一种用于继电保护状态评价的大数据精简方法

一种用于继电保护状态评价的大数据精简方法

任伟

（国网呼伦贝尔供电公司）

摘要：继电保护系统状态评价的可靠实现是基于先进的状态监测和诊断技术提供的设备状态信息，在实际的应用处理过程中，数据采集量呈指数型增长，在造成硬件资源浪费的同时会堵塞数据传输通道，造成继电保护在线状态评价难以实现。为解决这一问题，有效的提高状态评价的效率及质量，有必要对实时采集到的数据进行合理的精简。

关键词：继电保护；大数据；精简方法

1状态评价中存在的大数据特性

传统的状态评价主要是依赖于历史运行数据计算得出保护不正确动作率，并结合不正确动作率定量的评估电网安全影响；而在状态检修过程中，继电保护状态评价时会采集、记录大量的历史数据、实时数据等，且由于电力系统规模的逐渐扩大，运行可靠性要求的逐渐提高，在每条线路、每台变压器、各个母线上都配置了完善的保护装置。这就导致在状态分析评价时会采集大量的数据，这些数据带有大数据的基本特征，即数据容量大、种类多、获取速度快、可变性大、真实性高、复杂性大、价值低等。这些特征导致数据处理效率低下、占用大量系统资源等问题的发生，如何对这些数据进行合理的优化、精简就显得非常重要。

2继电保护系统运行状态评价的大数据特征及精简方法

电力系统的正常运作是要靠着继电保护系统的维护而进行的。它的原理是：继电保护系统与一次运维系统的电子电压互感器和电子电流互感器及其他传感器连接而获得信号，对信号进行处理后，来进行对一次运维系统的的状态判断，最后给出是否跳闸或者合闸的命令。

在以前我们对继电保护系统装置理解的意义是，将继电保护系统作为一个“黑箱”来看待，它的主要传输方式是输入和输出。在检测故障发生时，通过故障录波装置进行记录，然后对故障进行，以此来评价继电保护装置是否做出了合理的故障反应判断。继电保护系统是由调度中心和信息主站及各个智能化变电站的保护信息子站构成。信息主站主要收集各种故障数据、保护装置信息、自检信息。继电保护系统中信息保护子站，主要采用的保护状态分析有两类：

2.1周期型数据

周期型数据主要是指在正常情况下保护设备定期传输的数据。在没有故障的正常情况下，继电保护系统传输回来的数据是机械的自检数据。因此这样的信息不能用于预测保护装置的下阶段的运作状态。

2.2事件驱动数据

事件驱动数据指的是在系统由波动的情况下接收并上传的数据波形数据。对于机械设备的运作波动较大的数据处理会不经过电脑简化处理而直接将采样点波形完全存储并传输给指挥台。因设备的规模加大使得每个变电站的故障波动数据都十分庞大。

3大数据精简方法及精简指标体系

在电力系统一次系统连接关系及继电保护系统装置间的配合关系已知的前提下，当故障发生时，继电保护动作将故障切除后，即可确定扰动源的位置，同时系统中任意位置继电保护装置的预期行为结果即可确定。在各个保护装置对这一扰动的反应结果明确的情况下，就可对比分析保护的行为是否正确。这种方法由于直接利用了保护装置内部加工得到的数据，而不是利用原始的波形数据，这就有效的降低了需要处理的数据量。在对数据进行精确需要建立在精简后的数据能够可靠的实现保护系统在线评价，所以在这里我们以继电保护动作原理为基础，提出如下可量化、数值型的精简指标体系。

3.1反应动作可能性的指标

1）启动距离指的是保护装置测量值与保护启动值之间的相对差异。当一次系统运行正常时，DS反应保护测量值与测量噪声的相对大小；当一次系统存在扰动时，DS反应保护系统元件的灵敏度。

2）动作距离指的是保护测量值与保护动作边界之间的相对差异。这一指标是一个相对值，可以在每个继电保护装置内部计算生成。这一指标上传至保护评价系统后可以直接评估保护是否达到动作条件，更重要的是通过这一指标可以判断测量值与动作边界的远近，实现量化评价保护动作的可能性。

