國網(wǎng)江蘇省電力有限公司宿遷供電分公司 韓少華 毛王清 邱 冬 龐吉年 王秀茹 葛 萱

隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷發(fā)展和電網(wǎng)設(shè)備復(fù)雜程度的不斷提高，電網(wǎng)設(shè)備監(jiān)控技術(shù)也迎來了更多挑戰(zhàn)。目前大部分變電站均為無人值守變電站，電網(wǎng)設(shè)備監(jiān)控尤其是電網(wǎng)故障監(jiān)視及分析主要依賴于SCADA系統(tǒng)將故障告警信息從廠站端傳輸?shù)街髡径?，由主站端監(jiān)控人員對告警信息進行綜合分析，從而判斷設(shè)備的故障情況。然而SCADA系統(tǒng)故障信息離散、種類復(fù)雜、信號繁多等問題，對主站端監(jiān)控人員進行故障分析造成一定困擾。

對于旨在實現(xiàn)智能分析電網(wǎng)設(shè)備故障情況的電網(wǎng)故障智能研判系統(tǒng)，目前已有相應(yīng)的解決方案，即事先建立起該變電站中各類故障信號組合和現(xiàn)場實際設(shè)備故障的對應(yīng)關(guān)系規(guī)則庫，在故障時根據(jù)故障的信號自動匹配規(guī)則庫中最接近的信號組合，從而判定故障情況[1-2]。在此方案下，實際故障中如存在漏發(fā)信號導(dǎo)致無法匹配的故障情況則不能進行有效判定。此外，信號組合規(guī)則庫的判斷方法也難以利用遙測、Ⅲ區(qū)操作票系統(tǒng)等其他類型的判據(jù)，從而影響系統(tǒng)判定的準(zhǔn)確性。因此需要一種適用于任何故障信號組合，能夠充分利用SCADA系統(tǒng)提供的有用信息，具備更高可靠性、適應(yīng)性和準(zhǔn)確性的故障智能研判算法。

1 智能研判算法原理

當(dāng)電網(wǎng)設(shè)備發(fā)生故障時會發(fā)出一組互有關(guān)聯(lián)的故障信號，但每條故障信號也可能來自不同的故障。因此，每條故障信號對應(yīng)每一類故障均存在一種對應(yīng)的概率，即發(fā)出該信號則有一定的概率證明發(fā)生了某一類故障。以此類推，每一類電網(wǎng)設(shè)備均存在一一對應(yīng)的遙信對應(yīng)故障的大量概率數(shù)據(jù)，組成了該設(shè)備的概率庫。概率庫可通過經(jīng)驗進行人工賦值，也可通過遙信的歷史發(fā)信情況來統(tǒng)計計算。如根據(jù)歷史發(fā)信情況統(tǒng)計，則其中的概率值可跟隨發(fā)信次數(shù)的增加進行動態(tài)變化，從而保持概率的準(zhǔn)確性。概率庫應(yīng)事先建立，以便用于概率計算。

但實際故障時，判斷故障發(fā)生的證據(jù)不僅是故障信號，其他類型的一些信息也可作為判斷依據(jù)，也就是說其他類型信息也存在著和故障一一對應(yīng)的概率庫。以線路故障跳閘為例，除SCADA系統(tǒng)收到的故障遙信外，還可通過遙測的變化情況來輔助判斷是否誤發(fā)信，或查找Ⅲ區(qū)的操作票系統(tǒng)來判斷是否為正常的停役操作。該類信息同樣可建立概率庫，并也計入概率統(tǒng)計計算中，可提高準(zhǔn)確性。

本文提出的主動概率統(tǒng)計評價算法，是在電網(wǎng)發(fā)生故障時根據(jù)故障信號主動觸發(fā)、收集可能相關(guān)的其他類別信息，收集到所有的信息后，以故障信號及其他信息對應(yīng)各類故障的概率庫為基礎(chǔ)，對所有可能發(fā)生故障的評價概率進行計算。每一種故障的評價概率計算結(jié)果均包含了所有遙信和其他類型信息對于此故障的推斷貢獻，最終系統(tǒng)得出所有故障的概率評價結(jié)果，并將評價概率最大的故障作為研判結(jié)果。

