保信主站自動(dòng)從子站采集錄波簡(jiǎn)報(bào)，實(shí)時(shí)捕獲雙重化配置保護(hù)裝置的錄波文件進(jìn)行比對(duì)分析，設(shè)置輕度異常和嚴(yán)重異常兩級(jí)門(mén)檻定值，當(dāng)波形比對(duì)特征值滿(mǎn)足預(yù)設(shè)異常判據(jù)時(shí)，通過(guò)主站W(wǎng)eb界面顯示告警；Web界面支持自定義離線比對(duì)，便于問(wèn)題追溯和排查。實(shí)例分析驗(yàn)證了同源比對(duì)策略的有效性，表明了其工程應(yīng)用價(jià)值。

電力系統(tǒng)中，繼電保護(hù)需滿(mǎn)足可靠性、選擇性、速動(dòng)性、靈敏性四個(gè)基本要求。要滿(mǎn)足四性，繼電保護(hù)采樣回路的準(zhǔn)確性和可靠性是重要前提，采樣回路若發(fā)生問(wèn)題，可能引起保護(hù)拒動(dòng)或誤動(dòng)，影響電網(wǎng)穩(wěn)定性。目前，大部分繼電保護(hù)裝置已具備電壓互感器（PT）相線斷線及中性線斷線、電流互感器（CT）相線斷線判別邏輯，且判據(jù)多樣。然而，在正常運(yùn)行情況下，CT中性線開(kāi)路不易判別，對(duì)于線路輕載情況下的CT相線斷線或二次采樣回路接線端子松動(dòng)等情況，保護(hù)裝置也不易判別。為保證二次采樣回路的準(zhǔn)確性，仍需尋求有效的輔助判斷方法。

本文基于繼電保護(hù)信息管理（簡(jiǎn)稱(chēng)保信）系統(tǒng)主站，針對(duì)電力系統(tǒng)中的雙重化配置保護(hù)裝置，開(kāi)發(fā)保護(hù)錄波同源比對(duì)應(yīng)用功能：當(dāng)保護(hù)發(fā)生正常啟動(dòng)、故障跳閘時(shí)，保信主站自動(dòng)從保信子站采集保護(hù)裝置錄波簡(jiǎn)報(bào)，實(shí)時(shí)捕獲同一間隔雙重化配置保護(hù)裝置的瞬態(tài)數(shù)據(jù)交換通用格式（common format for transient data exchange, COMTRADE）保護(hù)錄波文件和數(shù)據(jù)模型文件（data model file, DMF）通道標(biāo)識(shí)配置文件，進(jìn)行波形同源比對(duì)分析。

為便于直觀衡量比對(duì)偏差的嚴(yán)重性，本文設(shè)置輕度異常和嚴(yán)重異常兩個(gè)級(jí)別的門(mén)檻定值；當(dāng)波形比對(duì)特征值滿(mǎn)足預(yù)設(shè)異常判據(jù)時(shí)，則形成告警記錄和比對(duì)報(bào)告，并通過(guò)主站W(wǎng)eb界面顯示異常告警；為便于問(wèn)題排查和追溯，同源比對(duì)Web界面同時(shí)具有離線比對(duì)功能，可自定義手動(dòng)挑選錄波進(jìn)行離線比對(duì)，由此可校驗(yàn)出正常運(yùn)行工況中無(wú)法發(fā)現(xiàn)的模擬量采樣回路異常，實(shí)現(xiàn)對(duì)采樣回路接線端子松動(dòng)等異常情況的預(yù)警。

1 相關(guān)技術(shù)

1.1 繼電保護(hù)信息管理系統(tǒng)

繼電保護(hù)信息管理系統(tǒng)是一種可以對(duì)繼電保護(hù)裝置和故障錄波裝置進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視、遠(yuǎn)程控制，為繼電保護(hù)提供運(yùn)行管理服務(wù)，對(duì)電網(wǎng)故障進(jìn)行實(shí)時(shí)分析的信息管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)可提升電網(wǎng)運(yùn)行管理水平、提高事故處理速度，是繼電保護(hù)運(yùn)行管理、輔助分析不可或缺的技術(shù)支持系統(tǒng)。

保信主站的基本架構(gòu)如圖1所示。保信主站采用平臺(tái)化結(jié)構(gòu)，基于基礎(chǔ)平臺(tái)構(gòu)建保信高級(jí)應(yīng)用，支持信息的充分獲取和共享，可擴(kuò)展性強(qiáng)。因此，可基于保信主站實(shí)現(xiàn)多樣的綜合智能應(yīng)用功能。

