變電站繼電保護(hù)二次回路故障診斷流程探究

國(guó)網(wǎng)吉林省電力有限公司吉林供電公司 王芳晴

1 引言

研究中，相關(guān)工作人員基于繼電保護(hù)二次回路故障特點(diǎn)，引入D-S 證據(jù)理論，對(duì)現(xiàn)有的二次回路故障診斷模型進(jìn)行優(yōu)化。通過D-S 理論對(duì)可能產(chǎn)生故障的組件進(jìn)行匯總，并評(píng)估該集合中每一種原件誘發(fā)二次回路故障的概率，通過這種方式解決故障評(píng)估證據(jù)源之間可能存在的矛盾，避免二次回路故障診斷系統(tǒng)作出明顯錯(cuò)誤的判斷。

2 二次回路模型

2.1 SCD 文件

該文件作為變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)重要的配置文件，其包含了ExtRef 元素，能夠全面描述二次回路各項(xiàng)信息，ExtRef 字段詳見表1。

表1 ExtRef 字段

由表1可知，SCD 文件中記錄的各項(xiàng)內(nèi)容，令二次回路狀態(tài)信息以更具可視化的方式展示在工作人員面前。但是該文件存在一定的缺陷，即ExtRef信息只能記錄二次回路組件之間的連接關(guān)系，并不具備物理連接鏈路以及虛回路端口信息[1]。

2.2 二次回路模型設(shè)計(jì)

為解決SCD 文件無法描述物理連接鏈路以及虛回路端口信息這一問題，研究人員嘗試構(gòu)建二次回路物理鏈路以及虛回路模型，基于兩種模型之間的映射關(guān)系，實(shí)現(xiàn)物理鏈路與虛回路之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。

本次研究中，工作人員引入《IEC61840-6》中的PhysConn 元素構(gòu)建二次回路物理鏈路模型，該模型中包含了四種不同的字段表示字符串，分別為Port、Plug、Type 以及Cable。二次回路實(shí)際運(yùn)行過程中，如果PhysConn 元素與Cable 字符串的內(nèi)容一致，則表示該系統(tǒng)中物理鏈路端口之間使用光纖進(jìn)行連接。PhysConn 元素具有的特點(diǎn)包括：一是Port 字段內(nèi)容格式為“卡號(hào)-端口號(hào)”；二是ExtRef 字符串主要記錄表述二次回路物理端口的標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)，在物理鏈路與虛回路映射組合中，使用“：”將二者隔開。

2.3 建立物理鏈路與虛回路映射關(guān)系

變電站繼電保護(hù)二次回路物理鏈路與虛回路之間建立映射關(guān)系主要分為三種情況：第一，研究人員基于SCD 文件中的鏈路端口表，建立與虛回路的映射關(guān)系。通過分析ExtRef 元素可以確定該映射關(guān)系中的Port 以及Cable 字符串中記錄的物理端口表示，并將其與光纖表示進(jìn)行比對(duì)。例如，某變電站母線保護(hù)裝置P1與二次回路交換機(jī)SW1的Port[2]。某變電站母線保護(hù)裝置物理鏈路端口信息詳見表2。

表2 某變電站母線保護(hù)裝置物理鏈路端口信息

分析表2可以發(fā)現(xiàn)，P1的X端口與Y端口，與光纖L11相連，而交換機(jī)SW1的Z 端口則與光纖L10連，利用L11與L10兩根光纖，實(shí)現(xiàn)了母線保護(hù)裝置與交換機(jī)之間的映射。第二，遍歷故障系統(tǒng)中的物理鏈路端口，并標(biāo)記與之對(duì)應(yīng)的光纖線路，進(jìn)而形成回路。第三，基于SCD 文件中的intAddr 字符串，系統(tǒng)可以自動(dòng)獲得物理鏈路回路與虛回路之間的映射關(guān)系。該系統(tǒng)中，每一個(gè)虛回路端口都有與之對(duì)應(yīng)的intAddr 物理端口。只需要查詢intAddr 物理端口基本信息，就可以建立虛回路與物理回路之間的映射關(guān)系。

3 二次回路故障診斷流程分析

變電站繼電保護(hù)二次回路故障診斷的流程主要分為3個(gè)步驟：一是對(duì)收集到的SCD 數(shù)據(jù)進(jìn)行初始化解析，創(chuàng)建物理鏈路表格與虛回路表格，在兩種表格之間形成映射，創(chuàng)建故障檢測(cè)鏈路舉證表。二是判斷變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)是否存在故障，若判斷結(jié)果為“否”，則根據(jù)設(shè)定的時(shí)間對(duì)繼電保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行周期性檢測(cè)，如果判斷結(jié)果為“是”，則進(jìn)入下一步驟。三是基舉證表以及虛回路表相關(guān)內(nèi)容，遍歷SCD 文件，鎖定可能導(dǎo)致故障的可疑組件。

3.1 D-S 證據(jù)理論介紹

本文所使用的D-S 證據(jù)理論經(jīng)過了一定的改良，如果將傳統(tǒng)的D-S 理論直接用于二次回路故障診斷系統(tǒng)，可能會(huì)出現(xiàn)證據(jù)矛盾現(xiàn)象。針對(duì)這一情況，研究人員在深入了解繼電保護(hù)二次回路組件自檢警告數(shù)據(jù)源特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，對(duì)D-S 證據(jù)理論進(jìn)行改良[3]。

研究人員假設(shè)有m1,m2,…mn個(gè)故障證據(jù)源，當(dāng)證據(jù)源im與mj發(fā)生沖突時(shí)，其沖突值標(biāo)記為kij，且kij的計(jì)算式為：

