基于物联网的变电站双电源备自投状态监测方法.pdf

Telecom Power Technology 112 Aug.25,2023,Vol.40 No.16 2023 年 8 月 25 日第 40 卷第 16 期电源与节能技术DOI：10.19399/ki.tpt.2023.16.035基于物联网的变电站双电源备自投状态监测方法梁毅辉（国网湖北省电力有限公司恩施供电公司，湖北 恩施 445000）摘要：常规的变电站双电源备自投状态监测方法多数采用网损平衡异动分析原理设计而成。实际应用过程中，在变电站规模较大的情况下，备自投状态监测定量误差较大，监测精度较低。为改善这一问题，开展基于物联网的变电站双电源备自投状态监测方法研究。采集蓄电池的各项参数，对变电站双电源备自投蓄电池进行巡检设计。利用物联网技术，实时监测备自投绝缘状态的动态变化，及时排除双电源备自投装置接地故障隐患。在此基础上，对备自投状态监测数据库进行建模设计，存储、调取并管理监测数据，实现复杂的变电站双电源备自投状态监测数据表间查询功能。分析实验结果可知，按照提出方法监测双电源备自投状态，监测定量误差较低，能够准确反映变电站双电源备自投状态的实时变化。关键词：物联网；变电站；监测；双电源；备自投A Method of Monitoring the Status of Dual Power Backup in Substation Based on Internet of ThingsLIANG Yihui(Enshi Power Supply Company,Hubei State Grid Electric Power Co.,Ltd.,Enshi 445000,China)Abstract:Most of the conventional methods for monitoring the status of dual power backup in substation are designed based on the principle of network loss balance transaction analysis.In the actual application process,when the substation is large in scale,the quantitative error of monitoring the status of backup backup is large and the monitoring accuracy is low.In order to improve this problem,the state monitoring method of dual power backup in substation based on the Internet of Things is studied.Firstly,the parameters of the battery are collected,and the inspection design is carried out for the self-throwing battery of the double power supply in the substation.Secondly,the use of the Internet of Things technology,real-time monitoring of the dynamic changes in the insulation state of the standby self-propelled device,in time to eliminate the potential ground fault of the dual power standby self-propelled device.On the basis of this,the model design is carried out to store,retrieve and manage the monitoring data,and the query function between the monitoring data tables of double power supply in substation is realized.The experimental results show that the quantitative error of the monitoring method is low,and it can accurately reflect the real-time change of the state of the dual power supply backup.Keywords:Internet of Things(IoT);substation;monitor;dual power supply;prepared to invest0引言变电站是一种能够接收电能，并对电能做出快速分配的场所，根据电力系统的供电需求与特性，变换电压与电流1。