基于多源信息的數(shù)字式繼電保護(hù)裝置隱性故障檢測

摘 要：【目的】當(dāng)前數(shù)字式繼電保護(hù)裝置隱性故障檢測節(jié)點布設(shè)形式以獨立設(shè)置為主，故障檢測范圍受到限制，導(dǎo)致后期誤動識別次數(shù)下降，為此提出基于多源信息的數(shù)字式繼電保護(hù)裝置隱性故障檢測方法?！痉椒ā扛鶕?jù)測試需求，采用網(wǎng)格式的部署結(jié)構(gòu)布設(shè)檢測節(jié)點，打破故障檢測范圍的限制，并對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計多源信息繼電保護(hù)裝置隱性故障檢測模型，并采用差動量核驗的方式來實現(xiàn)隱性故障檢測處理?！窘Y(jié)果】測試結(jié)果表明，針對選定的4個測試區(qū)域，結(jié)合線路1、線路2和線路3的運行狀態(tài)，對其進(jìn)行隱性故障的檢測，最終得出的誤動識別次數(shù)均可以達(dá)到15次以上?！窘Y(jié)論】基于多源信息的輔助和支持下設(shè)計的隱性故障檢測方法更加高效、靈活、穩(wěn)定，針對性明顯提高，具有實際的應(yīng)用價值，實現(xiàn)了故障檢測形式的創(chuàng)新。

關(guān)鍵詞：多源信息；數(shù)字式繼電保護(hù)；故障檢測；繼電保護(hù)裝置

中圖分類號：TN726 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1003-5168（2024）15-0004-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2024.15.001

Hidden Fault Detection of Digital Relay Protection Devices Based on Multi-Source Information

JIN Wanglei CHEN Jia LYU Yanbo YANG Zhongzhe

（State Grid Shanghai Fengxian Power Supply Company，Shanghai 201499， China）

Abstract：[Purposes] The current layout of hidden fault detection nodes in digital relay protection devices is mainly independent， and the fault detection range is limited， resulting in a decrease in the number of misoperation identification in the later stage. Therefore， a digital relay protection device hidden fault detection method based on multi-source information is proposed.[Methods] Firstly， based on the current testing requirements， a network format deployment structure is adopted to deploy detection nodes， breaking the limitations of fault detection scope， and preprocessing the collected data. Then， based on this， a hidden fault detection model for multi-source information relay protection devices is designed， and differential verification is used to achieve hidden fault detection and processing.[Findings] The test results show that for the selected four test areas， combined with the operating status of Line 1， Line 2， and Line 3， hidden fault detection can be carried out， and the final misoperation identification frequency can reach more than 15 times.[Conclusions] With the assistance and support of multiple sources of information， the designed hidden fault detection method is more efficient， flexible， and stable， and has significantly improved pertinence， which has practical application significance， achieving innovation in the form of fault detection.

Keywords： multi source information; digital relay protection; fault detection; relay protection device

0 引言

數(shù)字式繼電保護(hù)裝置的綜合應(yīng)用有助于電力系統(tǒng)的不斷完善，確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。然而，在實際的應(yīng)用中，繼電保護(hù)裝置可能會因各種原因而出現(xiàn)隱性故障，若不及時進(jìn)行檢測和處理，極有可能造成隱性故障范圍擴(kuò)大，進(jìn)而導(dǎo)致設(shè)備后期的運行難以控制，埋下安全隱患［1］。此外，隱性故障的點位一般較為分散，識別較為困難，這也是影響最終故障監(jiān)測結(jié)果不精準(zhǔn)的關(guān)鍵因素之一［2］。