式（1）中，Ax與Ay均為正聚源對(duì)應(yīng)的可能故障組件。可信度ε的計(jì)算式為：

式（2）中ε與kij的平均值為反比例關(guān)系，ε的數(shù)值越低，表示兩種證據(jù)源之間的矛盾越明顯?；谑剑?）、式（2），制訂了新的合成規(guī)則計(jì)算方法：

式（3）中，k表示沖突因子，其數(shù)值越大表示兩個(gè)證據(jù)源之間的沖突越明顯；q(A)為針對(duì)結(jié)論(A)的平均支持度，m(A)為(A)的證據(jù)合成結(jié)果。實(shí)際進(jìn)行故障檢驗(yàn)時(shí)，如果沖突因子較小，則基于p(A)判斷m(A)的大小。反之，需要通過k×ε×q(A)來判斷m(A)的大小。與傳統(tǒng)D-S 證據(jù)理論相比，經(jīng)過改進(jìn)的D-S 證據(jù)理論能夠?qū)㈩A(yù)估故障組件集合中矛盾較為明顯的概率幅值為X，將矛盾明顯的證據(jù)排除在結(jié)論推導(dǎo)邏輯之外，通過這種方式對(duì)舉證表部分進(jìn)行更為科學(xué)的限定[4]。與原D-S 證據(jù)理論相比，改進(jìn)型D-S 證據(jù)理論對(duì)于正聚源的利用效率更高。

3.2 組件自檢報(bào)警記錄表

本次研究中，相關(guān)工作人員綜合二次回路元件報(bào)警記錄表、變電站日常巡檢臺(tái)賬、二次設(shè)備臺(tái)賬表等資料，繪制可疑組件自檢報(bào)警記錄表模型詳見表3。

表3 可疑組件自檢報(bào)警記錄表模型

利用“變電站繼電保護(hù)ID”“二次回路ID”等數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)不同類型數(shù)據(jù)之間的互聯(lián)互通，提高數(shù)據(jù)匹配以及自檢效果。

3.3 BPA 計(jì)算流程

根據(jù)D-S 證據(jù)理論以及自檢報(bào)警記錄表，研究人員對(duì)變電站繼電保護(hù)二次回路中各種可能引發(fā)故障的組件（正聚源）進(jìn)行BPA 計(jì)算，BPA 計(jì)算流程圖如圖1所示。

圖1 BPA 計(jì)算流程

BPA 計(jì)算主要分為三個(gè)步驟：一是當(dāng)繼電保護(hù)二次回路發(fā)生故障后，故障判斷系統(tǒng)從綜合信息數(shù)據(jù)庫中抽調(diào)組件自檢報(bào)警記錄表。二是系統(tǒng)自動(dòng)檢索可疑組件集合，并調(diào)閱可疑組件造成二次回路故障具體次數(shù)。三是統(tǒng)計(jì)某組件導(dǎo)致繼電保護(hù)二次回路出現(xiàn)故障的次數(shù)，并計(jì)算該組件BPA 量化數(shù)據(jù)，其計(jì)算式為：

基于式（4），該系統(tǒng)可以自動(dòng)統(tǒng)計(jì)每一個(gè)可疑組件（證據(jù)源）BPA 數(shù)值，根據(jù)數(shù)值的大小判斷不同的可疑組件能夠引發(fā)二次回路故障的概率[5]。

4 算例分析

為了印證該故障判斷流程的有效性，研究人員以某變電站為例，為該變電站繼電保護(hù)二次回路搭配該故障檢測(cè)系統(tǒng)。該變電站繼電保護(hù)二次回路組件集合為：{MU、MU.1-A MU.1-B MU.2-A P1.1-A P3.1-A L1L2L3L5}故障檢測(cè)系統(tǒng)遍歷可疑組件集合，共篩選出25條故障記錄，其中部分故障記錄詳見表4。

表4 某變電站繼電保護(hù)二次回路部分故障記錄

根據(jù)表4記錄的故障數(shù)據(jù)，將各故障數(shù)據(jù)源代入{MU、MU.1-A MU.1-B MU.2-A P1.1-A P3.1-A L1L2L3L5} 集合中并進(jìn)行BPA 計(jì)算。

故障證據(jù)源BPA 數(shù)據(jù)如圖2所示。

圖2 故障證據(jù)源BPA 數(shù)據(jù)

由圖2可知，該變電站繼電保護(hù)二次回路25次故障中，MU 組件故障概率最高，表明該組件自身的故障，有很大概率導(dǎo)致切換開關(guān)以及低壓熔斷器失效。因此，相關(guān)運(yùn)維人員針對(duì)MU 組件進(jìn)行重點(diǎn)檢測(cè)，降低二次回路故障概率。

5 結(jié)語

繼電保護(hù)裝置作為維持變電站穩(wěn)定運(yùn)行的重要設(shè)備，一旦發(fā)生故障，會(huì)對(duì)整個(gè)變電站的安全造成威脅。研究人員針對(duì)繼電保護(hù)二次回路，設(shè)計(jì)了一整套故障診斷系統(tǒng)，基于二次回路模型以及物理鏈路回路與虛回路映射關(guān)系，設(shè)計(jì)二次回路故障診斷框架，并將改進(jìn)型D-S 證據(jù)理論引入該模型，利用BPA 算法計(jì)算可疑故障組件集合內(nèi)每一種元件可能誘發(fā)二次回路故障的概率，并對(duì)概率較高的組件進(jìn)行針對(duì)性強(qiáng)化，通過這種方式提高二次回路故障診斷效率與針對(duì)性，為保障變電站穩(wěn)定運(yùn)行提供基礎(chǔ)支持。