路两端的录波器录波文件进行自动双端测距计算，并将计算结果在最终的事故报告中进行展示。

3.2 运行报表管理

3.2.1 实时统计

实时统计并更新厂站、设备的最新运行情况，为界面实时显示提供基础，主要功能如下。

1)按地区:各地区接入厂站总数、断开厂站数及断开率、各地区接入装置总数、断开数及断开率；2)按厂站:各厂站接入装置总数、断开数目及断开率；3)全网接入厂站总数、断开厂站数及厂站断开率；4)全网接入装置总数、断开装置数及装置断开率、检修设备数及检修率；5)变电站接入数、电厂接入数及各占比例。

3.2.2 报表生成

自动生成厂站、设备运行情况及专业巡视等报表，并支持自动形成月报表。

1)厂站、设备运行情况报表

按地区。厂站中断率:本地区所有厂站总计运行时间、通信断开时间、中断率；装置中断率:本地区所有保护总计运行时间、通信断开时间、设备检修时间、中断率、检修率；计算装置中断率应排除检修时间段。上述信息以表格和柱状图方式展示。

按厂站。中断率:本厂站总计运行时间、通信断开时间中断率及中断明细；装置接入率:本厂站应接装置总数、实接装置总数及接入率；装置中断率:本厂站所有保护总计运行时间、通信断开时间、检修时间中断率、检修率及其明细；计算装置中断率应排除检修时间段。上述信息以表格及图形方式展示。

2)电网故障报表

正确收集率:总故障次数、信息收全次数及正确收集率；故障类型:各类型真实故障次数及其在总故障中所占比例；故障报告生成总数、真实跳闸报告个数、调试及检修类报告个数。

3)专业巡视报表

全网装置录波文件总数、启动录波、故障录波及启动异常录波次数及明细；定值不一致、开关量不一致、模拟量不一致、软压板不一致总次数及明细；各地区设备故障告警、运行异常告警、装置启动和启动异常、定值不一致、开关量不一致、模拟量不一致、软压板不一致总次数及明细。

4 结语

本文基于西藏电网继电保护问题频发、专业巡检耗时费力现状，研究开发了基于D5000故障信息处理系统的继电保护自动专业巡检系统，详细阐述了系统架构、逻辑规则和高级功能。该系统以主站系统远程采集的保护装置定值、模拟量采样信息、压板信息、开关量信息及异常报文等信息为基础，通过设置对比基准或一定的逻辑规则以及深度挖掘，实现了对变电站继电保护装置定值、压板状态、开入量状态和模拟量的远程自动校核、异常告警及统计分析、事故分析和波形反演。该系统已在西藏自治区进行部署，提升电网供电能力。