基于多源數(shù)據(jù)及多維故障診斷空間的快速智能電網(wǎng)故障診斷方案

魏聰聰，鄧祥力，賈聲昊，房劉遠(yuǎn)

(1.上海電力大學(xué) 電氣工程學(xué)院，上海 200090； 2.江蘇興力建設(shè)集團(tuán)，南京 210000； 3.貴州大學(xué) 電氣工程學(xué)院，貴陽 550025)

0 引 言

電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，監(jiān)測系統(tǒng)采集到的海量故障警報(bào)數(shù)據(jù)從本地自動裝置上送至調(diào)度中心，電網(wǎng)故障診斷需從中快速而準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)故障原因，輔助調(diào)度運(yùn)行人員及時(shí)進(jìn)行事故分析與處理，快速恢復(fù)供電，保證電網(wǎng)安全、可靠運(yùn)行。

目前，常用的電網(wǎng)故障診斷方法主要有專家系統(tǒng)[1]、數(shù)值計(jì)算分析[2]、粗糙集[3]、貝葉斯網(wǎng)絡(luò)[4]、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[5]、解析模型[6]、等。文獻(xiàn)[7]提出一種基于模型診斷的電網(wǎng)故障最優(yōu)診斷的查詢方法。該方法運(yùn)用貝葉斯理論計(jì)算候選診斷的故障概率，并查詢最大概率的候選診斷作為電網(wǎng)故障的最優(yōu)診斷。文獻(xiàn)[8]通過建立故障連接樹實(shí)現(xiàn)了故障時(shí)電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和保護(hù)知識的表達(dá)，在此基礎(chǔ)上運(yùn)用Petri網(wǎng)對故障知識進(jìn)行邏輯推理，降低了故障診斷算法的復(fù)雜度。然而，在開關(guān)量信息誤變位或丟失的情況下，它們會難以處理，即便有修正措施也會出現(xiàn)對診斷結(jié)果難以解釋的問題。文獻(xiàn)[9]通過提取各元件的故障錄波不同類型的特征值，通過對這些特征值進(jìn)行聚類來進(jìn)行故障類型的劃分。文獻(xiàn)[10]利用廣義差動原理，實(shí)現(xiàn)了僅利用故障錄波數(shù)據(jù)進(jìn)行差流計(jì)算來進(jìn)行故障元件的定位。文獻(xiàn)[11]綜合利用遙信數(shù)據(jù)和故障錄波數(shù)據(jù)，將兩者融合來進(jìn)行故障診斷，取得了良好效果。然而，由于故障錄波器型號差異、設(shè)備老舊等原因，使得調(diào)度中心側(cè)難以實(shí)現(xiàn)對所有故障錄波器接入，在故障監(jiān)視范圍內(nèi)也存在盲點(diǎn)。而且，正確性、實(shí)時(shí)性和全面性是考核在線故障診斷是否能夠滿足調(diào)度實(shí)用化要求的3個(gè)基本指標(biāo)[12]。所以，即使數(shù)據(jù)能上傳，時(shí)間也在數(shù)分鐘級，使得它們在故障診斷的實(shí)時(shí)性方面存在明顯不足。

針對以上問題，文中從故障診斷的正確性、實(shí)時(shí)性，兼顧全面性的角度，提出一種基于多源數(shù)據(jù)及多維故障診斷空間的電網(wǎng)故障診斷方法。該方法首先利用數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)(SCADA)和故障信息系統(tǒng)(FIS)中的開關(guān)量信息，將歷史故障信息庫和可預(yù)想的各種可能出現(xiàn)的故障情況統(tǒng)一整合，通過本文所提的編碼方案，將每種故障映射成與之相對應(yīng)的唯一編碼，形成故障編碼集。接著，考慮到僅用開關(guān)量作為故障診斷的數(shù)據(jù)源時(shí)，遙信信息有誤報(bào)、漏報(bào)的可能，并且開關(guān)量無法準(zhǔn)確識別故障相，文中利用采樣頻率較高的廣域量測系統(tǒng)(WAMS)對其進(jìn)行修正，從而保證診斷結(jié)果的正確性和實(shí)時(shí)性；同時(shí)，利用WAMS采樣電流來判別故障相。然后對故障編碼集打標(biāo)簽后，將其輸入PNN，構(gòu)造基于PNN的開關(guān)量分類模型。當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，經(jīng)電氣量修正后將實(shí)際遙信變位信息形成故障編碼，輸入PNN分類器即可得出初步診斷結(jié)果。最后經(jīng)過故障分析模塊，綜合兩個(gè)數(shù)據(jù)源的結(jié)果，對保護(hù)、斷路器是否正確動作進(jìn)行分析，得出最終診斷結(jié)果。

