高压电力系统抗干扰继电保护方案研究

南京南瑞继保电气有限公司 彭飞 夏玉坤 夏冰

1 引言

电力系统平稳运行是当代社会人民生活与工作的基础。想要保证生活安全稳定，就必须保证电力系统的良好运行，继电保护装置就是电网安全的一道重要的防线，想要保证电力系统的安全性，就需要首先保证继电保护装置的可靠性。精确地提取收集采样信息，是保证继电保护功能的重要步骤，互感器正是一种可以采集电力系统信息的传感器。但是如果采样信号出现异常，就会直接导致继电保护方案失效，出现保护装置误动或者装置拒动的情况。在现有的继电保护装置中，将电磁感应原理作为电流转换的主要方法，但是这种方法在故障电流过大或者二次负载过大等情况下，十分容易出现饱和情况，电流采样数据会出现异常，进而导致继电保护装置在被干扰的情况下出现不正确动作[1]。因此，想要保证继电保护装置在电力系统中的安全运行，就需要首先确保其不会被干扰。为合理避免此类问题的出现，本文在高压电力系统中，以抗干扰为主要目标，设计了一种新的继电保护方案。

2 建立继电保护数据关联性模型

在对继电保护装置进行抗干扰的保护时，需要首先建立相关数据的关联性模型。在关联规则数据库样本中建立子集，将特征项集合分为三类，分别为设备属性、缺陷属性和缺陷等级。由此可以得到数据挖掘对象的特征属性：

式中，Dp表示数据挖掘对象的表达式；Wf表示数据挖掘的特征属性；La表示电力系统设备缺陷部位类别；Qb表示电力系统设备缺陷原因；Jc表示缺陷等级；Bd表示严重缺陷部位；Ce表示抽象元组结构[2]。通过上述样本关联子集，建立继电保护文本词典。

为方便日后针对电力系统的保护，需要将原本的缺陷数据进行清洗，使用分词结构建立文档，对文档中出现的关键词进行改正与识别。依据现有的分词结构，提取有用分词与无用分词，更改并重建分词词典。在数据的预处理过程中，则可以使用正则化表达的方式，建立词典的处理引擎。综合预先设定的文字信息，结合其他成员的协助，对照不同的表达对象建立数据文档，并将原始的数据文档与剔除对象一一匹配[3]。当某一个单词的频率反复出现后，可以计算其使用频率。

式中，Pm表示单词表中第m个词汇的出现频率；K表示语料常量；fr表示单词在整个排名中出现的次数。

在上述文本信息的传递过程中，存在一个信息熵的概念，可以获取信息量化程度[4]。计算信息量化程度的数学期望：

式中，E(x)表示信息熵量化程度的数学期望；Pk表示继电保护文本缺陷的语料信息熵；Pi表示词库中第i个词汇出现的频率。分别建立各语料库中词汇的重要性，并统计其重要程度，建立关联性模型。

式中，IDf表示任意两个继电保护数据的关联性；Nm表示语料库中的文档数量；Hf表示词汇的有效信息。IDf一般大于0 且小于1。当IDf接近1 时，证明该数据具备较大的关联性；当IDf接近0时，证明其关联性较弱。

结合继电保护专业词典，构建词汇表空间，生成继电保护数据的关联性数据库，并在赋值生成向量模型的基础上，设计算法分类器，建立所有数据的关联性保护模型。

3 设计继电保护抗干扰算法

综合上述方法，设计一个高压电力系统抗干扰继电保护算法。

继电保护抗干扰算法流程如图1所示。

如图1所示，在互感器断线自检过程中，若检测到互感器没有断线，则继续检测下一个互感器的安全性。若检测到确实断线，则需要分别测试CT断线情况与PT断线情况。分别保留电压判据和电流判据，计算继电保护装置的信息熵，判断是否存在区内故障[5]。若区内故障存在，则继电保护装置正常工作，若区内故障不存在，则继电保护装置不动作。由此可以得到一个高压电力系统下的继电保护装置抗干扰方案。

4 试验分析

4.1 高压电力系统仿真模型

为测试上文中设计的高压电力系统抗干扰继电保护方案的有效性，建立仿真模型，对其进行分析与总结。仿真模型如图2所示。

图2 电力系统仿真模型

如图2所示，该高压电力线路中存在两个电阻，分别为R1 和R2，在电阻两侧有两个母线A 和B，母线的旁边和两个母线的中间点存在三个故障点，分别将其标记为F1、F2、F3。设置输电线路的采样频率为4000Hz，周期内的采样点数量为100，电压整定值为0.54，电流整定值为0.22，数据窗口的保护时间为10ms。

4.2 故障制动测试

通过仿真模型，分别获取A 区母线和B 区母线在不同故障点下的保护判断结果，A 区母线保护判断结果见表1。

表1 A区母线保护判断结果

B区母线保护判断结果见表2。

表2 B区母线保护判断结果

由表1和表2可知，当F1点、F2点、F3点分别发生故障时，A 区母线与B 区母线在故障发生后10ms时的保护判断结果。在不同的故障场景下，线路保护判据均能够可靠制动，没有发生误动情况。

4.3 不同过渡电阻保护灵敏度测试

在仿真模型的首尾两端以及中点部位分别设置接地故障，逐渐增大过渡电阻值，使其分别为100、200、300、400、500、600、700、800、900、1000Ω，以此记录线路保护判据是否会发生改动。线路两端故障时过渡电阻能力测试见表3。线路中段故障时过渡电阻能力测试见表4。

表3 线路两端故障时过渡电阻能力测试

由表3 可知，当线路两端故障时，电压判据在过渡电阻小于500Ω 时均具备动作能力，电流判据则只有当过渡电阻小于700Ω 时才具备灵敏性。在表4 中，当线路中段故障时，电压判据在过渡电阻小于200Ω 时正常工作，电流判据则在过渡电阻小于700Ω 时工作。综上所述，线路两端故障时的继电保护能力优于线路中段故障。

表4 线路中段故障时过渡电阻能力测试

5 结语

本文设计了一种针对高压电力系统继电保护装置的抗干扰方法。在无法判断数据是否正确的基础上，通过挖掘技术，对现有的继电保护数据进行关联性分析，同时设计算法，研究继电保护方案的抗干扰方法。试验结果显示，该方法可以在存在干扰的情况下继续工作，在任意一个故障模式下，该保护方案均能够正常工作。在未来的相关研究中，可以继续处理非规范型的数据类型，建立更可靠的数据挖掘模型，并输出文本处理结果，得到精度更高的分类器。