【关键词】发电厂；继电保护；故障诊断；智能预警；支持向量机

引言

电力系统的日趋庞大、复杂使得发电厂的继电保护装置越发具有智能化与数字化的特点，运行中显现出高动态性、多样性。人工巡检、整定故障诊断机制导致无法在运行过程中及时发现故障隐患，容易出现反应滞后、误报的现象。近几年，相关研究主要从继电保护故障机理、数据驱动诊断到智能预警开展，但存在的问题源于多源数据集成及工程实际适应性。本文以继电保护装置全过程的智能监测为重点，提出多维特征融合与智能预警的方法，以期提升继电保护装置运行的可靠性和运行管理水平。

一、发电厂继电保护装置运行特性与故障机理分析

（一）继电保护装置的运行特性分析

继电保护装置作为发电厂电力系统安全运行的关键环节，其运行特性主要体现为高灵敏度、快速动作、良好的选择性与可靠性。装置通过对电压、电流、频率等参数的实时采集与分析，能在毫秒级内准确识别系统故障并发出跳闸指令，切除故障元件，防止事故扩大。同时，其具备完善的自检和故障记录功能，可实现运行状态的实时监控与历史数据追溯。在抗干扰方面，继电保护装置通过滤波、冗余设计及通信隔离技术，有效抵御电磁干扰和误动作，确保系统稳定可靠运行，是发电厂保障电力系统安全性的核心技术装备[1]。

（二）故障机理与关键影响因素

故障机理受电气特性与环境因素耦合作用。

（1）电气量异常。系统短路时非周期分量导致CT饱和，使保护感受到的二次电流失真，距离保护测量圆特性偏移；20 kV系统非全相运行时，负序电流持续时间超10 s会引发转子表面灼伤。

（2）环境应力。保护装置长期运行于温度大于55℃、湿度大于85% RH的环境中，会加速电子元件老化，导致采样精度下降；振动幅值大于5 g时，内部连接器松动引发数据传输异常。

（3）设计缺陷。380 V系统中，零序保护整定值与负荷电流交叉重叠，易受谐波干扰误动；二次回路中，热工与保护直流电源并联（阻抗小于100 Ω）会引发接地故障时的误报警。

二、多源数据采集与特征构建

（一）数据采集架构设计

为实现继电保护装置故障的智能诊断与预警，系统采用“现场端采集—边缘网关预处理—中心平台汇聚”的三级结构。在现场层，通过高精度电参量采集模块（采样频率大于等于10 kHz）获取电压、电流、频率、相位等实时工况数据，并集成保护装置内部故障记录、事件顺序记录（Sequence of Event，SOE）、告警日志等信息；边缘层部署工业级边缘计算网关，具备数据过滤、格式转换、特征提取等功能，实现数据的局部实时处理与初步融合，降低通信带宽压力；平台层通过安全协议将数据上传至主站服务器，支持与数据采集与监视控制、电能管理等系统互联互通，为后续的建模分析与预警算法提供高质量的原始数据支撑。

（二）信号预处理与异常剔除

为提升继电保护装置故障诊断的数据质量，系统在边缘层引入多级信号预处理与异常剔除机制，以适应复杂电气扰动特征及环境干扰影响，通过滑动窗口滤波抑制随机噪声，窗口长度N=11，对500 kV线路电流信号滤波后，信噪比提升15 dB。针对继电保护过程中常见的暂态干扰，采用Daubechies4小波对电压信号进行5层小波分解，并使用软阈值函数进行去噪处理，使20 kV系统电压畸变率从8%降至2%以下。为识别采集过程中可能存在的突发异常和孤立干扰点，在边缘计算网关中集成孤立森林算法，计算每个样本点到其第k近邻的平均路径长度，当异常得分函数大于0.8时标记为异常，剔除380 V系统中0.5%的脉冲干扰点[2]，提升后续特征提取与建模算法的准确性，为智能预警模型提供清洁、可靠的数据输入。

（三）多尺度特征提取

结合所构建的高频、多源数据采集架构，建立了融合时域、频域及时频域的多尺度特征提取体系，以全面捕获装置故障的复杂特征。（1）时域特征通过计算电流波形的峭度和偏态系数反映其畸变程度，正常状态下峭度接近3，短路故障时明显升高；偏态系数接近0表明电流波形对称，电流互感器（Current Transformer，CT）饱和或异常负载导致偏态系数显著偏离零，提示异常运行。