110kV及以下电压等级智能变电站系统的过电压防护研究

110kV及以下电压等级智能变电站系统的过电压防护研究

防护工作在各地变电站中非常重要，当前110kV及以下电压等级智能变电站影响范围大，防护水平也有待提升。基于此，文章以110kV及以下电压等级智能变电站系统的过电压类型以及原因作为切入点，给予简述，并以此为基础，论述过电压防护措施，给出防护系统化、防护智能化等建议，最后以模拟实验方式对相关理论作系统论证，以期通过分析为后续具体工作提供必要参考。

标签：智能变电站；过电压；降维训练；防护系统化

Abstract：Protection work is very important in various substations. The current 110kV and below voltage level intelligent substation has a wide range of influence，and the level of protection also needs to be improved. Based on this，the paper takes the overvoltage type and reason of 110kV and below voltage level intelligent substation system as the breakthrough point，gives the brief introduction. Then，taking this as the foundation，it discusses the over-voltage protection measure，and gives the protection systematization，the protection intelligence and so on the suggestion. Finally，the simulation experiment is used to make a systematic demonstration of the relevant theory，in order to provide the necessary reference for the follow-up specific work through the analysis.

Keywords：intelligent substation；overvoltage；dimensionality reduction training；protection systematization

前言

过电压（over voltage）是指工频下交流电压均方根值升高，超过额定值的10%，并且持续时间大于1分钟的长时间电压变动现象，是负荷投切的瞬间的结果，正常使用时在感性或容性负载接通或断开情况下发生。我国各地110kV及以下电压等级智能变电站的建设工程较多，这也对防护工作提出了较高要求，针对过电压类型以及原因展开分析，并探讨防护措施，具有较为突出的现实意义。

1 110kV及以下电压等级智能变电站系统的过电压类型以及原因

1.1 变电站系统的过电压类型

就110kV及以下电压等級智能变电站系统而言，其过电压类型可大致分为两种，即外部过电压和内部过电压。外部过电压的发生率较低，也被称为大气过电压、雷电过电压，在变电站的工作中，直击雷和感应雷均有可能造成过电压，此时变电站可看做一个整体性的导体，雷电经变电站的避雷系统被导入地下[1]。外部过电压往往具有脉冲特点，持续时间较短。内部过电压也称为工频电压升高，包括空载长线电容效应、不对称短路接地、甩负荷过电压、空载线路合闸和重合闸过电压、切除空载线路过电压、线性谐振过电压、参量谐振过电压等。内部过

电压发生原因复杂，且发生率较外部过电压更高[2]。

1.2 变电站系统的过电压原因

110kV及以下电压等级智能变电站系统过电压发生原因可归纳为电路状态和电磁状态的突然变化两个方面。电磁状态的异常发生率相对较小，一般智能变电站周围的电磁场是稳定的，不会出现强大磁场影响变电站电压，但在雷电等强对流气象条件下、设备损坏的情况下，变电站周围磁场强度改变，有一定几率出现过电压问题。电路状态的异常，是电力系统过电压发生的主要因素，如系统中性点不接地系统发生单相接地故障时，可能导致接地电弧间歇重燃，进而出现过电压。在此过程中，即便较小的电弧电流，如果未能熄灭，也会导致电压的异常，较大的电容性电流，如果其强度超过10A，会导致电磁振动，出现过电压[3]。

此外，一些随机事件也可能导致过电压，如参数设定不合理、电阻系统/防雷系统异常等，均需要给予有效防护。

2 110kV及以下电压等级智能变电站系统的过电压防护措施

2.1 防护系统化

防护系统化，是指在110kV及以下电压等级智能变电站系统中，构建带有整体价值的防护体系，将各个环节纳入统一的系统下，保证所有危险环节得到处理和应对。如外部过电压和内部过电压都面临电荷富集的影响，该影响主要破坏电磁环境，导致变电站周边电磁场的异常变化。在防护工作开展的过程中，需要建立涵盖两个方面的防护系统，建立可以独立工作的两套导电系统，一套用于外部过电压的防护，另一套应对可能出现的内过电压。当外部电荷持续聚集时，通过外部防护系统将其导入地下，消除电磁变动出现的可能。当内部存在单相接地故障时，则有内部防护系统进行处理。以统一的管理系统指导具体作业，该防护系统需要借助智能化和防护监控两条举措具体实现。

2.2 防护智能化

防护系统化的关键，是工作的智能化。拟应用降维训练的方式进行大规模机器训练，将训练结果代入到智能设备中，用于防护系统的感知和危险处理。思路上看，智能设备可根据系统默认程序判别变电站系统的异常，如内部过电压，并在过电压发生后给予记录和处理，降低地破坏作用，整个工程是自动化、无人化的。要求在实际工作中，收集2000个以上的变电站工作样本，每个样本都涵盖脉冲、电压值、电流值、电阻值等不同维度。应用K近邻算法进行大规模高效率机器训练，每一个维度设置一个训练定义域，该定义域涵盖变电站工作的一个单独维度，以该维度的最大值/最小值作为训练边界。在正常工作状态下，变电站输出电流始终处于一个范围内，在额定值上下波动，以A表达电流值（标准值），则变电站输出电流将呈现为一个数列：A=[……A-3；A-2；A-1；A；A+1；A+2；A+3……]