智能變電站繼電保護(hù)隱藏故障診斷與系統(tǒng)重構(gòu)方法.pdf

1、近年來(lái)，變電站技術(shù)的研究和工程應(yīng)用正朝智能變電站方向快速推進(jìn)?；贗EC61850標(biāo)準(zhǔn)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的智能變電站承擔(dān)著電力變換、電能匯集、電能分配和控制等重要功能。智能變電站技術(shù)是智能電網(wǎng)技術(shù)的重要組成部分，包括其安全性在內(nèi)的各方面性能直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的整體性能。而其中的繼電保護(hù)和安全控制系統(tǒng)則更是直接關(guān)系到電力系統(tǒng)故障狀態(tài)下能否安全切除故障恢復(fù)正常運(yùn)行。
　　長(zhǎng)期以來(lái)，由于繼電保護(hù)系統(tǒng)的隱藏故障而引發(fā)的電網(wǎng)事故不斷出現(xiàn)，是導(dǎo)致電網(wǎng)

2、大停電事故的主要因素之一。解決這一問(wèn)題的主要技術(shù)手段之一是研究繼電保護(hù)隱藏故障的診斷理論和方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)隱藏故障的在線(xiàn)診斷和對(duì)繼電保護(hù)裝置的狀態(tài)監(jiān)視。多年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者在繼電保護(hù)隱藏故障診斷方面進(jìn)行了廣泛而深入的研究，但限于傳統(tǒng)繼電保護(hù)系統(tǒng)中診斷所需信息不充分、信息同步和傳輸困難，隱藏故障診斷的可用成果較少，在工程實(shí)際中較少獲得應(yīng)用。
　　智能變電站的體系結(jié)構(gòu)，有利于實(shí)現(xiàn)保護(hù)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的信息提取和共享，為采用新的隱藏故障診斷技術(shù)提供

3、了條件。為此，本文以智能變電站基礎(chǔ)上的繼電保護(hù)系統(tǒng)隱藏故障診斷為研究對(duì)象，力求通過(guò)提出新的繼電保護(hù)隱藏故障診斷理論和方法，為繼電保護(hù)系統(tǒng)和電網(wǎng)安全提供新的技術(shù)途徑。
　　論文總結(jié)了國(guó)內(nèi)外在電網(wǎng)故障診斷和繼電保護(hù)安全運(yùn)行保障方面的理論和技術(shù)方法，對(duì)各種方法進(jìn)行了評(píng)價(jià)，指出了各種方法的適應(yīng)性和局限性。
　　在此基礎(chǔ)上，從智能變電站的體系架構(gòu)入手，比較了傳統(tǒng)變電站和智能變電站的區(qū)別，分析了智能變電站繼電保護(hù)的新特征。從智能變電站信

4、息結(jié)構(gòu)出發(fā)，提出了通過(guò)獲取SV網(wǎng)、GOOSE網(wǎng)、MMS網(wǎng)數(shù)據(jù)的智能變電站故障診斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步，闡明了繼電保護(hù)傳感器環(huán)節(jié)、保護(hù)裝置、命令出口環(huán)節(jié)故障診斷的數(shù)據(jù)流模式。對(duì)繼電保護(hù)隱藏故障診斷所需數(shù)據(jù)的預(yù)處理技術(shù)進(jìn)行了分析，給出了數(shù)據(jù)預(yù)處理的方法。
　　運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，繼電保護(hù)系統(tǒng)中不同環(huán)節(jié)出現(xiàn)隱藏故障的概率是不一樣的，且不同類(lèi)型的隱藏故障所造成的后果的嚴(yán)重程度也不相同。論文分析了智能變電站繼電保護(hù)各環(huán)節(jié)的隱藏故障模式，對(duì)關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一

5、的保護(hù)電流測(cè)量回路的隱藏故障診斷方法進(jìn)行了深入研究，提出了測(cè)量回路廣義變比的概念，并基于變電站母線(xiàn)的電流約束，建立了廣義變比的狀態(tài)矩陣，通過(guò)獲取二次回路電流量測(cè)以及求解廣義變比狀態(tài)矩陣，實(shí)現(xiàn)對(duì)連接在母線(xiàn)上的各間隔回路的保護(hù)電流測(cè)量值可信度的判斷，由此監(jiān)視保護(hù)電流測(cè)量回路的硬件及軟件是否存在隱藏故障。繼電保護(hù)的電子互感器是決定保護(hù)裝置能否正確動(dòng)作的另一關(guān)鍵環(huán)節(jié)。論文還針對(duì)電子互感器在保護(hù)系統(tǒng)中的重要作用，提出了一種電子互感器的故障診斷方法