1.2 雙重化配置保護(hù)

為提高繼電保護(hù)的可靠性，重要線路和設(shè)備按雙重化原則配置相互獨(dú)立的保護(hù)。雙重化配置的兩套保護(hù)裝置，每套保護(hù)均應(yīng)含有完整的主、后備保護(hù)，能反應(yīng)被保護(hù)設(shè)備的各種故障及異常狀態(tài)，雙重化配置的兩套保護(hù)裝置之間不應(yīng)有電氣聯(lián)系。兩套保護(hù)裝置的交流電流應(yīng)分別取自CT互相獨(dú)立的繞組；交流電壓宜分別取自PT互相獨(dú)立的繞組。應(yīng)使用兩套完整獨(dú)立的通信系統(tǒng)來(lái)傳輸兩套獨(dú)立的主保護(hù)通道，其告警信息接入相關(guān)監(jiān)控系統(tǒng)。

圖1 保信主站基本架構(gòu)

2 同源比對(duì)功能架構(gòu)

本文基于保信主站開(kāi)發(fā)同源比對(duì)高級(jí)應(yīng)用。同源比對(duì)功能架構(gòu)主要包含同源比對(duì)數(shù)據(jù)分析模塊和Web展示界面，如圖2所示。

圖2 同源比對(duì)功能架構(gòu)

同源比對(duì)數(shù)據(jù)分析模塊包括波形合并和波形比對(duì)功能，數(shù)據(jù)分析對(duì)象為雙重化配置的兩套保護(hù)裝置（以下簡(jiǎn)稱(chēng)A/B套）的錄波文件和DMF通道標(biāo)識(shí)配置文件，比對(duì)結(jié)果存入關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)。可通過(guò)實(shí)時(shí)比對(duì)進(jìn)程和離線比對(duì)兩種方式調(diào)用暫態(tài)同源比對(duì)數(shù)據(jù)分析模塊。Web展示界面具有歷史檢索和離線比對(duì)功能，歷史檢索可讀取關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)查詢(xún)獲取并展示實(shí)時(shí)比對(duì)分析結(jié)果；離線比對(duì)可自定義手動(dòng)挑選錄波文件進(jìn)行比對(duì)。

3 相關(guān)配置

3.1 DMF通道標(biāo)識(shí)文件配置

雙重化配置保護(hù)裝置的錄波文件中，模擬量通道序號(hào)及通道名稱(chēng)有可能不同。為便于統(tǒng)計(jì)雙重化配置保護(hù)錄波文件中需要進(jìn)行一一比對(duì)的模擬量通道，基于保信組態(tài)配置工具對(duì)各保護(hù)裝置進(jìn)行通道參數(shù)配置，配置各模擬通道的回路類(lèi)型和支路類(lèi)型，各套保護(hù)裝置形成獨(dú)有的DMF通道標(biāo)識(shí)配置文件。A/B套保護(hù)錄波比對(duì)時(shí)，針對(duì)配置了相同回路類(lèi)型和支路類(lèi)型的模擬通道進(jìn)行比對(duì)。

3.2 定值配置

1）定值類(lèi)型

為便于直觀衡量比對(duì)偏差的嚴(yán)重性，本文設(shè)置輕度異常和嚴(yán)重異常兩個(gè)級(jí)別的門(mén)檻定值，定值類(lèi)型見(jiàn)表1。

表1 錄波同源比對(duì)定值類(lèi)型

表1中，電壓幅值絕對(duì)閾值的定值表征為二次額定電壓的倍數(shù)，電流幅值絕對(duì)閾值的定值表征為二次額定電流的倍數(shù)。

2）比對(duì)判據(jù)

4 數(shù)據(jù)分析

4.1 波形合并

考慮雙重化配置保護(hù)裝置可能存在錄波采樣率不一致、采樣點(diǎn)數(shù)不同、波形啟動(dòng)時(shí)間不同步等差異，波形比對(duì)之前，需對(duì)雙重化配置保護(hù)裝置的錄波數(shù)據(jù)進(jìn)行波形合并，步驟如下：

1）通過(guò)抽點(diǎn)或插值的方式處理雙重化配置的兩套錄波數(shù)據(jù)，將兩者錄波的采樣率處理為一致。

2）按波形的錄波觸發(fā)動(dòng)作時(shí)刻附近的波形特征尋找基準(zhǔn)通道對(duì)齊點(diǎn)，將兩者波形平移對(duì)齊；若無(wú)明顯對(duì)齊特征，則直接以觸發(fā)動(dòng)作時(shí)刻作為基準(zhǔn)點(diǎn)將波形對(duì)齊，進(jìn)行同步處理。

