保护定值自动核对技术的研究与探讨

王喆 黄海燕

[摘    要]昆明供电局变电运行一所利用保护信息管理系统实现对220 kV变电站新上保护装置的远方修改定值工作，并在保护信息管理及保护动态感知两个系统召唤定值进行一致性结果比对通过，在云南电网范围内率先实现常规变电站远方修改保护定值后的“双确认”，这是昆明供电局在省公司“云核对”技术上对常规变电站远方修改定值的创新和突破，为提升常规变电站继电保护工作效率，筑牢电网安全第一道防线打下了坚实的基础。核对是对电网管理保护工作的一次全面梳理与检验，达到了“以核查保安全”的目的。

[关键词]保护;研究;探讨

[中图分类号]TM63 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）07–0–02

Research and Discussion on Automatic Verification of Protection Value

Wang Zhe，Huang Hai-yan

[Abstract]The substation of Kunming Power Supply Bureau uses the protection information management system to modify the fixed value of 220 kV substation protection device， comparing the two system of protection information management and the protection dynamic perception， taking the lead in the system， improving the relay protection efficiency and building the first line of power grid safety. Verification is a comprehensive sorting and inspection of the power grid management and protection work， and achieves the purpose of "verification to ensure safety".

[Keywords]protection; research; discussion

1 壓板投退错误风险分析

第一类，与选择保护启动判别相量相关或者与选择定值相关的压板，一但投退错误，将会在很短时间内（十几分钟到几个小时）以非常大的概率发生误动。代表事件如2003年，某公司220 kVXX变，2号主变由2025开关代2002开关时，没有正确投退压板将主变差动保护的判断电流CT由2002CT切换到主变220 kV侧套管CT，4个小时后因为负荷电流变化而导致主变差动误动作。

第二类，各种保护功能压板及其跳闸出口压板，因为大部分的功能和出口正常都是在投入状态，投退错误的，将会在很长时间段里（十几日甚至几个月）以很大概率发生拒动导致后备动作，如果是远后备则扩大事故范围。例如某供电公司发生的事故，其主变跳开关的出口压板未投入，超过一个月一直未排雷发现，导致真发生故障发跳闸时拒动，然后后备动作，扩大事故范围。

第一类压板事故非常少，但是确实还是有一些，比如低频低压减载屛有定值选择压板。主要应该要考虑第二类压板事故。第二类压板的投退错误后的纠错容错时间非常长，如果只是在月度检查的时候靠人力为主的传统方式，依靠人的责任心和经验很难发现压板投退错误的情况。基于图像识别的二次压板核对技术算是一种探索。另外，结合物联网技术，实现压板状态在线自动核对，是一种较好的发展方向。

2 核对技术创新探究

继电保护装置和安全自动装置是电网安全的重要防线，是构建大电网安全稳定运行立体防御体系的关键设备，具有数量基数大、原理复杂、技术环节多、管理链条长的特点。例如，继电保护定值执行分为计算、发布、执行三个环节。在传统工作方式下，继电保护人员打印定值清单后，到变电站现场逐条输入、核对并归档。整个过程比较烦琐，要消耗大量的时间和人力。目前，在继电保护班组的日常工作中，修改定值工作占全部工作量的30%～50%，且很难保证定值执行准确率达到100%。

随着社会的发展，人们更加注重电力系统运行的安全问题，继电保护装置非常重要，在电力系统中发挥着重要的作用。无论是国内还是国际上的一些实际事件证明，一般的，如果发生停电的范围较大，且是大型设备引起的故障，其中重要的原因就是继电保护装置设置不合理，没能达到相关的要求。在实际的操作运行中，继电保护装置的定值和各项性能指标是在其不运行的状态下获得的最大值与最小值，一般在运行中不进行调整。可是，在系统实际的运行过程中，系统的运作不断发生变化，特别是在比较特殊的运作情况下，系统中设定的一些固定的标准与数据有可能不够灵敏，同时也不符合当时的运行状况，这样就有可能增加发生安全隐患的可能。数据或者标准如果不能及时调整或者变化，就有可能发生更大规模的停电事故。所以，要真正保证电力系统安全有序的运行，引进与采用了在线校核的方式与程序。所谓的在线校核就是指以实际的运行数据与依据，对实时的运行状况进行针对性的保护性能的核准，从而能够保证系统运行的安全性。随着人们生活质量的提高，人们对电力电网的质量要求也越来越高，在电力工程中已经建设了电网专有的数据传输系统和电网自动调节系统，系统能够对电网实际的运行数据与信息进行比较详细的记录与采集，从而为在线校核准备了数据依据。并且，当前计算机技术水平不断提高，硬件也日益发展，这就使软件开发变得快捷且便利。在上述这样的环境下，给在线校核提供了可靠的依据与前提，并保证了外部条件的充足。