1 故障編碼集的形成

電網(wǎng)故障后，大量遙信變位數(shù)據(jù)上傳到調(diào)度中心，單個(gè)遙信數(shù)據(jù)信息量少、信息不全面，甚至還會出現(xiàn)差錯(cuò)。所以，以單個(gè)遙信數(shù)據(jù)為診斷單位難以對電網(wǎng)故障做出全面、正確的診斷。如果對相關(guān)遙信數(shù)據(jù)進(jìn)行歸類，并映射到故障診斷空間，在故障診斷空間內(nèi)分析、觀察電網(wǎng)故障，則能夠全面、快速、準(zhǔn)確的診斷出故障。不同故障類型的遙信數(shù)據(jù)通過映射后在故障診斷空間內(nèi)的分布各不相同，故障空間內(nèi)的不同點(diǎn)代表了不同的故障類型。通過對故障空間各個(gè)點(diǎn)的分類識別，可實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)故障的歸類。

1.1 故障編碼數(shù)學(xué)模型的建立

電網(wǎng)一次設(shè)備發(fā)生故障，由繼電保護(hù)檢測出故障，并跳開故障元件兩端的斷路器，切除故障元件。其設(shè)備故障到故障元件切除完整的信號流程為：設(shè)備故障->保護(hù)動作->斷路器跳閘->重合閘動作->斷路器重合->跳閘保護(hù)動作->斷路器->設(shè)備停運(yùn)。

輸電線路故障編碼的數(shù)學(xué)模型為：

Gk=(qk,pk,ok)

(1)

式中qk為故障過程字段編碼，包含的遙信時(shí)序信息為: 保護(hù)動作—斷路器跳閘—重合閘動作—斷路器合閘—保護(hù)后加速動作—斷路器跳閘；pk為保護(hù)動作字段編碼，包含的遙信信息有：故障錄波啟動信號、保護(hù)裝置故障信號、PT、CT斷線信號、雙套主保護(hù)后備保護(hù)及遠(yuǎn)跳出口信號；ok為斷路器跳閘字段編碼，包含的遙信信息為：故障發(fā)生后以重合閘為時(shí)間分界的斷路器各相位置。所以，繼電保護(hù)的不同動作行為、不同操作回路的動作行為及斷路器的不同跳合閘狀態(tài)決定了Gk的取值。Gk的取值具有唯一性，其值決定了線路的故障類型及二次設(shè)備的動作狀態(tài)。所以，通過Gk取值的不同，實(shí)現(xiàn)對線路故障及二次設(shè)備的工作狀態(tài)進(jìn)行歸類，從而實(shí)現(xiàn)對各種故障類型的診斷。由于沒有重合閘，母線編碼、變壓器和電容器只有后兩個(gè)編碼字段，為2維編碼。其編碼方式與線路類似，只是各個(gè)位的具體信號不同。例如，線路主保護(hù)動作信號對應(yīng)的具體遙信一般為光纖差動保護(hù)出口，而變壓器主保護(hù)動作信號對應(yīng)的具體遙信為變壓器差動保護(hù)出口。

1.2 遙信數(shù)據(jù)到故障空間的編碼映射

首先對遙信數(shù)據(jù)字段進(jìn)行劃分和編碼，然后再映射到多維數(shù)據(jù)空間，其映射變換為：

(2)

式中A1…An為n個(gè)故障后遙信二進(jìn)制數(shù)據(jù)矩陣；c1...cn為通過編碼后的故障編碼數(shù)據(jù)；f1...fn為n個(gè)故障編碼映射函數(shù)。

