繼電保護故障信息系統(tǒng)智能分析研究

李七鑫，續(xù)建國

（國網(wǎng)山西省電力公司電力調(diào)度控制中心，山西 太原 030001）

0 引言

電網(wǎng)發(fā)生故障時，及時準確判斷出電網(wǎng)故障元件和保護動作情況對于電網(wǎng)恢復正常運行及可靠供電至關(guān)重要。隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴大和接口的日益復雜，尤其是“調(diào)控一體化”新型運行體系的建設，電網(wǎng)故障時大量的故障信息在短時間內(nèi)涌入調(diào)度中心，易使調(diào)度人員誤判、漏判，需要電力故障信息系統(tǒng)主站進行智能分析。準確、快速的故障智能分析是實現(xiàn)事故情況下科學調(diào)度、盡快排除故障、恢復供電的重要手段，因此，電網(wǎng)故障智能分析的研究具有重要的現(xiàn)實意義。

1 智能分析可行性

開展電網(wǎng)故障智能分析研究的基本技術(shù)條件主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

a)220 kV及以上電壓等級保護微機化率達到100%，電網(wǎng)一次系統(tǒng)發(fā)生故障時，站端保護設備的動作信息可以通過調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)和故障信息系統(tǒng)設備上傳到調(diào)度端主站，為故障智能分析奠定了基礎。

b)變電站均配置時鐘同步裝置，便于主站系統(tǒng)通過報文時標整合故障元件相關(guān)保護設備的信息形成綜合報告，為故障智能分析提供必要條件。

c)隨著電力系統(tǒng)調(diào)度自動化水平的提高和通信技術(shù)的發(fā)展，調(diào)度自動化系統(tǒng)開展數(shù)據(jù)一體化、數(shù)據(jù)平臺一體化改造后，保護故障信息系統(tǒng)可以獲得多源的信息，尤其是近年來IEC61850、IEC61970通訊規(guī)約在電網(wǎng)中的應用，使得數(shù)據(jù)在易用性、兼容性、互操作性和可視化方面取得了突破，為電網(wǎng)故障智能分析提供了充分的技術(shù)支持。

2 智能分析實現(xiàn)目標

在電網(wǎng)發(fā)生線路故障時，故障信息系統(tǒng)主站收集線路兩端保護裝置信息，形成一個包含變電站名稱、故障線路、故障時間、斷路器編號、故障類型、故障相別、故障切除時間、重合閘動作時間、重合閘是否成功以及保護動作行為是否正確的故障分析綜合報告，以及說明故障線路下的所有二次元件的動作情況，為調(diào)度員快速判斷電網(wǎng)故障情況，做出正確的調(diào)度決策提供技術(shù)支持。

3 智能分析實現(xiàn)流程

3.1 故障記錄創(chuàng)建

故障記錄創(chuàng)建由線路保護動作事件啟動，完成將線路兩側(cè)的相關(guān)保護的報文和波形文件整合至同一故障記錄的工作，根據(jù)系統(tǒng)中關(guān)聯(lián)到該線路的所有設備信息收集相關(guān)保護裝置動作報文和波形文件，為下一步的故障分析做好預處理工作。本模塊的基礎工作是要確保線路兩側(cè)所有相關(guān)保護裝置正確關(guān)聯(lián)到該線路，保證信息收集的全面性和有效性；工作難點在于系統(tǒng)中要根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)和經(jīng)驗預設單一故障記錄波形文件時標差的范圍，還要考慮如果存在某一相關(guān)保護裝置時鐘偏離的異常情況，給出科學合理的解決措施。目前采取加入主站的接收時間為整合的另一時間條件的措施，防止由于裝置時鐘偏離造成信息收集不全的現(xiàn)象。

3.2 故障記錄相關(guān)信息的甄別處理

依據(jù)之前的預處理時所收集的故障時間完成對一次故障中的兩側(cè)保護中的所有涉及事件和波形文件的收集整合。對所收集的波形文件進行初步對比分析，根據(jù)系統(tǒng)預設邏輯，排除非本次的故障事件和波形文件，確保智能分析程序調(diào)用的事件和波形文件符合分析要求，防止在下一步的智能分析過程中造成邏輯錯誤或不能識別。本工作的難點在于如何設置科學合理的判別邏輯，確保提供給智能分析程序的時間和波形信息的全面性和正確性。.

