基于感应滤波的继电保护装置失效自动检测方法分析

国网辽宁省电力有限公司超高压分公司 张文婷

继电保护装置作为电力系统的重要组成部分，在保障电力系统安全和稳定运行方面发挥着关键作用。然而，长期运行和复杂的工作环境可能导致继电保护装置的失效，进而降低了它们的保护能力。因此，研究继电保护装置失效自动检测方法具有重要的意义。

1 滤波器设计

1.1 双调谐滤波器特性分析

双调谐滤波器是一种常用于信号处理的滤波器，具有独特的频率选择特性和滤波性能。在基于感应滤波的继电保护装置失效自动检测方法中，双调谐滤波器被广泛应用于故障信号和噪声信号的分离与提取。因此，对双调谐滤波器的特性进行详细分析具有重要意义。

双调谐滤波器的特性分析主要包括其频率响应和传输函数等方面。频率响应描述了滤波器在不同频率下的增益特性，可以通过绘制幅频特性曲线进行表示[1]；传输函数则提供了滤波器的输入信号和输出信号之间的数学关系，可以用于分析滤波器的频率选择性能和相位响应。为了深入理解双调谐滤波器，必须分析其在阻挡特定频率时的行为。这要求同时观察滤波器中串联和并联路径对信号的影响。具体来说，滤波器的性能可通过观察其在不同谐波频率点上的反应来评估，特别是在n1和n2两个频率点上的谐振现象[2],这一点在图1的曲线中得到了清晰的展现。

1.2 双调谐滤波器参数设计

在基于感应滤波的继电保护装置失效自动检测方法中，双调谐滤波器是关键的组成部分，用于有效地分离故障信号和噪声信号。为了实现滤波器的最佳性能，需要进行适当的双调谐滤波器参数设计。

首先，双调谐滤波器的中心频率是一个重要的设计参数。根据故障信号和噪声信号的频率分布情况，可以选择合适的中心频率以实现信号的有效分离；其次，带宽是另一个关键参数。带宽决定了滤波器对信号的频率选择性能，即在所选中心频率附近的一定范围内的频率分辨能力。此外，双调谐滤波器的增益也需要进行合理设计[3]。增益决定了滤波器的输出信号幅度和对故障信号和噪声信号的增强程度；最后，滤波器的稳定性、抗干扰性和实时性也需要考虑在内。稳定性确保滤波器的输出始终在合理范围内，并避免不稳定引起的误差。

2 继电保护自动检测方法设计

2.1 分析感应滤波装置失效响应特征

在继电保护装置失效自动检测的研究中，分析感应滤波装置失效的响应特征是至关重要的。感应滤波装置作为继电保护系统中的关键组件，负责对故障信号进行滤波和处理。通过对感应滤波装置失效响应特征的分析，可以更好地理解失效的模式和特点，从而为失效自动检测方法的设计提供依据。

依据二阶模型原理，在实时工况下获取感应滤波装置失效后,电力机组转子的运动方式如公式所示：F（t）=AΔω（t）+BΔω（t）+CΔω（t），式中：F（t）表示实时工况下感应滤波装置失效的环境激励，A表示电力机组转子的惯性时间常数，B表示感应滤波装置失效的阻尼系数，C表示感应滤波装置失效的力矩系数，Δω表示电力机组运行中产生的功率增量[4]。

通过对感应滤波装置失效的响应特征进行细致分析，可以提取出失效特征参数，并将其作为失效自动检测的依据。这将有助于实时监测感应滤波装置的工作状态，及时发现并处理装置的失效问题，提高继电保护装置的性能和可靠性。基于感应滤波装置失效随机振荡理论，计算装置失效基于实时工况自然激励作用下产生的时域响应，其表达如公式所示：式中：h（λ）表示感应滤波装置失效的单位脉冲响应，d表示装置失效振荡频率， 为时间变量，F（t-λ）表示实时工况下感应滤波装置失效的环境激励。

2.2 解析继电保护参数特征

在继电保护装置的失效自动检测研究中，解析继电保护参数的特征是非常重要的一步。继电保护参数是继电保护装置用于判断电力系统故障状态的关键指标，通过对参数特征的分析，可以准确判断继电保护装置的性能和健康状态。以下是一些常见的继电保护参数特征的解析方法：

幅值变化：观察继电保护参数的幅值变化情况，包括电流、电压等。正常情况下这些参数的幅值应保持在一定范围内。如果幅值超出了预期范围，可能意味着系统发生了故障或装置失效；频率变化：继电保护参数中的频率也是一个重要的特征。通过监测频率的变化，可以发现系统的频率偏移和频率扰动等异常情况；谐波分析：继电保护装置可以监测电流和电压谐波成分。通过对谐波分析，可以判断系统中的谐波含量是否超过了标准限制，进而判断系统是否存在异常情况[4]。