通過式(2)，即可完成遙信二進(jìn)制數(shù)到n維編碼空間(c1,...,cn)的映射，所以，利用遙信變位數(shù)據(jù)的故障診斷問題，轉(zhuǎn)換為多維空間中的樣本數(shù)據(jù)的歸類問題。為了映射到n維編碼空間，必須確定遙信二進(jìn)制數(shù)據(jù)矩陣Ai和故障編碼映射函數(shù)fi，即確定遙信二進(jìn)制數(shù)的編碼方式。

(1)遙信二進(jìn)制數(shù)據(jù)矩陣數(shù)據(jù)的確定

編碼的遙信二進(jìn)制數(shù)據(jù)矩陣Ai的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如公式(3)所示，其值均為0或1的二進(jìn)制數(shù)，由遙信變位數(shù)據(jù)確定。其中Dn為編碼所用到的關(guān)鍵遙信數(shù)據(jù)，D1到Dn為編碼不同的位，對應(yīng)著不同的遙信報(bào)警信號，不同編碼字段所對應(yīng)的遙信也有所差別。如，對于輸電線路的故障過程編碼字段，Dn包括線路差動保護(hù)動作、重合閘出口、線路后備距離保護(hù)動作、斷路器分位等。保護(hù)動作字段編碼，Dn包括輸電線路雙套主保護(hù)、雙套后備保護(hù)、雙套CT斷線、雙套遠(yuǎn)跳保護(hù)等。如果發(fā)生遙信變位，相應(yīng)位置的數(shù)據(jù)為1，沒有發(fā)生遙信變位其值為0。

(3)

按照故障后遙信變位數(shù)據(jù)信息和Ai矩陣的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，確定遙信二進(jìn)制數(shù)據(jù)矩陣Ai的數(shù)值。

(2)故障編碼映射函數(shù)的確定

映射函數(shù)采用為遙信二進(jìn)制數(shù)據(jù)矩陣分配不同的權(quán)重，然后累加求和的方式實(shí)現(xiàn)。編碼的映射函數(shù)如式(4)所示。

(4)

式中w=(20,...,2n)，為二進(jìn)制權(quán)重向量。

二進(jìn)制數(shù)據(jù)的權(quán)重表示該二進(jìn)制數(shù)據(jù)在整個(gè)編碼中重要程度，也是用來調(diào)整編碼以達(dá)到分類目的的工具。比如故障錄波標(biāo)志位是電網(wǎng)發(fā)生故障的必要條件。繼電保護(hù)動作和斷路器發(fā)生變位時(shí)，如果沒有收到故障錄波遙信數(shù)據(jù)，則可能是變電站內(nèi)部測試產(chǎn)生的頻發(fā)數(shù)據(jù)，所以故障錄波信號應(yīng)放首位并且分配更高的二進(jìn)制權(quán)重。并且其取值有信號為0，無信號為1，這樣一來，如果其為1，則此時(shí)編碼數(shù)值會很大，設(shè)為閉鎖診斷程序信號。

1.3 故障空間編碼集的求取

以電網(wǎng)中的一次設(shè)備為單位，不同的一次設(shè)備會產(chǎn)生不同的遙信變位數(shù)據(jù)集。每一個(gè)二進(jìn)制遙信數(shù)可能有0或1兩種值，所以窮舉每個(gè)一次設(shè)備故障的遙信狀態(tài)數(shù)據(jù)的組合數(shù)目會很大，對應(yīng)故障診斷空間的點(diǎn)的數(shù)目也很大。然而根據(jù)繼電保護(hù)和操作回路的動作約束，實(shí)際可能出現(xiàn)的的遙信組合有限并且可以預(yù)想。以故障過程字段編碼為例，其遙信組織方式及編碼過程如表1所示。

表1 故障過程字段編碼

將所有可能遙信組合方式經(jīng)本方案編碼后，故障過程字段、保護(hù)動作字段、斷路器跳閘字段分別有3種、26種、12種編碼，共3×26×12=936組編碼數(shù)據(jù)。保護(hù)動作字段編碼可區(qū)分雙套保護(hù)裝置的遙信信息，根據(jù)各地區(qū)的事故記錄習(xí)慣不同可靈活設(shè)置故障類別，本文以華東某地區(qū)的事故記錄習(xí)慣設(shè)置故障類型。例如，將一套和二套保護(hù)動作合并記錄，即將僅有一套主保護(hù)動作的編碼和兩套主保護(hù)同時(shí)動作時(shí)的編碼合并為一種故障類型。最終形成的故障類型如表2所示。