實现图像识别节点接口开发调试及联合调试。保护压板识别核对APP制作基于深度学习的大数据图像识别、机器视觉应用、视觉检测质量管理、图形图像处理等应用领域的研究和开发，为工业装备装上“大脑”和“眼睛”。

开发的X光、可见光、红外工业保护压板识别核对APP系统，集成了图像处理、大数据、特征提取、智能识别的专业算法，为工业智能视觉、无损检测、工业探伤、结构分析等应用提供完整解决方案。实现复杂环境背景下，高识别率、高精度、高效率、全自动图像特征的检测和识别。

在APP上只要用摄像头扫一下变电设备条码，变电设备相关信息和质量抽检结果就会在屏幕上显示，并提示一些高档变电设备的鉴别方法，现场验收可以据此来甄别手中的变电设备真假。

电力系统中所具有的网络拓扑功能实际上就是指对网络结构的搜索功能。在很多应用程序中，继电保护的定值都是以网络结点的导纳矩阵为基础的，所以对于继电保护的定值在线整定首先要解决的问题就是看其网络的接线能否建立导纳矩阵，但是这些矩阵不是单独存在的，而是对于每一个矩阵的子系统都要进行分别的计算，这就要对子系统进行搜索，此时运用了电力系统的中的网络拓扑功能。网络拓扑所包含的系统设备有很多种，其根本的任务就是对系统设备中的开关、母线、发电机等进行连通性的识别，对开关信息的变化进行在线处理。自动划分子系统的数量和计算用的结点数，以此形成新的网络接线，为有关的应用程序提供这种新网络接线中的信息和数据。通过网络拓扑所具有的任务就能发现，网络拓扑能够快速、准确的对大量的继电保护定值进行复杂的逻辑运算，同时还能提供在线潮流、短路电流的在线计算和在线状态下定值的估计，对于继电保护定值的在线整定具有很强的实用性。

传统保护定值修改工作至少需要半天至一天的时间，工作过程枯燥、费时费力、出错几率大，且难以保证执行定值的准确率。保护装置本身均具备远方修改定值功能，且保护信息管理系统可以实现远方修改定值同时召唤定值进行一次定值核对功能，但云南电网范围内迟迟未找到另外一种确认手段，无法满足《安规》要求的遥控后的两个指示同时发生相应变化，这也成为困扰保护专业多年的技术难题。今年公司为解决常规站保护信息子站联通率低的问题，试点开展了两座变电站继电保护动态感知系统的安装调试，此系统可将现场保护装置的打印报告通过采集装置上送主站系统，在考虑到打印报告会包含现场装置的定值清单后，昆明供电局主动试点，确定此系统作为保护定值的另一种确认手段进行研发，通过对打印报告进行解析即现了对现场装置定值的再次确认。有了确认手段，后面攻克的难点就在于如何才能让装置在仅定值更改就可自动打印，调控中心、运检部、变电检修中心多次邀请电科院及保护厂家进行研讨，并在大杨站新上南瑞继保一套保护装置完成研发试点，最终实现了保护修改定值后的装置自动打印。

3 定值识别研制过程

物联网（IoT，Internet of Things）是对互联网的延伸和扩展，通过将各种信息传感设备与互联网结合，形成一个巨大的实体网络，实现跨越时间、空间、人、机、物的互联互通。随着物联网在不同领域中的运用逐渐成熟，物联网已经与人们的日常生活息息相关。新的物联网模式可以优化原有的流程，简化很多工作环节。