为了降低继电保护参数特征解析的难度，在此基础上,采用等效建模方法获取继电保护参数在感应滤波装置失效后的稳定性变化，如图2所示。通过解析继电保护参数的特征，可以建立参数的基准范围，并设计适当的故障判据和算法，进行继电保护装置的失效自动检测。这将大大提高继电保护系统的可靠性和安全性，保障电力系统的稳定运行。

图2 感应滤波装置失效后继电保护参数稳定性变化

2.3 基于潮流嫡提取装置失效继电保护参数

在继电保护系统中，潮流导数提取装置是常用的一种方法，用于实时计算电力系统中各个节点的潮流导数。根据感应滤波装置失效继电保护参数权重分配结果,计算参数的潮流嫡如公式所示：

式中：T表示感应滤波装置失效继电保护参数的潮流嫡,δi表示感应滤波装置失效继电保护元件的潮流分布率,Mi表示装置失效支路的初始潮流,Ma表示装置失效所有支路的潮流和。通过计算，获取感应滤波装置失效继电保护参数的潮流嫡结果，可以有效地提取基于潮流导数的继电保护参数并检测装置是否失效。这有助于维护继电保护系统的稳定性和可靠性，并提高对电力系统故障的检测能力。

3 实验分析

3.1 实验流程

通过设计和搭建实验平台，可以对提出的继电保护装置失效自动检测方法进行实验验证。为进一步验证本文设计方法的可行性,进行了以下实验。本文选取X 感应滤波装置失效为研究目标，该装置失效包含15台电力机组，其中4台为大型等值电力机组，形成一个独立的运行区域，整个感应滤波装置失效含有80条输电线路，整体运行状况良好，将本文设计的继电保护自动检测方法应用到该装置失效中[5]。本次实验中继电保护自动检测流程如图3所示。

图3 继电保护自动检测的流程

为了验证提出的继电保护装置失效自动检测方法的可行性，设计了以下实验流程。

分区处理电力系统：根据实验需求，将电力系统按照一定的规则进行分区处理，将电力系统划分为若干子区域。每个子区域包含若干电力设备和线路，构建起一个简化的系统模型；构建参数提取节点集：根据实验目标和参数要求，在每个子区域中选择适当的节点作为参数提取节点，这些节点将用于测量和获取继电保护参数，如电流、电压、频率等。

高斯消除电网信息数据：通过应用高斯消元法处理电网信息数据，消除电网参数之间的相关性和冗余性。这样可以得到更准确和独立的继电保护参数；查找线路保护定值：根据实验的需要，查找适当的线路保护定值用于继电保护装置。这些定值根据电力系统的特点和要求进行优化和调整，以确保装置的准确性和性能。

提取继电保护参数：利用实验中设置的参数提取节点，对电力系统中的实时数据进行测量和提取继电保护参数。这些参数包括电流幅值、相角、电压变化等，用于后续的故障检测和分析；校核无误后输出结果：对提取的继电保护参数进行校核和验证，确保数据的准确性和一致性。如果数据无误，则将结果输出，用于后续的失效自动检测和分析[6]。

通过以上实验流程，能够对电力系统进行分区处理，并构建参数提取节点集。通过高斯消元法处理数据，查找线路保护定值，并提取继电保护参数。最后，对数据进行校核后，输出相应的结果用于后续的分析和检测。这个流程能够帮助验证继电保护装置失效自动检测方法的可行性和有效性。

3.2 实验结果

采用对比分析的实验方法[5],对比本文设计的自动检测方法与传统的基于神经网络的装置失效继电保护自动检测方法。其对比结果如表1所示。由表1可知,在两种自动检测方法中,本文设计方法的自动检测结果的阻尼比均值和标准差与参考值相比偏差较小，表明提取结果精度较高，且与传统自动检测方法相比优势显著。

表1 两种方法参数与阻尼比均值和方差对比

综上所述，本文针对继电保护装置失效自动检测问题，提出了基于感应滤波的方法。通过设计双调谐滤波器并分析感应滤波装置失效响应特征，成功获得了失效的特征参数。通过解析继电保护参数特征和利用潮流提取装置，得到了失效继电保护参数的准确获取方法。实验结果表明，所提出的方法在失效自动检测方面具有良好的可行性和有效性。本论文的研究成果为电力系统继电保护装置失效自动检测领域提供了宝贵的经验和方法，对于提升电力系统的安全性和稳定性具有重要的实际应用价值。