3.3 故障記錄的智能分析

故障智能分析分為3個步驟：首先，完成線路兩側(cè)單個保護故障分析，對單個保護進行相關(guān)的故障識別工作，主要內(nèi)容為計算故障類型、計算故障切除時間、取回保護的故障測距，計算結(jié)果為線路的故障分析提供基本的分析元素；其次，分別完成線路單側(cè)變電站內(nèi)所有保護裝置的信息整合，例如兩套保護動作行為是否一致、重合閘動作行為與故障切除時間是否配合等；最后，根據(jù)系統(tǒng)框架設計綜合線路兩側(cè)變電站信息整合結(jié)果，結(jié)合系統(tǒng)計算數(shù)據(jù)，形成保護動作綜合分析報告，包括保護動作是否正確、重合閘是否成功、是否轉(zhuǎn)換性故障、最大電流、最低電壓和優(yōu)選故障測距數(shù)據(jù)等。

單個保護故障分析流程要依據(jù)故障波形判別故障相別，再結(jié)合事件信息中的保護裝置出口跳閘相別是否符合系統(tǒng)預設的保護邏輯確定該裝置動作是否正確；根據(jù)單相跳閘（三相跳閘）后是否收到重合閘出口時間信息確定重合閘是否動作；根據(jù)重合出口后是否出現(xiàn)故障電流及故障電流出現(xiàn)時間與系統(tǒng)預設邏輯的對比確定重合閘是否成功（重合否成功、直接重合于故障或重合成功后再次發(fā)生故障）；然后根據(jù)重合閘動作情況確定是否需要計算第二次故障切除時間。

線路單側(cè)變電站內(nèi)所有保護裝置的信息整合，包括同類保護波形和出口跳閘相別是否一致確定本側(cè)保護動作是否基本正確；如果線路保護投產(chǎn)較早則存在兩套重合閘同時動作的情況，還需要比較兩套重合閘裝置動作行為是否一致確定本側(cè)重合閘動作是否基本正確，如果兩套重合閘動作不一致，則需要結(jié)合線路對側(cè)兩套重合閘動作行為進行判斷；根據(jù)系統(tǒng)預設邏輯判斷重合閘動作行為與故障切除時間是否配合等。

根據(jù)系統(tǒng)框架設計綜合線路兩側(cè)變電站信息整合結(jié)果，結(jié)合系統(tǒng)計算數(shù)據(jù)，形成保護動作綜合分析報告，在單個保護動作行為基本正確的基礎上，比較線路兩側(cè)同類主保護動作行為是否一致確定保護整體動作行為是否正確；如果線路兩側(cè)距離一段都未動作則要重點核查距離保護定值或核實是否存在高阻接地的情況；對比線路兩側(cè)重合閘動作行為是否一致確定重合閘動作是否正確；根據(jù)預設邏輯對比線路兩側(cè)故障切除時間、最大電流、和最低電壓，給出綜合分析報告中的唯一數(shù)據(jù)。優(yōu)選故障測距是建立在對系統(tǒng)歷史故障情況下各種故障測距數(shù)據(jù)和人工輸入的故障查線結(jié)果的對比基礎上，以滿足兩側(cè)測距數(shù)據(jù)之和與線路全長之差小于設定值為基本條件，相關(guān)保護和雙端測距的歷史測距精度排序第一的測距數(shù)據(jù)為優(yōu)選故障測距值。

4 故障信息系統(tǒng)智能分析實例

山西省電力公司調(diào)度中心是國內(nèi)最早開展故障信息系統(tǒng)建設的網(wǎng)省調(diào)之一，山西電網(wǎng)故障信息系統(tǒng)2004年建成投運，2009年年初至2010年6月份，歷時一年半完成主站系統(tǒng)和所有子站的嵌入式改造，系統(tǒng)具備了開展智能分析系統(tǒng)投運的基本條件，2011年11月完成上線。智能分析程序上線運行后曾經(jīng)出現(xiàn)過系統(tǒng)進入死循環(huán)和保護動作綜合分析報告不完善的問題，通過對程序的不斷改進，目前系統(tǒng)運行基本正常。

5 展望

隨著智能分析程序運行時間不斷增長，各種特殊的故障發(fā)生，使得智能分析系統(tǒng)的自學習功能發(fā)揮作用，不斷提高智能分析程序的完善程度，隨著故障錄波器組網(wǎng)系統(tǒng)的完善和故障錄波器信息命名規(guī)范化工作的逐步深入開展，在具備條件的情況下，可以將故障錄波器上送調(diào)度端的信息和波形文件納入智能分析整合信息范圍，可以進一步提高綜合報告中信息的正確性和精度。