6、。文中給出了算例，驗(yàn)證所提方法的有效性。
　　繼電保護(hù)能否在電網(wǎng)故障時(shí)正確動(dòng)作，其在電網(wǎng)擾動(dòng)過(guò)程中的動(dòng)態(tài)反應(yīng)行為十分關(guān)鍵。但在已有的研究中，由于難于獲取繼電保護(hù)的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)而難以對(duì)這一過(guò)程中的保護(hù)行為進(jìn)行科學(xué)的評(píng)判。此外，電力系統(tǒng)擾動(dòng)引起的多個(gè)變電站保護(hù)啟動(dòng)以及由此所產(chǎn)生的大量信息未能用于保護(hù)的隱藏故障分析。針對(duì)這一現(xiàn)狀，本文提出了充分利用擾動(dòng)激勵(lì)下不同地域變電站繼電保護(hù)所產(chǎn)生的廣域大數(shù)據(jù)同步進(jìn)行繼電保護(hù)狀態(tài)分析的思想，可以方便地發(fā)

7、現(xiàn)各個(gè)保護(hù)在同一激勵(lì)下的反應(yīng)靈敏性、可靠性以及保護(hù)之間的配合關(guān)系是否存在隱藏故障。為了實(shí)現(xiàn)這一思想必須解決大數(shù)據(jù)的精簡(jiǎn)問(wèn)題并構(gòu)建合適的指標(biāo)體系。論文通過(guò)對(duì)繼電保護(hù)狀態(tài)區(qū)域的劃分，分別構(gòu)建了表征故障啟動(dòng)、故障測(cè)量、和故障反應(yīng)時(shí)間的指標(biāo)模型，提出了從保護(hù)的可靠性、選擇性、靈敏性和快速性要求出發(fā)建立的多個(gè)繼電保護(hù)隱藏故障診斷與運(yùn)行狀態(tài)評(píng)估方法。本方法能夠直觀反應(yīng)繼電保護(hù)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程，反映單個(gè)保護(hù)及多個(gè)保護(hù)之間的測(cè)量和定值正確性，也為提升廣域

8、保護(hù)的可靠性提供了新的思路。
　　智能變電站的體系架構(gòu)為繼電保護(hù)的邏輯開(kāi)放和硬件標(biāo)準(zhǔn)化提供了可能。在繼電保護(hù)裝置失效情況下，利用保護(hù)系統(tǒng)的硬件冗余，在線(xiàn)實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)系統(tǒng)的重構(gòu)，是本文提出的一個(gè)新的概念。論文分析了電力系統(tǒng)對(duì)繼電保護(hù)系統(tǒng)重構(gòu)的潛在需求，提出了繼電保護(hù)系統(tǒng)的失效重構(gòu)的通用模型；提出了繼電保護(hù)系統(tǒng)重構(gòu)的四個(gè)準(zhǔn)則。按照上述思想，論文以廣域保護(hù)通信系統(tǒng)失效為例，根據(jù)所提出的可靠性準(zhǔn)則，論述了廣域通信網(wǎng)絡(luò)失效重構(gòu)的數(shù)學(xué)模型及求

9、解過(guò)程，證明了保護(hù)系統(tǒng)重構(gòu)的可行性。利用文中所提出的重構(gòu)思想，還可以對(duì)現(xiàn)有保護(hù)的傳感器布置進(jìn)行重新優(yōu)化和設(shè)計(jì)。文中介紹了所取得發(fā)明專(zhuān)利的變壓器電流差動(dòng)保護(hù)傳感器重構(gòu)后對(duì)保護(hù)性能的改善方法。
　　智能變電站和智能電網(wǎng)的建設(shè)，為繼電保護(hù)系統(tǒng)帶來(lái)了更多的可用信息，為解決繼電保護(hù)系統(tǒng)自身安全問(wèn)題提供了新的機(jī)遇。本文提出了適合智能變電站體系結(jié)構(gòu)的繼電保護(hù)隱藏故障診斷的信息架構(gòu)，以關(guān)鍵環(huán)節(jié)的隱藏故障診斷為突破，展示了隱藏故障診斷的新途徑；同時(shí)