各個(gè)字段可以分別診斷出不同的內(nèi)容，通過不同字段診斷出的不同結(jié)果的組合，可以診斷出電網(wǎng)一次設(shè)備的不同故障類型和故障原因。各字段相互獨(dú)立，診斷結(jié)果無關(guān)，所以最終的診斷結(jié)果是各個(gè)字段診斷內(nèi)容的任意組合，共計(jì)3×6×4=72種。本方案的編碼庫和種類還可根據(jù)各站的實(shí)際故障遙信上報(bào)情況進(jìn)行學(xué)習(xí)、擴(kuò)充。

表2 各字段編碼所對應(yīng)的故障類型

2 WAMS數(shù)據(jù)對開關(guān)量信息的修補(bǔ)

針對開關(guān)量可能存在信息畸變，并且無法區(qū)分兩相、三相故障的缺陷，提出利用WAMS的電氣量信息對開關(guān)量進(jìn)行修補(bǔ)。

2.1 故障診斷啟動條件

僅由開關(guān)量做為數(shù)據(jù)源的情況下，故障診斷啟動條件一般為故障錄波啟動信號和全站事故總信號，為確保開關(guān)量信息的準(zhǔn)確性，本文引入電氣量對其進(jìn)行修正。本文采用經(jīng)典的電流突變量啟動判據(jù)[13]，啟動判據(jù)定義為：

Δf(t)=||f(t)-f(t-N)|-|f(t-N)-f(t-2N)||>1.25Immax

(5)

其中：

f(t)=

(6)

式中ia(t)、ib(t)、ic(t)分別為 a、b、c 三相電流在t時(shí)刻的瞬時(shí)值；Immax為正常運(yùn)行時(shí)最大負(fù)荷電流的幅值；N為采樣周期。

2.2 斷路器位置的判定

開關(guān)量診斷主要用到的遙信信息是斷路器位置信號和保護(hù)動作信號。其中保護(hù)動作信號一般有冗余系統(tǒng)，并且SCADA、FIS、保護(hù)信息子站的信息可以互相修正，的所以其發(fā)生畸變的概率不大。而斷路器位置信號由于沒有可參照的信息就行互補(bǔ)修正，所以其畸變的概率相對較大。而一旦其發(fā)生畸變，現(xiàn)有故障診斷系統(tǒng)就可能給出錯(cuò)誤的結(jié)果。因此，本文采用WAMS的電氣量信息對其進(jìn)行修正，從根本上解決畸變問題。

采用IEEE三機(jī)九節(jié)點(diǎn)模擬正常情況下和A相接地時(shí)斷路器拉開后靠近線路端PT的電壓波形如圖1所示。

由圖1可知，斷路器拉開后，由于對地電容的影響，線路端PT所測得的電壓短時(shí)間內(nèi)持續(xù)衰減為0，若忽略對地電容影響，實(shí)際線路電壓應(yīng)該在兩端斷路器拉開后瞬間降到0。設(shè)斷路器靠近線路一側(cè)的PMU所測得的電壓幅值量測量分別為Ua、Ub、Uc，則可建立如下判據(jù)：

Uφ

(7)

式中φ=a,b,c;Uset為電壓閾值，此處設(shè)為額定電壓的70%,即Uset=0.7Ue。當(dāng)三相中任意一相滿足式(7)，即判定斷路器為分位。計(jì)及保護(hù)動作、開關(guān)動作和重合閘動作的延時(shí)，文中取保護(hù)動作或重合閘動作信號100 ms后的一個(gè)周波內(nèi)的電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。

圖1 斷路器斷開后線路端電壓

2.3 故障相識別方法

針對開關(guān)量無法準(zhǔn)確識別故障相的缺陷，本文采用文獻(xiàn)[14]中的用WAMS電流進(jìn)行故障相識別的方法，通過對PMU采樣電流計(jì)算得出故障特征編碼，將其依次與A、B、C、D四個(gè)特征集進(jìn)行匹配，得出故障類型。兼顧全面性的同時(shí)又保障了故障診斷的實(shí)時(shí)性，并以此作為元件是否故障的標(biāo)志。

