基于微机控制的10kV线路重合闸投退监测方法

梁少明

（南方电网广东中山供电局，广东 中山 528400）

数字化电网的发展对10kV线路重合闸的监测技术提出了越来越高的要求，但目前对重合闸投退完成情况进行纠正仅依靠人工核查，工作量大且效率较低。如果发生10kV线路重合闸漏投的情况，该线路跳闸后将无法重合，供电用户不能及时送电，大大影响供电可靠性。如果发生10kV线路重合闸漏退导致带电作业安全措施不足的情况，将严重危害施工人员的人身安全，跳闸时也会因二次重合而造成人身伤害。因此有必要积极探索10kV线路重合闸投退监测的设计方向，使其在数字化电网中能发挥更好的应用效果。

1 传统10kV线路重合闸投退核查方式的局限性分析

目前，10kV线路重合闸投退的正确性仅能通过人工监视判断，发现错误再进行纠正，工作量大且效率较低。带电作业开工前需要退出10kV线路重合闸，调度员根据带电作业申请单遥控退出相应的10kV线路重合闸，然后人工判断所退重合闸的正确性，再许可给分局相关人员开始带电作业，因此过程中会存在漏退重合闸的安全风险[1]。已退出10kV线路重合闸需要投入时，由调度员遥控投入相应的10kV线路重合闸，当调度员工作繁忙时，会存在漏投入10kV线路重合闸的风险，影响供电可靠性。综上所述，传统10kV线路重合闸投退核查方式具有较多局限性，在实践应用过程中已经表现出了较多不足，需要在后续进行积极调整，改进10kV线路重合闸投退核查方式。

2 该文10kV线路重合闸投退监测的设计方案

2.1 设计思路分析

通过集中器接收主站发出的遥控指令，将遥控指令转换为电信号，对电信号进行解调和解析，得到遥控地址和遥信值。然后将遥控地址和遥信值发送至相应的断路器。断路器响应遥信值，进行重合闸投退操作，获取重合闸投退操作后的断路器对应所并联电容的谐振电流信号。对电流幅值进行筛选，构建幅值数据集，再对幅值数据集进行聚类，筛选出聚类簇组中样本点数最多的聚类簇组并进行非线性拟合，得到非线性拟合曲线。最后将非线性拟合曲线与预设的拟合曲线进行相似度计算，根据相似度判定相应的断路器的重合闸投退操作是否成功，从而提高重合闸投退监测的效率和准确性，减少监测工作量。

2.2 该文10kV线路重合闸投退监测的设计内容

该文将基于微机控制的10kV线路重合闸投退监测方法应用于并列运行重合闸线路，如图1所示。并列运行重合闸线路包括L1、L2、Z、C1、C2、C3和C4，2条母线L1、L2间通过2条运行线路连接，其中一条运行线路串联K1和K2，另一条运行线路串联K3和K4。K1、K2、K3和K4均与Z连接，K1和C1并联连接，K2和C2并联连接，K3和C3并联连接，K4和C4并联连接，其中，C1、C2、C3和C4均包括依次串联的电容和锁相环（包括4个锁相环，即Q1、Q2、Q3和Q4）。

在该并列运行重合闸线路基础上，微机控制的重合闸投退监测方法包括如下步骤（如图2所示）。

图2 监测步骤流程图

步骤1：通过集中器接收主站发出的遥控指令，将遥控指令转换为电信号。通过主站的主网OCS系统可以与集中器构建通信关系，并通过集中器监测线路中的电流和电压等信息，一旦出现故障，就会通知主站关闭相应的断路器。同时，主站发出对断路器的重合闸投退的遥控指令，并利用集中器来接收主站发出的遥控指令，以便对数据进行集中处理。

步骤2：对电信号进行解调，并对解调后的电信号进行解析，得到遥控地址和遥信值。其中，遥控地址定义为十六进制码字符串，遥信值定义为二进制码字符串，并且需要延时一段时间后，再对电信号进行解调。十六进制码字符串为一种基数为16的计数系统，通常用数字0、1、2、3、4、5、6、7、8、9和字母A、B、C、D、E、F（a、b、c、d、e、f）来表示断路器的遥控地址，提高识别的准确性。在一个示例中，采用八进制码字符串作为遥控地址。

步骤3：根据遥控地址，在预置的断路器地址库中匹配相应的断路器，预置的断路器地址库包括遥控地址与断路器编号的映射关系。

步骤4：将遥控地址和遥信值发送至相应的断路器，断路器响应遥信值并进行重合闸投退操作。

步骤5：获取重合闸投退操作后断路器对应所并联的电容的谐振电流信号。

步骤6：对谐振电流信号进行傅里叶变换，得到每个相位对应的电流幅值。对多个谐波幅值进行插值处理，构建谐波幅值数据样本集。将一次线性回归直线映射到二维坐标系上，并将谐波幅值数据样本集中的各个谐波幅值数据样本映射至相应的二维坐标系上，筛选出位于一次线性回归直线上的谐波幅值数据样本。计算筛选出的谐波幅值数据样本的累计概率密度函数。根据预设的置信区间与累计概率密度函数，筛选出预设置信区间内的谐波幅值数据样本，通过公式（1）的抽样规则对筛选出的该数据样本进行抽样，得到抽样谐波幅值数据样本，并计算抽样谐波幅值数据样本的算术平均值，将其作为预设的幅值阈值。