3）將同步處理后的比對(duì)目標(biāo)通道組的錄波數(shù)據(jù)進(jìn)行波形合并形成新的錄波文件。

4.2 波形比對(duì)

在合并波形文件的基礎(chǔ)上，基于同源比對(duì)配置定值，對(duì)雙重化配置保護(hù)的錄波通道數(shù)據(jù)進(jìn)行逐組波形比對(duì)。波形比對(duì)特性如下：

1）對(duì)錄波觸發(fā)時(shí)刻前一個(gè)周波到觸發(fā)時(shí)刻后五個(gè)周波數(shù)據(jù)窗內(nèi)的模擬量通道采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行快速傅里葉變換（fast Fourier transform, FFT）計(jì)算，獲取每個(gè)采樣點(diǎn)的幅值、相角特征值。

2）根據(jù)電壓、電流模擬通道的幅值、相角比對(duì)判據(jù)，對(duì)通道組逐點(diǎn)比對(duì)特征值，若連續(xù)三點(diǎn)特征值比對(duì)異常即形成異常告警。

3）設(shè)置輕度異常和嚴(yán)重異常兩個(gè)級(jí)別的特征值比對(duì)判據(jù)門(mén)檻定值，特征值比對(duì)越限時(shí)可區(qū)分輕度異?；驀?yán)重異常，以便于直觀衡量比對(duì)偏差的嚴(yán)重性。

5 Web界面

保信主站同源比對(duì)Web展示界面具有歷史檢索和離線比對(duì)功能。歷史檢索可讀取關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)查詢(xún)獲取并展示實(shí)時(shí)比對(duì)分析結(jié)果；離線比對(duì)可自定義手動(dòng)挑選錄波文件進(jìn)行比對(duì)。

5.1 實(shí)時(shí)比對(duì)

保信主站實(shí)時(shí)同源比對(duì)流程如圖3所示。

圖3 錄波實(shí)時(shí)同源比對(duì)流程

實(shí)時(shí)同源比對(duì)功能特征：

1）實(shí)時(shí)捕獲錄波簡(jiǎn)報(bào)，新接收的錄波簡(jiǎn)報(bào)按序排入錄波簡(jiǎn)報(bào)等待列表末尾。

2）等待列表中每新增一條錄波簡(jiǎn)報(bào)，以新增簡(jiǎn)報(bào)的接收時(shí)間為基準(zhǔn)，向前推一個(gè)錄波簡(jiǎn)報(bào)接收等待時(shí)間窗Twindow時(shí)長(zhǎng)，確定時(shí)間窗涵蓋范圍。

3）等待列表中每新增一條錄波簡(jiǎn)報(bào)，時(shí)間窗相應(yīng)向后移動(dòng)一次，接收時(shí)間超出時(shí)間窗的錄波簡(jiǎn)報(bào)會(huì)被舍棄。

4）等待列表中每新增一條錄波簡(jiǎn)報(bào)，遍歷時(shí)間窗內(nèi)所有錄波簡(jiǎn)報(bào)，逐個(gè)與新增錄波簡(jiǎn)報(bào)比較動(dòng)作時(shí)間，若兩者來(lái)自雙重化配置保護(hù)裝置且動(dòng)作時(shí)間間隔小于預(yù)設(shè)的最大動(dòng)作時(shí)間間隔ΔTmax，將兩者視為同源同時(shí)錄波，獲取相應(yīng)錄波文件進(jìn)行比對(duì)分析，比對(duì)結(jié)果存入關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)并形成告警記錄。

5）將已進(jìn)行同源比對(duì)分析的錄波簡(jiǎn)報(bào)從等待列表移除。

保信主站同源比對(duì)Web界面具有歷史檢索功能，可以展示實(shí)時(shí)比對(duì)分析結(jié)果，步驟如下：

1）設(shè)置時(shí)間范圍，檢索具體廠站設(shè)備的比對(duì)結(jié)果列表。

2）針對(duì)具體告警條目，查看同源比對(duì)告警明細(xì)報(bào)告；支持下載合并后的波形文件，便于問(wèn)題排查和分析。

5.2 離線比對(duì)