变电站根据规模和功能可以分为四类，均能在满足经济的前提下高效实现不间断供电2。变电站在运行过程中受运行环境、条件等复杂因素的影响，存在一定的安全风险隐患3。变电站备自投装置即备用电源自动投入装置，当系统运行的主供电源发生故障时，该装置能够判定变电站的启动条件，向变电站失压母线供电，规避停电事故4。一般情况下，变电站备自投装置多数与断路器保护装置分开设置，在断开断路器后，方可投入备用电源5。备自投装置投入运行后，一旦闭锁动作错误，会导致变电站双电源备自投状态异常，需要根据备自投状态的动态变化，立即切除故障。因此寻求科学合理的备自投状态监测方法至关重要。现阶段，传统的备自投状态监测方法以文献1和文献4提出的方法为主，但在变电站规模较大的情况下，监测时效性较差，备自投状态监测误差较大，监测精度较低。文章通过引入物联网技术，开展基于物联网的变电站双电源备自投状态监测方法研究，为实现变电站备自投状态的高精度监测做出贡献。1变电站双电源备自投状态监测方法设计1.1变电站双电源备自投蓄电池巡检设计设计的监测方法选用 JK0603BA-1 型号的电池巡检仪，实时采集双电源备自投装置蓄电池参数。电池巡检仪的技术指标设置如表 1 所示。通过 ZigBee 无线通信技术，将采集的参数上传至巡检仪控制器。通过蓄电池温度补偿，对采集的蓄电池电压进行修正，避免备自投装置蓄电池的浮充电压受到外界环境条件的影响而发生变化。电压修正公式为收稿日期：2023-07-19作者简介：梁毅辉（1983），男，陕西渭南人，本科，工程师，主要研究方向为电网建设。2023 年 8 月 25 日第 40 卷第 16 期 113 Telecom Power TechnologyAug.25,2023,Vol.40 No.16 梁毅辉：基于物联网的变电站 双电源备自投状态监测方法()tcnc25UUT N T=（1）式中：Utc表示经过温度补偿后的备自投装置蓄电池浮充电压；Un表示未经过温度补偿的备自投装置蓄电池浮充电压；Tc表示蓄电池温度补偿系数；N 表示变电站双电源备自投装置蓄电池组中的蓄电池数量；T 表示通过温度传感器检测到的备自投装置蓄电池的温度。蓄电池电压修正后，上位机通过 RS-485实时接收电池参数，对备自投装置的蓄电池进行实时监控。1.2基于物联网的备自投绝缘状态监测利用物联网技术，对双电源备自投绝缘状态进行实时监测。变电站双电源备自投装置在运行过程中出现接地故障，可能引起变电站电气设备误动作、信号回路等问题，严重情况下还会对电力系统造成危害。基于物联网的备自投绝缘状态监测流程如图 1 所示。备自投装置传感器信号传输信号采集处理数据存储管理数据处理诊断基于物联网的备自投状态监测过程层间隔层变电站层图 1基于物联网的备自投绝缘状态监测流程首先，将变电站的基础系统划分为过程处理层、间隔层以及变电站层等基本结构。其次，通过树型多层分布式监测，采集双电源备自投绝缘状态信号。基于物联网的转化与实时传输作用，先将采集的绝缘状态物理信号转化为电信号，并传输至在线监测装置，存储并诊断处理信号数据。最后，将全部监测数据汇总至数据库，传输至物联网云平台中，通过云平台的大数据处理技术，对监测数据进行多维度的分析与诊断，生成变电站双电源备自投状态监测结果。若变电站双电源备自投绝缘状态异常，则此时备自投装置母线上注入的频率不同、幅值相同的电压信号存在交替出现的现象；若变电站双电源备自投绝缘状态正常，则频率相同、幅值相同的电压信号不会出现交替现象。将监测结果发送给变电站相关负责人，负责人根据监测结果制定相应的操作指令，规避变电站双电源备自投状态异常问题。1.3备自投状态监测数据库建模设计文章设计的变电站双电源备自投状态监测数据库包括 4 个组成区域，对应的内容如表 2 所示。表 2备自投状态监测数据库表分区标号区域标号组成内容A1监测基础区A1B1监测项目表A1B2监测参数表A1B3变电站表A1B4监测对象表A1B5监测单元表A1B6操作日志表A2数据存储区A2B1数据结构表A2B2实时数据表A3诊断结果区A3B1监测对象诊断结果A3B2监测单元诊断结果A3B3报警数据表A4配置信息区A4B1双电源基础信息表A4B2故障位置表A4B3报警阈值表A4B4报警等级表A4B5报警数据表按照表 2 所示的变电站双电源备自投状态监测数据库表分区，建立监测数据库，存储、调取并管理细分的备自投状态检测数据。通过数据库表之间存在的约束关系，辅助 Power Designer 建模工具详细描述各实体之间的对应关系，实现复杂的变电站双电源备自投状态监测数据表间查询功能，为下一次状态监测提供数据支持。2实验分析2.1实验准备选取 S 地区供电网络作为此次实验的研究对象，供电网络所在地区地貌以冲积平原为主。该地区范围内，供电网络有 5 个 500 kV 变电站、35 个 220 kV变电站、160 个 110 kV 变电站，对应的线路分别为 18 回 500 kV 线 路、111 回 220 kV 线 路、525 回 110 kV 线路。