為解決上述問題，本研究提出了基于多源信息的數(shù)字式繼電保護(hù)裝置隱性故障檢測方法。所謂多源信息，指的是不同來源、不同類型、不同精度的信息，其中包括繼電保護(hù)裝置運行狀態(tài)和電網(wǎng)運行狀況的電流、電壓等電氣量的測量數(shù)據(jù)信息［3］。針對繼電保護(hù)裝置隱性故障的特征，結(jié)合采集的多源數(shù)據(jù)，設(shè)計更加靈活、多變的故障檢測結(jié)構(gòu)，從故障點位、覆蓋范圍、運行狀態(tài)等多方面展開檢測，實現(xiàn)對電網(wǎng)故障的快速識別和準(zhǔn)確定位［4］。此外，多源信息在一定程度上還可以進(jìn)一步反映繼電保護(hù)裝置的實際故障狀態(tài)，不斷縮小故障檢測范圍，從而構(gòu)建一個穩(wěn)定、安全的監(jiān)測環(huán)境，推動相關(guān)行業(yè)與技術(shù)邁入一個新的發(fā)展階段［5］。

1 數(shù)字式繼電保護(hù)裝置多源信息隱性故障檢測方法

1.1 檢測節(jié)點網(wǎng)格式部署和數(shù)據(jù)預(yù)處理

不同于傳統(tǒng)的節(jié)點設(shè)定方式，交叉部署的覆蓋范圍更大、針對性更強，在復(fù)雜的電力環(huán)境下，可以實現(xiàn)多源數(shù)據(jù)的采集和傳輸，并進(jìn)行數(shù)據(jù)的預(yù)處理［6］。在電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置的不同位置和層級上進(jìn)行點位標(biāo)定，采用網(wǎng)格式的布設(shè)方式，將基礎(chǔ)的檢測節(jié)點逐一設(shè)置在各個點位上［7］。具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

結(jié)合圖1，實現(xiàn)對網(wǎng)格式檢測節(jié)點的部署。通過該部署方式，調(diào)整節(jié)點的執(zhí)行參數(shù)和應(yīng)用設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的采集，經(jīng)匯總整合之后，以待后續(xù)使用。該部分的數(shù)據(jù)預(yù)處理需要先對繼電保護(hù)裝置的日常運行數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，標(biāo)定好正常數(shù)據(jù)和異常數(shù)據(jù)，在消除噪聲和干擾之后，進(jìn)行修正與調(diào)整，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。需要注意的是，在進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理時，應(yīng)結(jié)合隱性故障的發(fā)生情況，計算出故障特征值，見式（1）。

[L=S+（1-γ2）] （1）

式中：[L]為故障特征值；[S]為檢測區(qū)域；[γ]為異常差。

結(jié)合當(dāng)前測定，將得出的特征值作為故障檢測的標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建后期的檢測條件。

1.2 多源信息繼電保護(hù)裝置隱性故障檢測模型的設(shè)計

結(jié)合多源信息的輔助條件，設(shè)計繼電保護(hù)裝置隱性故障檢測模型。首先，確定隱性故障的特征信息，實現(xiàn)信息的分類融合；其次，結(jié)合得出的隱性故障特征值，建立故障檢測模型。具體的執(zhí)行流程如圖2所示。

結(jié)合圖2，實現(xiàn)對多源信息繼電保護(hù)隱性故障檢測模型流程的設(shè)計與執(zhí)行。將特征作為引導(dǎo)，在不同的周期范圍內(nèi)，進(jìn)行隱性故障特征的定向識別。與此同時，結(jié)合采集的多源信息，分析當(dāng)前繼電保護(hù)裝置的持續(xù)性運行狀態(tài)。綜合獲取的多源信息，構(gòu)建模型的表達(dá)式，見式（2）。

[J=ε×rd1-（a+1）+d2] （2）

式中：[J]為模型輸出檢測結(jié)果；[ε]為隱性故障覆蓋位置；[r]為網(wǎng)格檢測范圍；[a]為異常信息轉(zhuǎn)換差值；[d1]和[d2]分別為初始識別區(qū)域和實際識別區(qū)域。