式中：Mi，n为第i个单位时间、第n个抽样次数的抽样谐波幅值数据样本；N为抽样规模；xi为第i个单位时间抽取的样本；x为谐波幅值数据样本的算术平均值。

步骤7：根据预设的线性回归方程对电流幅值进行筛选，得到多个显著变化幅值。根据多个显著变化幅值构建幅值数据集，对幅值数据集进行聚类，得到多个聚类簇组，筛选出聚类簇组中样本点数最多的聚类簇组。可以理解的是，对幅值数据集进行聚类，得到多个聚类簇组，筛选出聚类簇组中样本点数最多的聚类簇组，其是最具有代表性的显著变化幅值数据。为了降低异常数据对结果的干扰，并降低计算复杂性，需要筛选出聚类簇组中样本点数最多的聚类簇组。

步骤8：对筛选出的聚类簇组进行非线性拟合，得到非线性拟合曲线。将非线性拟合曲线与预设的拟合曲线进行相似度计算，得到相似度，进而判断相似度是否大于预设的相似度。如果相似度大于预设的相似度，则判定相应的断路器的重合闸投退操作成功；如果相似度不大于预设的相似度，则判定相应的断路器的重合闸投退操作失败。其中，对筛选出的聚类簇组进行非线性拟合的方式为采用最小二乘法进行数据拟合，从而得到一个非线性拟合曲线。将非线性拟合曲线与预设的拟合曲线进行相似度计算，得到相似度。其中，预设的拟合曲线是标准的未发生投退操作之前电容模组的电流幅值的非线性拟合曲线，将初始态下的非线性拟合曲线作为参考，具有参考价值。

如果断路器的重合闸投退操作失败，就发送重合闸不动作告警弹窗，通过预先设置在断路器上的FTU模块获取相应断路器的n个周波的工作电流信号。对每个周波中各个检测时间点的工作电流信号进行差分运算，得到差分电流信号。并对每个周波的差分电流信号进行曲线拟合，得到差分电流变化曲线。然后对差分电流变化曲线进行一阶求导运算，得到差分电流变化斜率，并采用皮尔逊相关系数对所有周波对应的差分电流变化斜率进行自相关系数计算。判断自相关系数是否大于0.9，如果自相关系数大于0.9，就执行下一步；如果自相关系数不大于0.9，就判定断路器存在故障。再通过集中器向断路器发送通信协议下的召测报文，召测报文包括预设长度的标记帧。通过集中器请求并接收断路器返还的召测报文对应的回复报文。如果接收时间超过预设时间，就判定集中器与断路器间的通信通道存在通信故障；如果接收时间未超过预设时间，就判断回复报文与召测报文中的标记帧中的长度是否一致。如果二者不一致，就判定断路器存在解调故障；如果二者一致，就发出检修告警弹窗。

如果断路器的重合闸投退操作成功，则生成相应的重合闸投退操作成功弹窗。

2.3 基于微机控制的10kV线路重合闸投退监测方法的优点

基于微机控制的10kV线路重合闸投退监测方法有以下3个优点：第一，能及时发现10kV线路重合闸漏投入的情况，保证重合闸具备投入条件后能第一时间投入，提高供电可靠性[2]。第二，能保证带电作业退出重合闸的正确性，避免因漏退重合闸、安全措施不足而引发事故，保证人身安全，同时解决了人工核查存在的工作量大且效率较低的技术问题。第三，不需要增加任何硬件设备，不增加变电站端的运维工作量，维护工作将集中到调度自动化系统主站，不需增加额外的费用。可为电网安全稳定运行提供智能、安全、可靠的技术手段，提高调度运行管理水平和工作效率，推进智能电网建设。

2.4 应用基于微机控制的10kV重合闸投退监测方法的注意事项

应用基于微机控制的10kV重合闸投退监测方法时，应注意的问题如下：第一，做好10kV重合闸基础数据维护工作。该文设计需要在10kV重合闸基础数据完全正确的基础上才能保证应用的正确性，如果基础数据有误，将导致10kV重合闸投退监测无法顺利开展，不能及时发现漏投退的10kV重合闸。第二，做好测试验收工作。应用基于微机控制的10kV重合闸投退监测方法进行测试验收时，要充分模拟调度员日常工作中可能遇到的各种状况，确保能监测到每次10kV重合闸漏投退的情况，及时发现及时处理，提高工作效率，确保电网安全稳定运行。

3 结语

该文针对调度员的人工核查重合闸投退完成情况存在的工作量大且效率较低的技术问题，提出了一种基于微机控制的10kV重合闸投退监测方法。提高了重合闸投退监测的效率和准确性，减少了监测工作量，保障重合闸具备投入条件后能第一时间投入，可显著提高供电可靠性，同时能保证带电作业退出重合闸的正确性，避免因漏退重合闸、安全措施不足而引发的事故，保证人身安全，提升电网的数字化水平，确保电网安全、稳定地运行。