2 概率統(tǒng)計評價模型

本算法最關(guān)鍵的部分就是如何根據(jù)概率庫進行概率統(tǒng)計評價計算。如圖1所示，假定A1、A2…An為設(shè)備發(fā)生故障時發(fā)出的n個告警遙信，F(xiàn)1、F2…Fm為這n個告警遙信對應(yīng)的可能發(fā)生的m種故障。B1、B2…Bi表示可能被m種故障觸發(fā)收集的i個B類信息，C1、C2…Cj表示可能被m種故障觸發(fā)收集的j個C類信息。按照前文分析，遙信An對應(yīng)的可能故障為F1、F2…Fm。若假定遙信An對應(yīng)故障Fm的概率用PAnFm表示，則遙信對應(yīng)故障的概率共有m×n個，組成了遙信和故障的對應(yīng)概率庫。

圖1 主動概率統(tǒng)計評價模型的觸發(fā)收集示意圖

同理，若假定故障Fm觸發(fā)收集到的B類信息Bi對應(yīng)此故障的概率用PFmBi表示，故障Fm觸發(fā)收集到的C類信息Cj對應(yīng)此故障的概率用PFmCj表示，則有m×i個B類信息對應(yīng)故障概率，m×j個C類信息對應(yīng)故障概率。在故障發(fā)生時，根據(jù)事先維護的概率庫，應(yīng)可計算出發(fā)出的信號和收集的信息對應(yīng)某故障的總概率。但此概率的計算涉及到復(fù)雜的D-S證據(jù)理論等數(shù)學(xué)模型[3-4]，存在一定的計算困難，因此本文建立了一種評價概率模型，通過設(shè)定的計算方法來計算評價概率，并用其替代事件總概率，可在保證準(zhǔn)確性的同時用更為簡單的計算方法來研判事件概率。

下面給出了對應(yīng)A1、A2…An，B1、B2…Bi，C1、C2…Cj的故障Fm的評價概率計算公式：

該評價概率計算方法源于一組獨立事件合成概率的計算模型，應(yīng)用于本研判模型中，雖不能給出精確的概率值，但能精確反映各類故障總概率的大小排序，滿足本模型的準(zhǔn)確性和適應(yīng)性的計算要求。

3 典型案例分析驗證

為驗證上述評價概率計算模型的正確性，以某地區(qū)三次典型的線路故障跳閘為例，分別進行評價概率計算，并與實際跳閘情況比對。對于線路故障跳閘可能存在三類情況：確實發(fā)生了跳閘、誤發(fā)信、正常停役操作。

3.1 線路故障跳閘對應(yīng)概率庫的設(shè)定

線路故障跳閘時發(fā)出的典型故障信號主要包括：開關(guān)間隔事故總、開關(guān)分閘、線路保護出口、線路重合閘出口。其中間隔事故總、線路保護出口、線路重合閘出口均為故障跳閘時發(fā)出，并存在很小的誤發(fā)可能。因此設(shè)定其對應(yīng)跳閘概率為0.8、對應(yīng)誤發(fā)概率為0.2、對應(yīng)操作概率為0。開關(guān)分閘在大部分情況下應(yīng)為操作導(dǎo)致，偶爾因跳閘而分閘，并在很小的誤發(fā)概率。因此設(shè)定其對應(yīng)跳閘概率為0.2、對應(yīng)誤發(fā)為0.1、對應(yīng)操作為0.7。

線路故障跳閘時，可收集間隔電流遙測作為參考信息。當(dāng)發(fā)生故障時電流發(fā)生突降，幾乎可認(rèn)定為開關(guān)發(fā)生了真實分閘，因此設(shè)定其對應(yīng)跳閘概率為0.22、對應(yīng)誤發(fā)為0、對應(yīng)操作為0.78；線路故障跳閘時，可收集間隔刀閘變位信號作為參考信息。當(dāng)發(fā)生故障時有刀閘同時發(fā)生變位可認(rèn)定為誤發(fā)信，因此設(shè)定其對應(yīng)跳閘概率為0、對應(yīng)誤發(fā)為1、對應(yīng)操作為0；線路故障跳閘時，可收集Ⅲ區(qū)操作票系統(tǒng)作為參考信息。當(dāng)故障在操作票系統(tǒng)中無計劃操作時幾乎可認(rèn)定非操作導(dǎo)致分閘。但有無工作票與跳閘和誤發(fā)沒有直接關(guān)聯(lián)，因此設(shè)定其對應(yīng)跳閘概率為0.5、對應(yīng)誤發(fā)為0.5、對應(yīng)操作為0。