對模型輸出的結(jié)果進(jìn)行比對驗證，并利用歷史數(shù)據(jù)和故障案例來訓(xùn)練檢測模型，通過交叉驗證來評估模型的性能和穩(wěn)定性，確保其對隱性故障具有較高的檢測率。

1.3 差動量核驗

差動量核驗是一種在繼電保護(hù)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的隱性故障檢測處理方法。其核心思想是通過對電流或電壓等電氣量的差動分析來識別保護(hù)裝置及其相關(guān)回路中可能存在的隱性故障。首先，設(shè)定一個合理的差動閾值。閾值標(biāo)準(zhǔn)的制定通?；谡＿\行狀態(tài)下電流或電壓的波動范圍來設(shè)定，這樣可以確保在正常運行時不會誤判為故障。其次，將差動值和閾值設(shè)定為警告觸發(fā)的限制標(biāo)準(zhǔn)。并對差動信號進(jìn)行預(yù)處理，通過對比差動信號來二次核驗隱性故障檢測模型輸出結(jié)果的真實性與可靠性。差動量核驗與初始的核驗邏輯相關(guān)聯(lián)，不僅擴(kuò)大了故障檢測范圍，而且避免了單一保護(hù)邏輯可能存在的誤判或漏判，確保了電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行。

2 實驗

該試驗主要是對本研究所提方法的實際應(yīng)用效果進(jìn)行分析與驗證?？紤]到最終測試結(jié)果的真實性與可靠性，采用對比的方式展開分析，選定G電站作為測試的主要目標(biāo)對象。在多源信息的引導(dǎo)下，利用專業(yè)的設(shè)備進(jìn)行基礎(chǔ)繼電保護(hù)裝置運行數(shù)據(jù)和信息的采集，經(jīng)匯總整合之后，以待后續(xù)使用。接下來，基于實際的測定需求，進(jìn)行初始測試環(huán)境的搭建。

2.1 實驗準(zhǔn)備

結(jié)合多源信息的測試條件，搭建數(shù)字式繼電保護(hù)裝置隱性故障檢測環(huán)境。首先，在G電站中標(biāo)定出繼電保護(hù)裝置的具體位置，并將其覆蓋控制的范圍按照點位標(biāo)定的方式進(jìn)行劃分處理。在每一個區(qū)域設(shè)置一定數(shù)量的監(jiān)測節(jié)點，節(jié)點之間需要建立一定的傳輸和關(guān)聯(lián)信道，形成循環(huán)式的監(jiān)測環(huán)境，便于后續(xù)異常數(shù)據(jù)的獲取和采集。其次，在繼電保護(hù)裝置中接入傳感器，并與節(jié)點連接，增加對隱性故障的識別檢測范圍。最后，預(yù)設(shè)一種虛擬的隱性故障指令Q，作為此次測試的檢測目標(biāo)。隱性故障的線路設(shè)計如圖3所示。

結(jié)合圖3，實現(xiàn)對Q虛擬仿真隱性故障線路的設(shè)計與執(zhí)行。將預(yù)設(shè)的隱性故障在測試中執(zhí)行，作為故障檢測的捕捉目標(biāo)。為確保隱性故障的檢測效率，設(shè)定輔助測試指標(biāo)與數(shù)值，見表1。

結(jié)合表1，完成對輔助測試指標(biāo)與數(shù)值的設(shè)定?；诙嘣葱畔⒌臋z測條件，采集獲取不同區(qū)域內(nèi)的繼電保護(hù)裝置運行時的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和信息。至此，實現(xiàn)對隱性故障檢測環(huán)境的設(shè)定。

2.2 實驗過程及結(jié)果分析

在上述搭建的測試環(huán)境中，結(jié)合多源信息的輔助條件，對G電站的數(shù)字式繼電保護(hù)裝置隱性故障檢測方法進(jìn)行測定。3個線路之間的運行狀態(tài)和情況均不相同，此時可以將指令導(dǎo)入測試系統(tǒng)之中，建立對應(yīng)的執(zhí)行聯(lián)系。當(dāng)繼電保護(hù)裝置運行時，結(jié)合多源信息原則，設(shè)定3個對應(yīng)的周期，采集數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行對比分析，計算電流的平均值，見式（3）。