3 基于PNN的開關(guān)量診斷模型

3.1 概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)簡介

PNN具有結(jié)構(gòu)簡單，容易設(shè)計(jì)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于模式分類。其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

輸入層包括n個(gè)神經(jīng)元，其個(gè)數(shù)為輸入樣本的維數(shù)；模式層包括N個(gè)隱神經(jīng)元，對應(yīng)N個(gè)訓(xùn)練樣本；求和層包括m個(gè)隱神經(jīng)元，對應(yīng)總類別的個(gè)數(shù)；輸出層輸出求和層神經(jīng)元中后驗(yàn)概率最大者所對應(yīng)的類別。它可由1個(gè)神經(jīng)元組成，輸出輸入樣本所屬類別，也可由m個(gè)神經(jīng)元組成，每個(gè)神經(jīng)元分別對應(yīng)一種類別。連接求和層神經(jīng)元中概率最大者輸出為1，其對應(yīng)的類別即為輸入樣本所屬類別，其余神經(jīng)元輸出為0。

圖2 PNN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

每層的輸出可由式(8)～式(11)計(jì)算得出：

out_Xi=XiW

(8)

(9)

(10)

out_Y=submax(out_Sj)

(11)

其中，n為訓(xùn)練樣本維度；i=1,2,...,N為樣本個(gè)數(shù)；X為訓(xùn)練樣本；W為權(quán)值矩陣；Z為待分類的輸入樣本；σ為平滑系數(shù)；j=1,2,...,m為樣本種類;v=1,2,...,Li,Li為類別j的訓(xùn)練樣本數(shù)tj為訓(xùn)練樣本中屬于第j類的樣本個(gè)數(shù)，sub函數(shù)表示取對應(yīng)的下標(biāo)。

3.2 PNN分類器的構(gòu)造

以1.3節(jié)所形成的936組編碼為數(shù)據(jù)樣本，訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)模型。為體現(xiàn)本方法的容錯(cuò)性，不以全部故障編碼集作為訓(xùn)練樣本，而是選其中每類故障的幾個(gè)數(shù)據(jù)作為測試樣本，用以正明只要一種故障經(jīng)過編碼后落到其對應(yīng)的編碼域中，即可實(shí)現(xiàn)正確診斷。即以其中836組數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練樣本，其余100組數(shù)據(jù)作為測試樣本。設(shè)PNN的網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)輸出向量Y=[1 2……m]T，本文中m=72，即1.3節(jié)所得到的72種故障類型。設(shè)PNN的輸入矩陣為G，如式(12)所示:

(12)

式中G為3×n矩陣，即n個(gè)3維編碼Gk，各個(gè)編碼的形成方式已在第1章介紹過。

模型訓(xùn)練流程如圖3所示。首先通過故障編碼技術(shù)將遙信轉(zhuǎn)換為空間編碼，并對各字段編碼進(jìn)行標(biāo)簽，然后將三維故障編碼輸入PNN訓(xùn)練分類模型，精度不達(dá)標(biāo)則調(diào)整權(quán)值矩陣W，直到達(dá)到識別精度，完成訓(xùn)練模型。

圖3 基于PNN的故障診斷流程圖

3.3 分類結(jié)果分析

在故障診斷空間內(nèi)，各編碼向量之間的距離越大，容錯(cuò)能力越強(qiáng)，越容易分類。所以，通過以上準(zhǔn)則調(diào)整權(quán)值矩陣W，改變故障診斷空間中映射編碼值的位置，使得不同種類的各映射編碼值之間的距離盡量大。

調(diào)整編碼權(quán)值過程中測試數(shù)據(jù)誤分率如圖4所示，調(diào)整前后測試結(jié)果對比如圖5所示，其中星號表示標(biāo)準(zhǔn)故障類型，三角表示實(shí)際分到的故障類型。由圖可見，根據(jù)編碼距離的不同，分類效果也有明顯差別，并且根據(jù)多次實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，不同種類間距離越大，分類效果越好，最終調(diào)整完距離后，可實(shí)現(xiàn)分類準(zhǔn)確性100%。

圖4 測試數(shù)據(jù)誤分率

圖5 PNN測試結(jié)果圖

4 基于多源數(shù)據(jù)的快速智能診斷方案

4.1 故障分析模塊的設(shè)計(jì)

