大数据驱动的电力系统继电保护状态监测分析

引言：如今电力需求不断提升，电网安全运行受各领域广泛关注。当电网运行期间，继电保护装置经常出现一系列隐性故障，比如参数漂移、元件老化等。当运用传统管理维护手段，主要依托人力巡视检查电力系统，不能高效、精准检查电网故障问题。当下步入数字化时代，电力领域应积极运用大数据技术，自动化监测电力系统的继电保护状态，有效控制电力风险问题。

1. 电力系统继电保护状态监测的关键技术及应用场景

1.1 数字孪生技术

在电力系统的继电保护装置中，为提升装置保护力度，在各台保护装置中借助数字孪生技术打造数字孪生体，在实时条件下，当面对一系列物理设备时支持对其运行状态有效映射。有关人员通过虚拟空间，根据常见的故障问题实现相关场景的模拟，直观呈现 CPU 负荷过载等问题，对部署的一系列监测策略事先展开验证工作，分析策略的实际效用，避免在现场调试环节遇到更多风险情况。比如，在某地区的500kV 变电站处，通过试点看出，建立稳定的数字孪生模型，能够在一定时间内完成设计内容的检查，找出存在不足的设计策略，本着安全管理的原则优化装置。

1.2 物联网技术

在继电保护装置中，完善装置内部构造，引进微型传感器并实现规范部署，为保护装置带来光纤温度传感器等设施，打造集成化的分级物联网架构，其中有效联系主站、装置、边缘计算节点。在边缘节点处，一方面能够在大量的数据内容中完成预处理操作，另一方面可以给出符合需求的本地决策，而对于主站来讲，其能够从不同维度有效整合数据，并在数据中提炼趋势等价值信息，确保网络传输压力不断降低，面对异常情况支持快速响应[1]。

1.3 人机交互

利用先进的技术手段，开发三维立体化、可视化平台，同时搭配 GIS技术，便于管控全网保护装置，清晰展现装置的状态。工作人员现实工作阶段可以利用热力图，掌握设备的状态信息后，针对健康度低的设备，可及时进行信息标注。由于装置参数并非一成不变的，为了展现其变化趋势，可借助动态曲线，清晰展现动态变化。当装置参数变化超出标准要求，将实现语音告警，负责运营维护的工作人员快速响应落实控制方案。

2. 继电保护状态监测模型构建与自动监测探究

2.1 模型构建

（1）采集数据信息并完成特征要素的提取。部署足量的传感器，在实时状态下在继电保护装置中完成信息采集工作，主要的采集内容包含电气参数，比如电流采样误差、动作时间等，还有一些物理参数，诸如设备振动频率、温度变化，还需要获取有效的电网运行数据，以实现运行状态的把握，主要收集负荷变化、故障录波波形等信息。在这一环节，选择利用傅里叶变换手段，在大量的振动信号中完成频率指标的分析，融合滑动平均滤波方式，针对性筛选并去除温度数据噪声，有效把握元件状态将与之匹配的反映特征提取出来 [2]。（2）设计模型架构。打造多层模型，以便于进行状态分级提升判断准确性。设置异常检测层，此部分主要利用孤立森林算法，面对装置个体，能够在较短的时间内发挥识别功能找出 存在的非正常数据点。设置趋势预测层，此部分主要利用时序卷积网络（TCN），同整合、分析历史信息，以此为参考来进一步实现参数变化的准确预测。在模型中部署健康度评估层，选择运用 XGBoost 算法，通过对不同特征的把握，依据实际情况完成装置健康等级的输出处理，方便工作人员判断装置是否为健康状态。

2.2 自动监测

有关人员在自动监测环节充分利用边缘节点，为其打造 AI 模型，当获取大量的数据信息后，先执行本地预处理操作，并通过与主站的连接关系，向其传输特定内容，保证关键特征顺利输送，此阶段调整压缩比，具体为 1:20，进一步避免出现网络负荷增长的情况。在主站系统部分，可密切结合不同时段完成数据的接收工作，并展现不同颜色的编码，根据实时情况动态化呈现装置的健康情况。

继电保护状态自动监测阶段，设置智能化告警功能，并在各级处理环节发挥联动作用。设置分级响应装置，给出不同颜色，比如，橙色代表预警状态，发挥自动处理功能，形成准确的检修工单，并调取历史故障信息，在关联模式下给出解决方案。当出现红色，其表达的是故障，此情况下会触发故障录波启动，避免 影响其他电力设备。为了提升自动监测水平，在实际处理阶段引进知识图谱作为辅助工具，此模式可以利用大量的历史故障数据，实现设备设施状态的有效关联，打造自动监测网络体系，并在较短的时间内找到近似的案例，为运维修理技术人员带来匹配的建议，提升实际检修效率。

3. 实验测试与分析

以某国家级电力系统为例，通过动态化模拟分析，搭建相关实验测试环境。在一次系统中，主要面对110kV 的双端电源网络，完成系统的模拟；在二次系统中，通过引进线路保护装置，且装置来源不同，在部署阶段搭配电流互感器、电压互感器等。

选择具有代表性的场景展开测试。比如，在继电器触点磨损的场景中，相关人员提前安排实验，当选好机械装置后，通过操作触点，使其完成分合动作，动作次数为 10 万次，使机械装置完成此情况的模拟。当满足 1万次时，需要标准化完成一次动作时间、接触电阻的信息采集工作。

在场景模拟中获取监测结果。从动作时间来看，其标准差存在变化，先前为5ms，经过转变达到12ms，分析变化过程，从中可知其机械分散性呈现增长的趋势；通过把握接触电阻，其阻值明显变化，先前为 10mΩ ，经过转变达到 35mΩ 。经过进一步分析，明确存在触点氧化加剧的情况；工作人员借助 XGBoost 模型，清晰直观判断分析结果，当达到第 8 万次分合状态，通过综合研究实现状态的判定，将其等级水平归于 W，分析这一环节的接触电阻，其数值已经接近阈值水平，通过模拟测试有效获得预警信息，提前防范不易察觉的故障问题。通过在站点处运用监测系统，工作人员提前预判存在的隐患问题，可更好地检查保护装置各个模块，有效避免出现装置失效的情况，减少电网事故的出现。

结语：通过上述分析可知，电力系统是当前供应电能的主体，面对不断提升电力需求，电力领域应重视继电保护状态监测，有效防范电力系统故障。继电保护装置涉及诸多部件，为实现装置状态的全面监测，应引进先进的技术手段，以大数据驱动故障监测与处理工作高效执行，通过准确把握电力系统状态，针对性实施可靠的处理手段，促进电网稳定运行。

参考文献：

[1] 宋少杰 , 马敏芝 . 基于物联网的电力系统继电保护回路运行状态在线监测方法 [J]. 河南科技 ,2024,51(21):13-16.

[2] 秦贵林 , 侯均明 . 基于无线传感网络的火电厂发电机组继电保护状态自动监测方法 [J]. 自动化应用 ,2024,65(12):77-78+81.

作者简介：贾浩（1995.08—），男，汉族，陕西渭南人，本科，助理工程师，研究方向：电力系统及其自动化