★ 国网江苏省电力有限公司南通市海门区供电分公司 唐天笑

关键词：供配电系统；继电保护装置；在线监测；多参数传感器阵列；临界值；预警

智能变电站是电网的重要组成部分，其工作状况对电网的安全起着至关重要的作用。继电保护装置监测范围大，运行过程中易出现控制稳定性弱、参数波动幅度大等问题。目前，最常见的监控方式是目标识别和人工巡检，但总体效率低下，无法及时掌握设备运行状态，也无法准确定位异常点。为解决这一问题，已有研究者提出了一种基于光纤通信的智慧变电站继电保护装置运行状态监测方法[1] ，在一定程度上提升了变电站的运行效率和安全性。但智能变电站系统复杂、一体化程度高，监控手段易受外部因素影响，导致监控结果不精确。为此，本文提出了一种新型的供配电系统继电保护装置运行状态在线监测方法。

1   继电保护装置数据感知

本研究通过系统化采集继电保护装置的运行数据，构建了多维度分析模型，并依托分层递进式监测告警体系，实现了对继电保护装置异常运行状态的预判与处置[2]。继电保护装置数据感知作为整个监测体系的基础支撑，通过部署于继电保护装置本体的高精度多参数传感器阵列，重点采集包括但不限于以下核心指标：电气量参数（电压/电流有效值、相位差、谐波含量）、开关量状态（断路器分合位置、保护动作信号）、环境参数（装置温度、湿度、绝缘状态）以及时间参数（动作时标、事件顺序记录）。具体监测参数设置如表1所示。

表1 继电保护装置参数感知表

如表1所示，系统通过参数分类编码体系实现了结构化存储，并支持按设备类型、信号特征、重要等级等多维度进行检索。本研究基于标准化参数体系，构建了“端—管—云”三位一体数据传输架构：前端传感器通过RS485/IEC61850等网络协议，将原始信号转换为数字量；数据经边缘计算单元初步校验后， 通过5G/光纤双通道冗余通信网络实时上传至中央监控平台。为确保数据传输的时效性和可靠性，系统采用QoS机制对不同优先级数据实施差异化传输，关键保护动作信号的传输时延控制在100ms以内。

上传至监控中心的数据需经过三阶段预处理流程：首先，通过滑动窗口剔除异常值，消除电磁干扰导致的瞬时畸变数据；其次，采用卡尔曼滤波器对周期性参数进行平滑处理，提升数据可信度；最后，按照IEC61850-7-420标准进行数据格式转换，生成符合CIM模型规范的统一数据结构[3]。预处理后的数据存入时序数据库， 为后续的异常状态特征提取和识别等提供标准化数据支撑。

2   继电保护装置运行状态预警监测

基于以上感知的各项参数，本研究建立了健康区间、异常区间以及严重异常区间的临界值， 具体如公式（1）所示：

式中，i表示第项参数临界值；y表示继电保护基础区域； 表示继电保护可扩展区域； 表示监测点，不同监测点采集的数据对临界值的计算有着不同的影响；表示临界区间，明确不同运行状态之间的界限；  表示阈值， 是判断数据是否超出正常范围的关键参数；x表示第i项参数采样值[4]。将当前测定的数据与实时计算得到的临界值设定为对应的继电保护装置运行状态的监测限制条件， 当监测数据超过预设的阈值时， 系统自动触发预警机制。一旦触发预警， 异常数据以及相关信息通过光纤信道上传至预设的位置，该过程如式（2）所示：

式中， 表示供配电系统继电保护装置运行状态预警监测结果； Z表示监测范围； t表示监测周期； S表示预警等级；D表示继电保护装置状态指数； V表示继电保护装置运行状态监测点位[5]。通过上述数据处理和分析，可识别并预警继电保护装置的异常运行状态， 最终实现供配电系统继电保护装置运行状态的实时在线监测。

3   实验验证

3.1   实验设计

为验证本文所提出的供配电系统继电保护装置运行状态在线监测方法在实际应用中的可行性与可靠性，选取某供配电系统作为实验对象。该供配电系统继电保护装置参数如表2所示。

表2 继电保护装置参数表

根据该供配电系统继电保护装置的实际情况，本次实验在继电保护装置上分别部署了电流、电压、功率以及温度传感器各一台，对设备运行数据进行采集，采样时间为1000s，随机选取部分时段的电压数据绘制曲线，如图1所示。

图1 继电保护装置运行电压波形图

将采集的数据上传至监测中心进行处理和分析。监测中心由一台PC机和一台报警器组成，其中PC机采用Windows10操作系统，配置16GB内存与Inter core i8CPU。所有数据样本的处理和分析均在PC机上完成，其通过报警器对识别的异常状态进行预警。实验随机选取6个样本，具体监测结果如表3所示。

表3 继电保护装置运行状态监测结果

由表中数据可知，本文所提方法的监测结果与继电保护装置实际运行状态一致，可完成继电保护装置运行状态在线监测任务。为体现本研究的参考和学术价值，选取当前供配电系统监测领域应用较为广泛的文献 [ 1]提出的基于光纤通信的监测方法开展对比实验。该方法采用光纤通信技术传输数据，通过数据融合算法实现设备异常运行状态识别与预警。本文以两种方法的误警率作为评价指标，对比分析两种方法的监测精度。

3.2   实验结果与分析

实验随机选取17个样本进行测试， 分别统计本文方法与主流光纤通信监测方法的误警率，结果如图2所示。

图2 设计方法与主流方法的误警率曲线图

由上图可见，在供配电系统继电保护装置运行状态在线监测场景中，本文方法的误警率不超过1%，最高仅为0.75%；而基于光纤通信的监测方法误警率最高达到3.15%，监测误差显著高于本文方法。实验结果充分证明了本文方法可实现供配电系统继电保护装置运行状态的精准在线监测，具有良好的可行性与可靠性。

4   结束语

本文针对供配电系统继电保护装置运行状态在线监测中的误警问题，开展了继电保护装置运行状态在线监测方法的研究，提出了一种新型的供配电系统继电保护装置运行状态在线监测方法。实验结果表明，该方法显著提升了监测精度，有效解决了误警问题，为供配电系统继电保护装置运行状态的精准在线监测提供了一个新的思路，同时为相关研究奠定了理论基础。

作者简介：

唐天笑（1992-），男，江苏南通人，工程师，学士，现就职于国网江苏省电力有限公司南通市海门区供电分公司，研究方向为继电保护。

参考文献：

[1] 尹志敏. 基于光纤通信的智慧变电站继电保护装置运行状态监测方法[J]. 电气技术与经济, 2024, (9) : 231 - 233.

[2] 王多娇, 周鑫, 宋灿灿, 等. 智能变电站继电保护装置运行状态实时监测方法[J]. 电气技术与经济, 2024, (11) : 369 - 371.

[3] 赵思敏. 变电站继电保护装置状态评估与故障检测技术研究[J]. 电力设备管理, 2023, (17) : 191 - 193.

[4] 马文强, 李智慧. 基于继电保护的故障信息智能分析方法[J]. 电子产品世界, 2024, 31 (8) : 50 - 53.

[5] 曹晓松, 吕宁, 陈杰. 电力系统继电保护二次回路运行状态监测方法[J]. 电气技术与经济, 2024, (11) : 181 - 183.

摘自《自动化博览》2026年6月刊