同源比對(duì)Web界面具有離線比對(duì)功能，可自定義手動(dòng)挑選錄波進(jìn)行離線比對(duì)，便于問(wèn)題排查和追溯，具體步驟如下：

1）檢索歷史波形。選擇具體的廠站設(shè)備，設(shè)置時(shí)間范圍檢索歷史波形文件。

2）挑選比對(duì)波形。挑選兩條錄波記錄作為離線比對(duì)對(duì)象。

3）觸發(fā)離線比對(duì)。離線比對(duì)分析結(jié)果也存入關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)并形成告警記錄。歷史檢索也同樣支持查看離線觸發(fā)的比對(duì)記錄。

6 實(shí)例分析

針對(duì)繼電保護(hù)裝置CT斷線等二次采樣回路異常進(jìn)行模擬，對(duì)于存在二次采樣回路異常的繼電保護(hù)裝置在電力系統(tǒng)線路滿(mǎn)載、線路輕載等工況下發(fā)生正常啟動(dòng)、故障跳閘等情況時(shí)觸發(fā)的錄波進(jìn)行同源比對(duì)研究。限于篇幅，主要選取電力系統(tǒng)線路輕載工況下，繼電保護(hù)裝置存在CT相線斷線異常時(shí)發(fā)生正常啟動(dòng)、故障跳閘的情況，在保信主站進(jìn)行錄波同源比對(duì)實(shí)例分析。

測(cè)試系統(tǒng)中，從220kV測(cè)試廠站中選取針對(duì)220kV測(cè)試I回線路配置的一組雙重化配置保護(hù)裝置：裝置A（P_L2231A）、裝置B（P_L2231B）進(jìn)行案例分析。將裝置A作為實(shí)驗(yàn)裝置，擬定其存在CT斷線異常；裝置B作為對(duì)比裝置，二次采樣回路正常。二次采樣回路中，設(shè)定額定相電壓為57.74V，額定相電流為1A。

首先對(duì)裝置A和裝置B進(jìn)行DMF通道標(biāo)識(shí)文件配置見(jiàn)表2，配置比對(duì)通道的回路類(lèi)型和支路類(lèi)型，確定比對(duì)目標(biāo)通道組。

表2 DMF通道標(biāo)識(shí)配置

根據(jù)當(dāng)前運(yùn)行工況配置同源比對(duì)特征量越限門(mén)檻定值，見(jiàn)表3。

表3 同源比對(duì)特征量越限門(mén)檻定值

測(cè)試系統(tǒng)對(duì)于雙重化配置保護(hù)裝置在線路輕載情況下的正常啟動(dòng)和故障跳閘進(jìn)行模擬并觸發(fā)錄波，保信主站實(shí)時(shí)捕獲雙重化配置保護(hù)裝置的錄波文件進(jìn)行同源比對(duì)分析。

1）案例1：線路輕載，雙套保護(hù)正常啟動(dòng)

測(cè)試系統(tǒng)模擬工況：裝置A的CT的A相斷線，裝置B的CT正常；線路輕載工況下，裝置A和裝置B正常啟動(dòng)，觸發(fā)錄波。

保信主站同源比對(duì)Web界面中，發(fā)出裝置A和裝置B的實(shí)時(shí)同源比對(duì)異常告警。打開(kāi)相應(yīng)的同源比對(duì)明細(xì)報(bào)告，提取錄波比對(duì)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 雙重化配置保護(hù)裝置錄波比對(duì)結(jié)果

下載并打開(kāi)告警對(duì)應(yīng)的合并波形文件，雙重化配置保護(hù)裝置比對(duì)波形如圖4所示，圖中標(biāo)識(shí)錄波觸發(fā)時(shí)刻對(duì)應(yīng)的幅值和相角特征值。

圖4 同源比對(duì)波形（雙套保護(hù)正常啟動(dòng)

2）案例2：線路輕載，雙套保護(hù)單相跳閘

測(cè)試系統(tǒng)模擬工況：裝置A的CT的A相斷線，裝置B的CT正常；線路輕載工況下，線路發(fā)生B相接地故障，裝置A和裝置B發(fā)生單相（B相）故障跳閘，觸發(fā)錄波。

保信主站同源比對(duì)Web界面中，發(fā)出裝置A和裝置B的實(shí)時(shí)同源比對(duì)異常告警。打開(kāi)相應(yīng)的同源比對(duì)明細(xì)報(bào)告，提取錄波比對(duì)結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 雙重化配置保護(hù)裝置錄波比對(duì)結(jié)果