[F=（m+n2×1q）-y=1ny] （3）

式中：[F]為繼電保護(hù)裝置周期運行電流的平均值；[m]為傳感范圍；[n]為識別重疊位置；[q]為基礎(chǔ)識別頻率；[y]為隱性故障檢測次數(shù)。

結(jié)合當(dāng)前測定，將計算得出的電流平均值設(shè)定為檢測標(biāo)準(zhǔn)，對線路1～線路3的故障環(huán)境進(jìn)行捕捉，如圖4所示。

結(jié)合圖4，實現(xiàn)對線路1～線路3隱性故障的捕捉處理。當(dāng)前，結(jié)合隱性故障信號的采集和點位的標(biāo)定，針對選定的4個測試區(qū)域，測定出隱性故障的誤動識別次數(shù)，見式（4）。

[H=π2-e=1? e-w] （4）

式中：[H]為誤動識別次數(shù)；[π]為可識別檢測區(qū)域；[?]為異常傳感單元區(qū)域；[e]為檢測頻率；[w]為重疊范圍。

對上述測定的結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行比對分析，見表2。

結(jié)合表2，實現(xiàn)對測試結(jié)果的分析。針對選定的4個測試區(qū)域，結(jié)合線路1、線路2和線路3的運行狀態(tài)，對其進(jìn)行隱性故障的檢測。最終得出的誤動識別次數(shù)均可以達(dá)到15次以上，表明在多源信息的輔助和支持下，本研究所設(shè)計的隱性故障檢測方法更加高效、靈活、穩(wěn)定，針對性明顯提高，具有實際的應(yīng)用意義，實現(xiàn)了故障檢測形式的創(chuàng)新。

3 結(jié)語

通過多源信息的融合與輔助，并搭配傳感器進(jìn)行監(jiān)測，可以在出現(xiàn)異常情況的第一時間就對故障位置做出標(biāo)定。在這個過程中，通過信號處理與機(jī)器學(xué)習(xí)算法，實現(xiàn)了對隱性故障更加全面、精準(zhǔn)的識別。在此基礎(chǔ)之上，隱性故障的檢測應(yīng)用還可以顯著提高電力系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性，減少安全事故的發(fā)生，降低經(jīng)濟(jì)損失，為電力行業(yè)的安全運行作出貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

［1］朱林.基于模糊支持向量機(jī)的智能站繼電保護(hù)設(shè)備隱性故障檢測方法［J］.計算技術(shù)與自動化，2023，42（4）：53-58.

［2］余光海.基于殘差決策的主網(wǎng)繼電保護(hù)隱性故障檢測［J］.電子設(shè)計工程，2022，30（21）：109-112，117.

［3］周海成，王宏鋒，李佳，等.基于多源信息的繼電保護(hù)隱性故障智能分析系統(tǒng)［J］.微型電腦應(yīng)用，2023，39（3）：79-82.

［4］楊鵬杰，張克宇，徐宇，等.繼電保護(hù)和安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)隱性故障分析［J］.電氣技術(shù)與經(jīng)濟(jì)，2023（7）：294，306.

［5］寇俊杰.繼電保護(hù)裝置隱性故障及維管對策［J］.光源與照明，2022（8）：192-194.

［6］戴志輝，李金鑠，耿宏賢，等.繼電保護(hù)系統(tǒng)隱性故障識別方法及軟件設(shè)計與實現(xiàn)［J］.智慧電力，2022，50（5）：77-84.

［7］周若萌.基于深層知識的繼電保護(hù)隱性故障識別方法［J］.自動化應(yīng)用，2022（4）：130-132.