故障分析模塊可對保護(hù)和斷路器信息畸變、拒動、誤動情況進(jìn)行分析。其分析流程如圖6所示。

圖6 故障分析流程圖

圖6中從開始框圖隨箭頭方向指向矩形框圖為一條邏輯路徑，共10條路徑已標(biāo)在圖中。因?yàn)閿嗦菲魑恢眯畔⒖捎呻姎饬窟M(jìn)行修正，SCADA中的保護(hù)動作信息由FIS進(jìn)行修正，這個(gè)過程可以在數(shù)據(jù)輸入故障分析模塊之前完成，所以此處認(rèn)為它們的信息是準(zhǔn)確的。因此，圖中的元件是否故障以故障相判別程序是否有輸出為準(zhǔn)，保護(hù)是否動作以是否收到保護(hù)動作信息為準(zhǔn)，開關(guān)是否動作以電氣量修正結(jié)果為準(zhǔn)。結(jié)合下圖故障分析模塊分析出的保護(hù)誤動、拒動，開關(guān)誤動、拒動等情況，所有的非正常情況均可分析。需指出的是，當(dāng)發(fā)生保護(hù)拒動時(shí)，需搜索相鄰線路后備保護(hù)是否動作切除故障，單獨(dú)做一個(gè)子程序輸出搜索結(jié)果，以供路徑1、路徑4、路徑5、路徑10利用其結(jié)果進(jìn)行邏輯判斷。

4.2 故障診斷流程

本文所提的故障編碼方案，通過調(diào)整編碼可以做到包含所有保護(hù)和斷路器均正常動作的情況下的故障識別，此時(shí)，由開關(guān)量診斷程序和電氣量的故障相判斷程序即可得出完整的故障診斷結(jié)果。但當(dāng)發(fā)生保護(hù)或斷路器誤動、拒動等情況時(shí)，開關(guān)量診斷程序可能出現(xiàn)無法輸出診斷結(jié)果或輸出錯(cuò)誤結(jié)果的情況，此時(shí)令開關(guān)量診斷程序分字段輸出診斷結(jié)果，然后由故障分析模塊分析誤動、拒動情況，綜合輸出最終診斷結(jié)果。完整的故障診斷流程如圖7所示。

圖7 基于多源信息的故障診斷流程圖

5 故障案例分析

發(fā)生故障時(shí)，WAMS可得到各個(gè)測點(diǎn)的電壓、電流波形，PMU采樣頻率為1 000 Hz。

算例1。以華東某500 kV線路發(fā)生的實(shí)際故障為例，故障發(fā)生前該線路接線示意圖如圖8所示。

圖8 電網(wǎng)局部接線圖

某日18：09該線路發(fā)生A相接地故障后，兩側(cè)主保護(hù)動作跳開線路A相，然后重合閘動作，重合成功。線路兩側(cè)收到的遙信信息如表3所示。故障時(shí)，5042、5043開關(guān)靠近線路側(cè)的PMU記錄的相電壓、電流波形如圖9所示。

表3 線路兩端SOE報(bào)警信息

圖9 故障電流、電壓波形

若直接由開關(guān)量進(jìn)行診斷，由于A電廠缺失故障錄波啟動信號和事故總信號，診斷程序?qū)o法啟動。故障時(shí)刻為600 ms，故障啟動算法在604 ms時(shí)計(jì)算結(jié)果為Δf(t)=1.57 kA，滿足式(5)的設(shè)定值，故啟動故障診斷程序，其故障編碼為(384，768，2304)。B變電站由于缺少開關(guān)分位信號，僅由開關(guān)量程序也無法進(jìn)行診斷。取圖9(b)中保護(hù)動作100 ms后的一個(gè)周波內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算得，Ub=148.57 kV，Uc=140.27 kV，均滿足式(7)，故可判斷開關(guān)位置應(yīng)為分位，斷路器分位遙信信息丟失。修正后的編碼為(384，768，2304)。

將兩個(gè)站的編碼分別輸入PNN分類器后，輸出類別都為49，對應(yīng)故障類型為“瞬時(shí)故障、重合成功；主保護(hù)動作，本線路故障；A相故障”。故障相判別程序的特征值集合A的計(jì)算結(jié)果為(1，1，0，0，0，0)，對應(yīng)故障類型為A相接地故障。故障分析模塊經(jīng)過第9條分析路徑，輸出結(jié)果為“正確動作”。最后，本次診斷綜合輸出結(jié)果如表4所示。