打開(kāi)告警對(duì)應(yīng)的雙重化配置保護(hù)裝置比對(duì)波形如圖5所示，圖中標(biāo)識(shí)錄波觸發(fā)時(shí)刻對(duì)應(yīng)的幅值和相角特征值。

圖5 同源比對(duì)波形-雙套保護(hù)單相跳閘

3）案例3：線路輕載，雙套保護(hù)三相跳閘

測(cè)試系統(tǒng)模擬工況：裝置A的CT的A相斷線，裝置B的CT正常；線路輕載工況下，線路發(fā)生三相接地故障，裝置A和裝置B發(fā)生三相故障跳閘，觸發(fā)錄波。

保信主站同源比對(duì)Web界面中，發(fā)出裝置A和裝置B的實(shí)時(shí)同源比對(duì)異常告警。打開(kāi)相應(yīng)的同源比對(duì)明細(xì)報(bào)告，提取錄波比對(duì)結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 雙重化配置保護(hù)裝置錄波比對(duì)結(jié)果

打開(kāi)告警對(duì)應(yīng)的雙重化配置保護(hù)裝置比對(duì)波形如圖6所示，圖中標(biāo)識(shí)錄波觸發(fā)時(shí)刻對(duì)應(yīng)的幅值和相角特征值。

圖6 同源比對(duì)波形-雙套保護(hù)三相跳閘

由上述案例分析結(jié)果可見(jiàn)，列舉的幾種工況中，保信主站錄波同源比對(duì)報(bào)告中，通道類(lèi)型Line_Ia（支路類(lèi)型為L(zhǎng)ine，回路類(lèi)型為Ia）的錄波比對(duì)結(jié)果均為嚴(yán)重異常，與測(cè)試系統(tǒng)模擬的實(shí)驗(yàn)裝置的CT的A相斷線異常情況相符。

綜上，可根據(jù)保信主站同源比對(duì)Web界面給出的告警提示，查看相應(yīng)的同源比對(duì)明細(xì)報(bào)告和比對(duì)波形，根據(jù)比對(duì)報(bào)告所提示的比對(duì)異常的通道類(lèi)型，對(duì)繼電保護(hù)裝置的相應(yīng)采樣回路進(jìn)行檢查，以及時(shí)排查故障隱患。

7 結(jié)論

本文基于保信主站，針對(duì)電力系統(tǒng)中的雙重化配置保護(hù)裝置開(kāi)發(fā)了保護(hù)錄波同源比對(duì)應(yīng)用功能，對(duì)于同一間隔雙重化配置保護(hù)裝置的錄波比對(duì)進(jìn)行了實(shí)例分析，結(jié)果表明：

1）保信主站可以自動(dòng)從保信子站采集保護(hù)裝置錄波簡(jiǎn)報(bào)，實(shí)時(shí)捕獲同一間隔雙重化配置保護(hù)裝置的COMTRADE保護(hù)錄波文件和DMF通道標(biāo)識(shí)配置文件，進(jìn)行波形同源比對(duì)分析，當(dāng)兩者模擬量特征值滿(mǎn)足預(yù)設(shè)異常判據(jù)時(shí)則形成告警記錄和比對(duì)報(bào)告，主站可通過(guò)Web界面顯示模擬量不一致異常告警。由此可輔助校驗(yàn)出正常運(yùn)行工況無(wú)法發(fā)現(xiàn)的采樣回路異常，實(shí)現(xiàn)對(duì)回路中接線端子松動(dòng)等異常情況的預(yù)警，提醒及時(shí)排查隱患，在工程實(shí)際中得到有效應(yīng)用，具備工程應(yīng)用前景和價(jià)值。

2）設(shè)置了輕度異常和嚴(yán)重異常兩個(gè)級(jí)別的特征值比對(duì)判據(jù)門(mén)檻定值，特征值比對(duì)越限時(shí)，異常報(bào)告界面中可區(qū)分輕度異?；驀?yán)重異常告警，由此便于直觀衡量比對(duì)偏差的嚴(yán)重性。此外，告警方式還有優(yōu)化空間，對(duì)于嚴(yán)重異常告警可支持短信通知相關(guān)運(yùn)維人員。

本文編自2022年第7期《電氣技術(shù)》，論文標(biāo)題為“基于保信主站的雙重化配置繼電保護(hù)裝置錄波同源比對(duì)研究”，作者為崔亞芹、熊蕙 等。本課題得到南瑞繼保SPIF項(xiàng)目的支持。