3.2反应动作速度的指标

在对保护反应动作速度进行评价时，需要用到启跳时间TSO，它指的是从保护装置启动元件动作到保护发出跳闸命令的时间。反映了保护装置从启动到发出跳闸命令这一过程的时间长短，一般用于判断继电保护算法、时间设定值是否合理等。这一指标在计算是由各自保护装置内部时钟确定得出，所以无需建立一个统一的时钟基准。

3.3反应保护系统灵敏度的指标

1）穿越频率指的是保护装置在保护启动到故障恢复这一时间段测量值穿越动作边界的次数。能够反应保护装置对故障的反应灵敏度。当保护可靠反映故障时，穿越频率很低；反之，当测量值处于动作边界时，穿越频率比较高。

2）这一指标指的是从保护启动到装置第一次越过整定值之间的时间差。可以反映了保护装置信号采集、模数转换及测量值计算的灵敏度，算法越灵敏，穿越时间越小。

3）动作区持续时间的是保护装置测量值进入动作区内，并维持在动作区内的时间。

4）假设保护装置发出跳闸命令的时间为T0，则TOP表示从T0到断路器断开、保护测量值首次低于返回值的时间差。这一指标反映了跳闸命令的接收时间与断路器的动作时间等跳闸回路的特性。

上述这些指标无需专门进行技术，其继电保护系统自身即可进行计算，尤其是在智能变电站中，只需添置软件模块就能实现数据的精简。

4基于精简指标的数据的继电保护运行状态评价方法

继电保护系统的运行状态评价是根据一次运维前和一次运维后的数据统计，对继电保护动作的评判过程。通过以各个疑问，可以对机电保护系统的运作从以下几个方面进行评价：

4.1继电保护系统可靠性评价

从故障排除时间的充裕度来和选择方案性来讲，机电保护系统的可靠性的表现是“当一次运维系统出现故障是，是否及时作出单位开关跳匝现象。并且相邻的正常元件可以启动后备保护区，并进行正常的动作。”

4.2继电保护系统的快速性评价

继电保护系统的快速性评价，主要是对保护设备在一次运作出现故障的时候，进行跳匝动作时间的评价。而保护装置的跳匝反应在设计之初便根据科学，合理的进行区间设定的。当故障危害没有超过临界值的时候是不会进行跳匝反应的。实验结果显示，继电保护系统的跳匝保护范围在220KV的条件下，对近端故障是“小于等于20ms”对远端故障是“小于等于30ms”这个数据的界定已经将通道时间考虑在内。据研究发现，主保护正确运转时，后备保护运转时间和主保护运转时间几乎相同；主保护不运转时，后备运转时间满足先关规定。基于此种现象才满足了继电保护设备的快速要求。

4.3继电保护系统整定选择性评价

在机电保护中，为保证机电选择性的要求，在保障可靠性的前提下还要保障时间配合：对故障元件的继电保护，需要满足后备起跳时间大于主保护;对相邻非故障元件的保护方法是，需要满足自身起跳时间大于故障元件后备保护起跳时间的要求。

4.4灵敏性评价

对继电保护装置的灵敏性要去是指，当系统出现故障时故障元件和相邻的故障元件都可以做出敏锐的感觉和及时的动作。其中要满足：故障期间，保护装置、主保护、后备保护的穿越频率大于等于1。保护装置的后备保护装置在发生故障的时候要大于等于1。原理故障的元件机电保护设备的后备保护元件，距离故障元件越远，动作距离越小，相对的灵敏度就会越差。

结语：

随着状态检修技术及在线检测技术的发展，在继电保护状态评价工作中将逐步实现在线实时评价，使得运行人员更好的把握继电保护系统健康状况，更好的保证保护系统的可靠运行。

参考文献：

[1]陈星田.智能变电站继电保护隐藏故障诊断与系统重构方法[D].重庆大学,2015.

[2]郑远德.基于动态故障树的继电保护可靠性建模及应用[D].华北电力大学,2012.

[3]许明.继电保护数字仿真建模方法与系统开发[D].山东大学,2009.