以日常家庭生活最常见的交电费为例，在过去，交电费这件事的效率是非常低的。电力公司需要定期派专人到每家每户保护定值图像识别的数据，核对历史数据和使用数据，将数据进行整理后，每个住户再按期进行交费。由于老电表建设分布在每家每户，电力公司统一管理是一件难度巨大的事，而如果尝试直接将老电表更换为更先进的智慧电表，又是个耗费财力的大工程。

外挂式设备能够在老电表的基础上，直接为老电表进行功能升级，通过引入物联网技术，“入户难、成本高、效率低”等问题，得到了优化和改善。智能图像识别保护定值图像识别设备，保护定值图像识别为某通讯企业研发设计了一款智能图像识别保护定值图像识别终端，该终端是一款“物联感”十足的产品，采用外挂式集成结构，无需更换电表，直接在原有电表的基础上实现“云-管-端”，实现电表和工作人员之间的远程操作，优化电务管理工作。

应用层的设备是物联网中重要的一环。，智能保护定值图像识别产品保护定值图像识别在正式开展该款产品的设计工作之前，对智能保护定值图像识别解决方案进行了详尽的研究。通过设计工作，需要解决以下4个难点：尺寸与电表兼容，外观契合且不应过于笨重;应对不同安装环境，有多种安装方式;具备极佳的防水、防尘能力，可适应恶劣的工作环境;能长时间紧密的附着在电表上，无设备掉落的风险。

3.1 外观、结构设计

带着明确的设计目标，外观设计团队先后展开了三轮设计方案推导工作，最终确定的方案以简洁、可实现为基调，外观简洁大方。固定夹部分采用弧线设计，合理增加了架子与电表的接触面积，使固定的摩擦力更大。电池盖可拆卸，用一颗螺丝固定，方便拆卸、安装。

3.2 硬件研发

硬件系统中包含了多个模块，保护定值图像识别硬件研发团队根据产品已确定的功能需求及结构设计，依次对各个硬件模块展开设计工作。

电源模块，考虑到电量耗尽风险因素，综合充电及电池供电方式。保证在每天拍一张图片的情况下，能够支持机器使用3～5年，并带有低电量自动上报功能。

通讯模块，根据应用需求设计了中国移动NB-IoT、中国电信NB-IoT、GPRS三种通信选型，并可做到灵活更换，保证任何环境下数据可传输，每照片传输时长小于150s。

镜头模块，镜头能保证使用信息的上传，因此清晰度十分重要。选取合适的镜头，搭配补光方案。

防盗模块，增加防盗感应，保证机器的安全性。

组装方式及材料选型，采用后装模式，挂于电表外侧，采用卡接方式。选择合适的机器外壳材料，保证阻燃性，适应温度变化，同时能够防静电防电磁干扰。

3.3 软件功能实现

前期调研及硬件设计工作阶段解决了产品实现的问题，接下来就是与产品相匹配的软件开发工作。嵌入式软件的开发需要与产品属性及功能完美适配，与产品功能的实现息息相关。此次软件开发工作规划了五大功能，包含保护定值图像识别规则、红外通讯、设备监控，数据管理等功能，可以更好地辅助硬件实现产品功能。

通过本次研发，保护定值图像识别最终为变电工作人员交付了成熟的产品，该产品可以作为智慧电力管理过程中的有力助手，用新技术和新形式为传统的电力管理工作赋能。

4 结语

保护定值的“双确认”解决了传统继电保护作业的技术难题，锦上添花的是还通过调控云系统的保护定值校核模块，对两个系统的定值数据进行同步解析，实现了“云端自动校核”。“双确认”+“云校核”的工作模式应用后，大幅提高了电网继电保护装置修改定值的工作效率及工作质量，同时定值安全性也得到了重要保障。

参考文献

[1] 刘高明.保护定值在线校核系统快速算法的研究[D].北京：华北电力大学，2014.

[2] 宋东明，吴鹏，吕俊红，等.保护定值自动输入和核对技术探究[J].科技创新导报，2020（20）：56.

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