电力继电保护装置故障检测方法研究论文_张益民

摘要：随着人们生活水平的提升，在生活和工作中会使用到许多的电力设备，对电力系统的供电能力的压力不断加大。但是电力系统在运行过程中会出现很多问题，所以需要利用继电保护以及合适的故障检测方法维持电力系统的正常运行，本文将对电力系统继电保护及故障检测方法进行简要分析。

关键词：电力系统；继电保护；故障检测

引言

为保证电力系统安全稳定的运行，电力企业应加强电力系统的保护工作，以继电保护装置为基础实施保护措施，通过科学合理的继电保护措施减少电力系统出现的安全故障。继电保护的作用是对电力系统进行检测、控制和保护。当电力系统出现短路、单相接地等故障，或出现负荷、过电压、地周波等异常情况时，继电保护可以快速做出应急处理，例如跳闸、切除故障部位或发出警报等，减少由于故障问题而引发的电力设备损坏，排除电力系统中的运行隐患，以此保障电力系统的平稳、持续运行［１］。当继电保护出现故障时，会造成保护误动或拒动等问题，从而引发电网连锁反应。当前的研究多围绕电网连锁反应风险，以及如何通过检修人员及时处理，无法满足现代电力系统发展的需要［２－３］。为提高电力系统的运行稳定性以及可靠性，提出基于多维混合量的电力系统继电保护故障检测方法，以提高系统故障诊断效率。

1.电力系统继电保护故障检测方法设计

在电力系统中，继电保护的运行输入量与继电保护系统的检测、通信、接线等功能有着直接的联系，在收集节点电压、电流等数据时，要保证采集环境处于相对平稳的环境中［４－５］。对此，本文在设计检测方法时选用状态估计结果的方法，其优势在于检测精度是以ｓ为单位，可确保检测更加精确，且可靠性也较高，采集到的数据信息符合对比源的要求，可以上传数据作为继电保护设备故障判断的依据。图１为故障检测方法流程图。从图１中可以看出，当电力系统处于短路故障状态时，系统内的电力数据将会转化。在转化过程中，数据同步至关重要，因此在设计过程中还加入了闭锁故障检测功能，以预防数据不同步问题。

1.1系统运行状态判断

当电力系统处于短路状态或其他故障、异常状态时，故障位置以及其周围节点会产生剧烈电量幅值变化［６－７］。

图１故障检测方法流程图

当电力系统中某一节点上的电量与其制定的额定数值相差较大时，可以判定电力系统处在动态运行环境中，此时，故障检测会关闭。本文在设计检测方法时，将故障检测周期设为Ｔ，假设在ｔ时刻下，输入到继电保护中的电压和电流的采样数值分别为ｕ（ｔ）和ｉ（ｔ），那么在下一周期时刻（ｔ＋Ｔ）的电压和电流的采样数值为ｕ（ｔ＋Ｔ）和ｉ（ｔ＋Ｔ）。由于电力系统运行处于相对稳定的状态，因此其电压和电流的数值也处于相对稳定状态，在故障监测的周期中，电压与电流的有效值变化应低于预设额定值的２０％。若电力系统的额定电压和电流的幅值分别表示为ＵＮ和ＩＮ，则在相邻的周期中，继电保护所接收到的电压和电流的有效值变化不会超过额定值的２０％。

公式（１）中，运用傅里叶算法，可利用采样点ｕ和ｉ，求得有效值。如果顺利求解，则说明系统稳定运行；若计算所得公式不成立，则应立即闭锁，至电压、电流恢复正常为止。

1.2运行电量数据的有效性分析

分析运行电量数据时，设Ｔ为检测周期，单个周期内电压与电流数据量分别为ｍ，周期内保护测量的数据Ｕｉ和Ｉｉ的状态估计结果为Ｕ′和Ｉ′。电压和电流的平均方差整定值分别为εＵ和εＩ。单个周期内的测量值与估计值的平方差大于整定值时，则说明该数据偏差过大。其公式为：

在公式（３）中，Ｑ′表示为通过状态估计采集到的数据电量的有效值；Ｑｉ表示为检测周期当中保护信息系统所采集到的单相有效值；∨Ｑ表示为故障检测中电量门槛的数值，且有∨Ｑ＝Ｑε。通过采集单元获取到实际的运行信息，并将其进行点对点的传输。电网的检测运行数据与实际运行数据的差异多因计算或测量误差导致，如互感器误差、衰减误差等。在利用数据对变电站的电量进行状态估计时，所获取到的相应的节点的有效值可靠性和准确率相对较高，因此可以将这个数值定为检测的基准数值。在电力系统的继电保护装置中，故障的门槛值和测量中产生的误差值以及状态的估计节点处的电压幅值之间存在联系：门槛值不小于其余数值的和。在检测过程中，互感器误差值会对门槛值的计算产生一定影响。

1.3故障辨识设计

表１ 实验结果对比

继电保护装置可利用软件获取装置温度、电源电压、保护整定值、光照强度等自检信息。其中，保护整定值为常数，只有系统改造或改变运行方式时，才会引起保护整定值的变化。自检信息即可视为故障检测信息［８－９］，将故障检测信息作为启动信号，并输出故障辨识结果。故障的辨识功能从继电保护装置的异常判断开始，以此进行通信故障诊断、电源故障诊断以及定制异常诊断［１０］。除了故障定位外，还需要根据偏离程度进行警示。对比实验为了验证本文提出的基于多维混合量的电力系统继电保护故障检测方法的实用性，将其与传统的检测方法进行对比实验。将两种方法应用于智能变电站模拟平台中，对其检测所消耗的时间进行比较。在保证其他干扰因素完全一致的情况下，将实验中产生的数据信息记录在表１中。从表１的实验结果可以看出，本文提出的方法进行故障检测所需时间明显比传统方法检测时间短，且基本维持在５ｓ之内。因此，对比实验可以证明，本文设计的检测方法在检测过程中可以明显缩短检测时间，使系统更加稳定地运行，进而提升了检修工作的效率，为电力系统平稳、持续的运行提供良好的安全保障。

结束语

综上所述，继电保护在电力系统安全、稳定运行中发挥着重要作用。当电力系统出现故障时，快速准确的检测可以有效地提高电力设备的管理水平。目前，电力系统正逐渐向微机化、数字化、自动化的方向发展，继电保护也应逐渐向着控制、检测、保护、智能、数据通信一体化发展。本文仅对继电保护故障检测进行了详细的研究，但对其他方面涉及较浅，因此在日后的研究中还将对其他方面进行更加充分地研究。

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论文作者:张益民

论文发表刊物:《电力设备》2019年第21期

论文发表时间:2020/3/16

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