由表4可以看出本方案診斷結(jié)果詳細(xì)、準(zhǔn)確。

算例2。取南方電網(wǎng)某處的實(shí)際故障案例進(jìn)行診斷[15]，如圖10所示。

初始故障點(diǎn)在線路L1上，由于保護(hù)拒動、誤動等原因造成連鎖故障，最終導(dǎo)致6條線路跳閘，一個(gè)發(fā)電廠解列。事故實(shí)際發(fā)展過程描述如下：

(1)線路L1發(fā)生A、C兩相接地短路，S5側(cè)零序 I段、高頻、距離保護(hù)同時(shí)動作，CB1跳閘；

表4 診斷結(jié)果

圖10 電網(wǎng)局部接線圖

(2)線路L1的S1側(cè)保護(hù)拒動，斷路器未跳，造成線路L2的S8側(cè)的零序 IV段保護(hù)動作跳開CB7；

(3)線路L4兩側(cè)零序 IV段誤動跳開CB3、CB4；

(4)線路L6、L7保護(hù)拒動，導(dǎo)致1～4號主變壓器低壓過流保護(hù)動作，CB01～ CB04斷路器跳閘；

(5)線路L8保護(hù)拒動，造成線路L11的P3側(cè)零序 IV段保護(hù)動作，CB24跳閘，線路L12兩側(cè)零序 IV段保護(hù)動作，CB17、CB18跳閘。

(6)線路L5的S11側(cè)高頻保護(hù)誤動，CB16跳閘。

上述故障過程中各廠站均有事故總信號，但均沒有重合閘信號。根據(jù)各個(gè)廠站的故障數(shù)據(jù)，以廠站為單位，分別對站內(nèi)各個(gè)元件進(jìn)行診斷。將所有故障數(shù)據(jù)輸入診斷程序后，僅有線路L1的故障相判別程序的計(jì)算結(jié)果與特征集C相匹配，為(0，0，0，1，1，1，0，0，0)，代表A、C兩相接地故障。而S1無保護(hù)動作信息，線路L1在S1端的故障分析模塊經(jīng)路徑7輸出結(jié)果“保護(hù)拒動”，從而觸發(fā)圖6中“是否有相鄰元件拒動”搜索條件，經(jīng)路徑10可得出線路L6、L7、L8后備保護(hù)拒動。其他元件分析結(jié)果均可由圖6的邏輯分析路徑得出，不在贅述。由于故障區(qū)域?yàn)?20 kV及以下電壓等級，故斷路器跳閘字段編碼為空，例如，線路L1在S1端的故障編碼為(192，864，)，開關(guān)量診斷程序啟動“分字段輸出”模式。各個(gè)元件的綜合診斷結(jié)果如表5所示。

表5 綜合診斷結(jié)果

由表5可見，本文所提故障診斷方案在處理多重復(fù)雜故障時(shí)，診斷結(jié)果詳細(xì)、準(zhǔn)確、全面。尤其在涉及誤動拒動時(shí)，故障分析模塊可清晰呈現(xiàn)故障發(fā)展過程，為調(diào)度員準(zhǔn)確判斷故障，及時(shí)采取措施進(jìn)行故障處理提供了極大幫助。

6 結(jié)束語

本文首先提出一套基于開關(guān)量的故障編碼方案，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)造PNN分類器對故障進(jìn)行分類。對于遙信可能存在誤報(bào)、漏報(bào)的問題，提出利用WAMS的電氣量信息進(jìn)行修正。并針對僅用開關(guān)量有時(shí)無法判別故障相的缺陷，提出利用WAMS的采樣電流進(jìn)行故障相判斷。最后構(gòu)造了故障診斷模塊對多源故障數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析。理論分析表明本方案可處理包括信息畸變，保護(hù)或斷路器誤動、拒動等復(fù)雜情況在內(nèi)的多種故障情況，并且本文故障編碼方案還可輸出裝置故障、PT、CT斷線等告警信號，對故障進(jìn)行快速，準(zhǔn)確，全面地診斷，可滿足調(diào)度實(shí)用化要求。