220kV变电站变电运行故障处理对策分析

国网太原供电公司 谢锡樑

当前，社会经济飞速发展，电能使用效益突出，并且变电作业受到人们高度重视，但在实际生活中，受电气种类繁多、电气工作量大等因素的影响，220kV变电站变电运行作业管理水平低下，为此合理对220kV变电站变电运行故障处理对策展开分析十分必要。

1 220kV变电站变电运行常见故障

1.1 一般性故障

一般性故障属于变电系统运行中常见的故障类型，如保险丝熔断。虽然问题较小，但仍然会对变电系统稳定运行造成影响，为此，在发生一般性故障时，相关人员须及时分析故障原因，在明确故障根源后，运用“本土化”解决措施。

1.2 变压器故障

变压器是维稳变电运行的重要环节，变压器一旦出现故障，必然会对电路造成破坏。变压器最为常见的故障有如下几种：变压器绕组主绝缘在油道拥堵影响下，出现散热不均匀的情况，导致温度急剧上升，击穿短路；变压器内部零件钢片紧固度下降，漆膜受损明显，局部温度上升，诱发变压器绝缘故障；分接开关油箱缺油。

1.3 跳闸故障

在220kV变电站运行过程中，跳闸故障出现频率较高。一旦出现跳闸故障，变电站运行质量容易受到影响。若发生跳闸危情，检修人员必须立即检查，快速定位故障区域，并落实保护措施。在检查期间，先检查线路流变，后检查线路出口区域。

对跳闸开关部位进行检查，精准定位故障出现原因，此外，还要检查消弧线圈，为之后定位故障提供便利；检查主变低压侧开关。实际上，若主变低压侧，开关出现故障时，易导致跳闸问题。在220kV变电站实际运行期间，类似于母线跳闸、开关误动等现象，属于主变低压侧故障表征。针对上述状况，故障维修人员在落实维修期间，必须优先检查设备，避免操作不当，为快速判断跳闸故障，创造有利的条件[1]。

2 220kV变电站变电运行故障处理措施

现阶段，电力系统飞速发展。但在发展期间，部分变电站仍然使用老旧电网技术及设备，导致变电运行故障出现概率增加。若故障不能从根本上消除，会对电网可靠安全性带来挑战，严重者甚至会威胁用电人员安全。而220kV变电站作为电网系统中的重要一环，若在变电运行期间出现故障，会对电网系统造成冲击。

依据上文所阐述的220kV变电站变电运行常见故障可知，220kV变电站变电运行常见故障较多，为此，合理建设220kV变电站变电自动化智能系统尤为关键。下文以实际220kV变电站为研究对象，探究220kV变电站变电运行故障处理措施，同时为相关人员提供参考。

2.1 项目概况

本案例为220kV变电站，共计3条220kV运行线路，担负着强大转供电负荷任务，据有效统计，年转供电量高达15亿kWh。其中，220kV变电站包括断路器、隔离开关、CT以及PT等部分。断路器设备其额定电流为1500A，额定开关电流为45KA；CT使用的型号为LBI-220的CT，其中最大容量约为60VA；隔离开关则是由剪刀式以及开平式两种型号构成；PT则使用容量高达2000VA的JDC6-220PT。

2.2 运行中异常状况

因本案例所使用的断路器属于少油型断路器，且投入使用之后，并未进行高频次检修，故障频发，如液压机构漏油、开关操作故障等，严重影响设备电网安全性能。此外，因运行时间相对较长，所以多架构会出现超负荷情况，为电网的顺利运行埋下了隐患。如上文所述220kV变电站变电运行常见故障，在本案例电站运行期间均有发生，在给变电站造成经济损失的同时，使电网系统安全遭受威胁。

2.3 220kV变电站变电自动化智能系统

如何高效率解决220kV变电站变电运行故障，如今已成为重点关注问题，在此背景下，对220kV变电站实现智能化改造势在必行。

在具体建造智能化系统期间，首先，建立变电站模型，通过可视化模型，实现对变电站故障的信息处理。待建立模型后，再采取分层诊断以及虚拟保护措施。在发生故障后，相关人员可借助故障录波仪器快速收集故障数据，待收集完之后，要及时传至调度中心。随后调度中心依据GPS先进技术，分析同步中心站及分站中的故障录波器内存数据，进保障故障定位的精准性。

依据此规划特性，本案例提出科学的分层诊断措施，凭借虚拟保护行为，实现对开关、电气量等信息的多元化全方位分析，为提升信息资源利用率奠定基础[2]。本案例中，变电站智能故障诊断及故障处理系统支持在线诊断功能，可对变压器设备、电缆设备等运行参数进行检验，判断参数是否超出阈值，是否需要采取中断、隔离等安全保护措施。针对智能系统的程序性错误，可自动恢复运转，调整参数。

故障诊断应用卷积神经网络模型，在网络结构之中将卷积层和池化层之间连接，基于神经元的交互减少冗余信息，并使用CNN处理高纬数据。CNN结构由输入层、输出层、卷积层、池化层相交叉结合。在诊断过程中，系统会基于传感器装置采集变电站运行过程中设备、线缆等相关参数，获取参数内容包括电流、电压、功率、温度、湿度等运行参数和功率参数，具体函数公式如下：，式中：V表示特征量，i表示对应的输出设备编号，f表示激活函数，W表示特征权重，B表示偏置系数。

