一种变电站继电保护系统测量环节隐性故障检测方法与流程

本发明涉及变电站保护技术领域，特别涉及一种变电站继电保护系统测量环节隐性故障检测方法。

背景技术：

隐性故障是指在电网发生故障时才会表现出来的保护装置的缺陷，会导致保护误动或者拒动，严重时甚至引起电网连锁故障。继电保护系统隐性故障在电力系统正常运行时对一次系统没有影响，当系统经历扰动或故障时，电力系统潮流重新分配，可能会使带有隐性故障的保护装置误动作，扩大事故范围，甚至造成大面积停电事故。

从诱因角度可将隐性故障分为两大类：一是，硬件等非人为故障造成的隐性故障，包括保护装置原件老化、接触不良、绝缘不良、通信系统故障如goose断链、测量元件及测量回路故障等。比如当ct/pt接线自动松线时，会导致采样的零漂，此时会增加采样误差、甚至导致回路断线。二是，软件设置或定值整定错误等人为故障造成的隐性故障，包括保护逻辑错误、原理以及动作逻辑对异常情况的适应性不强、定值设置不合理、人为操作不当或维护不当等。例如，二次系统对采样值的滤波包括互感处的模拟滤波和保护装置的数字滤波程序。目前保护装置的数字滤波的整定值一般都是由厂家按典型参数给出的，当一次系统在扰动或者故障环境下，此类隐性故障会使得保护装置的启动元件产生异常，比如频繁启动、差流频繁越线、装置频繁告警等。

针对继电保护系统隐性故障类型繁多，技术人员针对异性故障造成的电网连锁故障风险、通过概率统计的方法建立隐性故障造成的连锁故障概率模型、通过基于故障树等方法分析电网的连锁故障等进行了研究。但是缺乏对继电保护装置中的隐性故障检测的研究，目前隐性故障的检测主要依靠检修人员到达现场后凭借经验，通过后台和继电保护装置的信息进行故障定位，智能变电站繁杂的信息与逻辑使得这种人工的处理方式远远达不到实际运行的需求。

但是在智能变电站工程中，随着装置现场的不断升级，运行设备的不断研发，继电保护系统中增加了合并单元、智能终端、光纤终端盒、goose网络交换机等多个环节，继电保护系统的构成逐渐复杂，也大大增加继电保护系统存在隐性故障的可能性。但是目前的继电保护系统的可维护性较差，对于集成商的依赖度较高，使得继电器保护系统实则成为了“黑匣子”，对继电保护装置中的隐性故障检测进行研究已经迫在眉睫。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种变电站继电保护系统测量环节隐性故障检测方法，以对继电保护装置中的隐性故障进行检测。

为实现以上目的，本发明采用的技术方案包括如下步骤：

s1、对sv数据传输网中的多维参数进行采集，其中多维参数至少包括运行电量参数，该运行电量参数包括周期t内采集的m个当前采样电压up和m个当前采样电流ip；

s2、分别根据m个当前采样电压up、m个当前采样电流ip，计算当前实际用电量qp的均方差；

s3、判断当前实际用电量qp的均方差是否大于电量门槛值δq，如果是执行步骤s4，如果否执行步骤s5，其中当前理论用电量，ε为给定整定值；

s4、计数器y自加1；

s5、计数器y置0；

s6、在n个周期t后，判断y超过设定的最大次数ymax时，检测出继电保护装置存在隐性故障。

其中，在所述的步骤s1之前，还包括：

采集t时刻输入至继电保护装置的电压、电流采样值分别为u(t)、i(t)，采集t+t时刻输入至继电保护装置的电压、电流采样值分别为u(t+t)、i(t+t)；

采用傅里叶算法，分别计算t时刻的电压有效值u(t)、电流有效值i(t)，以及t+t时刻的电压有效值u(t+t)、电流有效值i(t+t)；

判断相邻周期内继电保护装置接收的电压有效值变化幅度、电流有效值变化幅度是否均未超过其额定值的10％；

若是，则对隐性故障进行正常检测，执行步骤s1；

若否，则封闭当前节点的隐性故障检测。

与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：由于继电保护装置的运行输入量与继电保护装置的测量、通信、接线等均相关。本发明通过采集节点的电压、电流幅值等运行电量参数，这些运行电量参数在稳态条件下保持相对的稳定，因此将运行电量参数的估计值作为可靠性较高的数据做为对比源，其精度可达秒级。因此，将采集的电压、电流值转化为用电量参数，然后将当前采集的用电量与用电量的估计值的接近性进行度量，在当前采集的用电量偏差较大时，则可确定继电保护装置出现隐性故障。与传统的人工检测隐性故障相比，本发明利用运行电量参数检测继电保护装置的隐性故障，从表象出发，基于数据处理的方法发现隐性故障，提高了发现隐性故障的准确率和效率。