S 地区的电厂不具备黑启动条件，存在潜在的危险因素。此外，由于S地区的供电网络较多，为避免增加此次实验的复杂度，选择 110 kV 变电站作为研究对象。变电站高压侧进线的接线方式较多，数量统计如表 3 所示。通过表 3 的数量统计，获取 110 kV 变电站高压侧进线对应的各种接线方式及数量，为后续的试验提供数据支持。根据 S 地区的地形地貌特征，大多数表 1电池巡检仪的技术指标设置编号指标具体内容1整组电压测量范围/V0 1302整组电压分辨率/V0.013放电电流工作范围/A0 804放电电流控制精度/A0.105工作电压/V交流 220（115%）6工作频率/Hz45 656显示方式7 寸电容触摸屏，1 024600 高清分辨率7单体电压采集测量类型2 V/6 V/12 V 或其他 2023 年 8 月 25 日第 40 卷第 16 期Aug.25,2023,Vol.40 No.16Telecom Power Technology 114 110 kV 变电站采用的接线方式为线变组方式。该接线方式更加直观、清晰，能够满足该地区未来电网规划的标准。但是，在长期运行下，一旦 110 kV 变电站线路发生故障，线路连接变压器所供给的母线会出现无压情况，此时需要变电站双电源备自投装置帮助其恢复电力供应。然而，该变电站双电源备自投装置在运行过程中存在一定的缺陷，具体如下。第一，备自投装置逻辑状态异常。变电站部分备自投装置未进行过传动试验，逻辑不够完善。第二，备自投装置开入接点状态异常。部分备自投装置采用跳闸位置继电器（Trip Position Junction，TWJ）接点作为跳位开入，不能实时采集变电站断路器位置的动态变化数据，导致备自投装置运行过程中可能出现动作中断问题，影响备自投状态判别。第三，备自投装置定值异常。部分备自投装置没有与其他装置产生良好的互动配合，整定定值时容易出现误整定，导致装置定值计算不合理。第四，备自投装置接线状态异常。多数出现在备自投装置投入使用前，由于断路器分合产生振动，导致接线不稳，严重时甚至会出现脱落，引发接线状态异常问题。第五，备自投装置外部运行状态异常。当变电站运行年限较长时，双电源备自投装置中的各类插件容易出现老化，如中央处理器（Central Processing Unit，CPU）插件、操作插件、电源插件以及通信插件等，会引发备自投装置误动，造成运行状态异常。对上述 5 种变电站双电源备自投装置异常状态 进 行 编 号，分 别 编 号 为 BZT-01#、BZT-02#、BZT-03#、BZT-04#、BZT-05#。开展备自投状态监测实验，检验所提监测方法的可行性。2.2结果分析在此次实验中，分别设置一个实验组与两个对照组，通过对比分析的方法检验监测效果。其中，实验组为文章所提监测方法，对照组分别为文献1提出的基于自适应策略的备自投状态监测方法、文献4 提出的基于平衡异动分析的备自投状态监测方法。分别利用3种方法实时监测上述5种变电站双电源备自投状态的动态变化，使用MATLAB模拟分析软件模拟整个监测流程。设定监测次数为 10 次，选取变电站双电源备自投状态监测定量误差作为此次实验的评价指标，取 10 次实验监测定量误差的平均值，备自投状态监测的定量误差结果如图2 所示。定量误差/%BZT-01#BZT-02#BZT-03#BZT-04#BZT-05#备自投状态实验组对照组1对照组20.51.01.52.02.53.03.5图 2变电站双电源备自投状态监测的定量误差对比结果通过图2 可以看出，3 种监测方法在监测性能方面存在一定的差异。其中，文章提出的监测方法的监测定量误差始终小于另外 2 种方法，说明提出方法的监测精度较高，能够更加准确地反映变电站双电源备自投状态的实时变化，具有较高的可行性和推广价值。3结论为改善传统变电站双电源备自投状态监测定量误差较大、监测精度较低的问题，开展基于物联网的变电站双电源备自投状态监测方法研究。所提方法能有效减小了备自投状态监测定量误差，提高监测精度，对于准确地反映变电站双电源备自投状态的实时工况变化具有重要的研究意义。参考文献：1 罗海鑫，李新海，刘文平，等.基于自适应策略的 10 kV 备自投装置研制与工程应用 J.电工电气，2023（4）：38-42.2 尹超勇，李刚，李辉，等.基于 5G 通信方式的变电站远方备自投原理及实现方法 J.湖南电力，2023，43（1）：58-62.3 陈志峰，沈娜，王玕，等.高渗透率水电接入的变电站备自投逻辑优化研究 J.电力系统保护与控制，2023，51（4）：157-164.4 史媛，陆嘉浩，孙诗航，等.基于网损平衡异动分析的 10 kV 配电站备自投动作状态辨识 J.供用电，2022，39（11）：55-62.5 黄冬燕，黄冠琅，李聪.区域备自投技术在 35kV 链式供电网的应用研究 J.广西电力，2022，45（5）：73-77.表 3110 kV 变电站高压侧进线接线方式的数量统计编号接线方式数量/回比例/%1双母线10.622单母线带旁路21.254非常规31.903单母线分段63.784桥路2012.575线变组12078.62