在卷积模型中，根据具体的特征识别结果，实施故障诊断，判断其是否存在故障问题。在故障处理方面，则根据故障诊断结果，切断变电站系统故障区域，以确保故障不会扩大。故障处理则在获取故障特征后，向PLC核心处置装置提供数据，经由SCADA数据处理，发送指令，控制设备运行。程序型故障可采用自动化处理方案，因硬件故障所产生的问题，则无法由智能系统控制和处理。但基于特征量识别，用户可实时了解变电站相关设备运行情况，在可视化界面中完成数据交互，制定故障处理方案，以减少故障发生概率。

2.3.1 分层诊断策略

在变电站智能化系统中，各类保护装置会实时提供故障报告，其中，故障发生时间、故障类别、跳闸情况等模拟量有效值，均可被高效展示。如出现简单的故障，相关人员通过系统化开关信息，推断故障元件所处位置，在此基础上解决故障，若发生复杂的故障，诊断人员也可借助保护信息，缩小故障范围，为顺利找到故障源提供便利。

在事故发生后，电气量数值、保护启动以及开关运作等相关数据，会依次展现在人们面前，智能化系统会获取电气量数值、保护启动以及开关运作等相关数据，定位故障区域，并落实针对性处理措施，优化诊断处理成效。为此，故障信息分层获取十分必要。在运作期间，为深化信息数据处理成效，调度中心可依据信息属性和信息优先级，合理将信息分为三层。依据信息分层化特性，可将故障诊断分为下述几步。

首先，利用开关报警的数据信息，对故障区域进行初步判定，若是简单的故障，凭借此手段，相关人员对发生故障元件立即定位。若诊断结束，依旧未解决故障，必须进入第二层诊断。在第二层诊断中，通过收集的保护动作信息，对复杂故障定位诊断，如果在诊断期间，顺利确定唯一故障解，则诊断结束，反之落实第三层诊断。值得注意的是，因故障录波其中所包含的信息量较大，所以第三层诊断对象只针对第二层并未诊断出唯一故障解的可疑故障元件展开。

若经过三层故障诊断后，无法确定唯一故障解，调度人员需立即调用故障录波器所记录的波形信息展开深层次分析，以此为确定故障类型提供可能。具体诊断操作见表1。

表1 诊断操作流程包含内容

2.3.2 虚拟保护诊断策略

若系统仅出现简单的故障，依据开关以及保护信息等相关数据，即可快速定位故障元件所在区域，获得诊断结果。若系统出现情况较复杂的故障，仅依靠开关及保护信息手段，无法快速定位故障元件，可信度以及可操作性偏低，甚至会受可疑元件数量多的影响，出现错误解决现象。为此，科学处理220kV变电站变电运行故障，必须合理加入新信息源，进一步丰富信息网覆盖面。在此背景下，为深化在复杂环境下故障录波信息的收集效率，本案例提出虚拟保护诊断方法。

在虚拟保护诊断期间，必须以虚拟保护算法为基准，落实诊断策略。细化来讲，即将离散数字信号，通过运算，求出电流、电压幅值等相关数值的过程。相关人员在计算前，利用了半周积分、富氏算法以及微分方程算法等，将模拟信号转换变为数字信号。下面笔者将介绍主要算法。

一是半周积分算法。此算法主要调控纯正弦量采样值。在使用期间，因出现故障，电流以及电压之内都存在信息“形态”不一的暂态分量，数据采集系统会因系统偏差，出现相关故障，为此，在使用半周积分算法时，若相关人员想要获得精确的结果，应将此算法与数字滤波器配合使用。在微机保护之中，求取积分的手段有两种，一是借助梯度法则，求出具体积分的近似值，计算公式如下：

式中：μk表示第K次采样具体值，N表示每工频周期采样点数。待求出积分值M的近似值之后，可以得出电压有效值：。第二种方法主要是通过采样求和替代积分值完成计算。因积分值和信号幅值成比例，可采用下述公式求出具体的电压值：

式中：M表示具体积分值；μk表示第K次采样具体值。

二是富氏算法。此算法基本思想起源于傅里叶级数。富氏算法在运作期间，是假使输入信号自带周期性性能函数信号，此类函数输入信号，除拥有基频分量外，内在“架构”只包含恒定直流分量以及各种类整次谐波分量。在此背景下，输入信号可依据下述公式表示为：，式中：X0表示为恒定直流的分量，ω表示为基频角频率，Xn表示为第n次谐波分量幅值，φn表示为第n次谐波分量相位，利用上述公式展开计算，并采用虚实部形式结合的手段，可演变成下述计算公式：，式中：XRn属于为第n次谐波分量实部；XLn属于第n次分量虚部。

三是递推最小二乘算法。此算法属于参数估计理论之中较为常见的方法，被广泛应用于数据处理领域之中。递推最小二乘算法，其运作过程，是将包含分量输入与预设信号模型，依据最小二乘原理，实现拟合运作，待拟合完成之后，再借助拟合误差最小原则，明确预设模型参数。递推最小二乘算法，这种算法有着突出的使用优点，可将其称为多元可变数据窗，此外，此种算法计算过程简便，可满足不同场合对参数精度的需求，适用性较强。

四是微分方程算法。此类算法，在输电线路距离保护这类工程中较为常见，微分方程算法不需要相关人员求出电压幅值或电压相位，利用上述算法，可以计算电抗值以及电阻值，迅速、准确判断和分析，实操性极为显著。

综上所述，想要优化220kV变电站变电运行成效，在故障发生期间，快速定位故障所处地域，必须针对变电站情况，在充分结合智能化、自动化变电站改造经验的基础上，对变电站实施自动化改造，改善变电站设备状况，完善网络结构、保障装置可靠性。