附图说明

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述：

图1是本发明第一实施例中一种变电站继电保护系统测量环节隐性故障检测方法的流程示意图；

图2是本发明中继电保护装置隐性故障检测的流程示意图。

具体实施方式

为了更进一步说明本发明的特征，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图。所附图仅供参考与说明之用，并非用来对本发明的保护范围加以限制。

如图1至图2所示，本实施例公开了一种变电站继电保护系统测量环节隐性故障检测方法，包括如下步骤s1至s6：

s1、对sv数据传输网中的多维参数进行采集，其中多维参数至少包括运行电量参数，该运行电量参数包括周期t内采集的m个当前采样电压up和m个当前采样电流ip；

需要说明的是，本实施例中电力系统的实际运行信息可通过ct和pt单元采集，然后经过sv网进行信息的点对点输送。

s2、分别根据m个当前采样电压up、m个当前采样电流ip以及电压、电流的理论估计值，计算当前实际用电量qp的均方差；

需要说明的是，在稳态条件下，电压、电流幅值等采样数据应保持相对的稳定，因此，本实施例根据继电保护装置电压历史数据、电流历史数据进行估计得到一个用于与当前采样得到的电压、电流进行比较的理论估计值。

首先，根据m个当前的采集电压up和电压理论估计值计算周期t内电压采样值的均方差，并将均方差与进行比较，εu为设定的电压整定值，公式为：

根据m个当前的采集电流ip和电压理论估计值计算周期t内电流采样值的均方差，并将均方差与进行比较，εi为设定的电流整定值，公式为：

根据采样电压均方差比较公式和采样电流均方差比较公式，得到电力系统的单相电量qp的均方差，并与比较，ε为设定的电量整定值，公式为：

本实施例中设定的门槛值则得到：

s3、判断当前实际用电量qp的均方差是否大于电量门槛值δq，如果是执行步骤s4，如果否执行步骤s5；

s4、计数器y自加1；

s5、计数器y置0；

s6、在n个周期t后，判断y超过设定的最大次数ymax时，检测出继电保护装置存在隐性故障。

需要说明的是，本实施例中在检测出继电保护装置存在隐性故障时，进行报警以提醒用户及时进行维护。

需要说明的是，本实施例中的电量门槛值δq代表继电保护装置测量的电网运行信息与实际运行信息存在的差异。这种差异主要是由测量和计算误差造成的，主要包括互感器测量误差εt、状态估计误差εe、通信衰减εc等，这里的互感器主要指测量用互感器和保护用互感器。

这里，电量门槛值δq与测量误差以及状态估计的节点电量有效值之间的关系为：假设krel为可靠性系数，则电量门槛值δq为：

本实施例中利用从sv网中采集的历史电量数据，对变电站电量进行状态估计，剔除不良数据，得到相应节点的有效值将其作为检测的基准值，具有较高的可靠性和准确性。

进一步地，在步骤s1之前，本实施例中的故障诊断方法还包括如下步骤：

采集t时刻输入至继电保护装置的电压、电流采样值分别为u(t)、i(t)，采集t+t时刻输入至继电保护装置的电压、电流采样值分别为u(t+t)、i(t+t)；

采用傅里叶算法，分别计算t时刻的电压有效值u(t)、电流有效值i(t)，以及t+t时刻的电压有效值u(t+t)、电流有效值i(t+t)；

判断相邻周期内继电保护装置接收的电压有效值变化幅度、电流有效值变化幅度是否均未超过其额定值的10％；

若是，则对隐性故障进行正常检测，执行步骤s1；

若否，则封闭当前节点的隐性故障检测。

具体地，t时刻电压的有效值为：u(t)＝fourier[u(t)]，电流的有效值为：i(t)＝fourier[i(t)]。t+t时刻电压的有效值为：u(t+t)＝fourier[u(t+t)]，电流的有效值为：i(t+t)＝fourier[i(t+t)]。

其中，相邻周期内，电压量有效值的变化为：|u(t+t)-u(t)|≤0.1un，

相邻周期内，电流量有效值的变化为：|i(t+t)-i(t)|≤0.1in，其中un、in分别是电压额定值、电流额定值。

如果电压有效值变化幅度、电流有效值变化幅度是否均未超过其额定值的10％，则说明电力系统处于稳定运行阶段，则开始对隐性故障进行检测。如果不满足，说明电力系统处于动态运行阶段，此时闭锁该节点的隐性故障检测，直到该节点电压幅值恢复至稳态。

在实际应用中，电力系统对于隐性故障检测是在系统稳定运行的情况下进行的。在电力系统处于短路故障等动态情况下，系统中电压、电流等测量数据会发生快速变化，本实施例在对系统的隐性故障进行检测前，首先判断电力系统是否处于稳定运行状态，目的是为了防止动态过程中数据不同步等因素导致的系统误判。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。