綜上，實際研判中以開關(guān)分閘作為觸發(fā)信號，統(tǒng)計分閘時間10秒內(nèi)的所有遙信作為判定遙信，并通過分閘信號觸發(fā)收集電流遙測值、刀閘變位情況和操作票系統(tǒng)中的相關(guān)數(shù)據(jù)進行研判。

3.2 正常線路故障跳閘的智能研判

2018年7月21日，湖濱變110kV濱曉7M85線發(fā)生跳閘。收集跳閘相關(guān)信息，跳閘后電流突降至0，無刀閘變位信號且Ⅲ區(qū)操作票中無相關(guān)操作，則評價概率通過表1中的4個故障信號加上“間隔III區(qū)無操作票”進行計算。按公式可計算得到對應(yīng)故障跳閘的評價概率為0.022528，對應(yīng)誤發(fā)信的評價概率為0，對應(yīng)停役操作的評價概率0。根據(jù)計算結(jié)果可得此事件應(yīng)為故障跳閘。與實際相符，研判結(jié)果準(zhǔn)確。

表1 濱曉7M85線故障關(guān)鍵信號

3.3 開關(guān)偷跳故障的智能研判

2018年7月26日，農(nóng)場變110kV農(nóng)協(xié)7X22開關(guān)發(fā)生偷跳，關(guān)鍵信號只有一條，即05:03:22農(nóng)協(xié)7X22開關(guān)分閘。收集跳閘相關(guān)信息，分閘時電流突降至0。同時檢查III區(qū)無操作票。按公式，可計算得到對應(yīng)故障跳閘的評價概率為0.022，對應(yīng)誤發(fā)信的評價概率為0，對應(yīng)停役操作的評價概率0。根據(jù)計算結(jié)果可得此事件應(yīng)為故障跳閘，即開關(guān)偷跳。與實際相符，研判結(jié)果準(zhǔn)確。

3.4 跳閘導(dǎo)致誤發(fā)信故障的智能研判

2018年3月16日7時25分農(nóng)場變110kV陸 惠7816線發(fā)生故障，關(guān)鍵信號如下：07:25:41陸惠7816開關(guān)分閘；07:25:41陸惠7816線 保護出口動作；07:25:43陸惠7816線重合閘動作動作；07:25:48陸 惠7816開關(guān)合閘；07:25:5778163刀閘分閘；07:25:58，78162刀閘分閘；07:26:01陸惠7816開關(guān)分閘；07:26:05陸惠7816開關(guān)合閘；07:26:06陸惠7816線重合閘動作動作；07:26:07陸惠7816線保護出口動作；07:26:09，78162刀閘合閘；07:26:11，78163刀閘合閘。由此可知，第一次分閘時無刀閘變位信號、但第二次分閘時有刀閘變位信號。收集跳閘相關(guān)信息，檢查該間隔無操作票。雖然有遙測突降，但由于兩次跳閘實際接近，無法判定遙測突變屬于哪一次跳閘導(dǎo)致，故此案中不考慮遙測突變的計算。

對第一次分閘，按公式可計算得到對應(yīng)故障跳閘的評價概率為0.064、對應(yīng)誤發(fā)信的評價概率為0.002、對應(yīng)停役操作的評價概率0；對第二次分閘，按公式可計算得到對應(yīng)故障跳閘的評價概率為0、對應(yīng)誤發(fā)信的評價概率為0.002、對應(yīng)停役操作的評價概率0。由此可判斷得到，第一次分閘應(yīng)為真實事故跳閘，而第二次分閘應(yīng)為誤發(fā)信。

經(jīng)現(xiàn)場運維人員檢查分析，反饋事件原因：陸惠7816線故障瞬間，陸惠7816開關(guān)事故分閘，短暫時間里導(dǎo)致主變?nèi)齻?cè)的電壓突然降低，致使所用變二次側(cè)電壓驟降而脫扣，因此交直流系統(tǒng)發(fā)生故障，直流II段母線電壓在短時間內(nèi)突然大幅度下降（降至7V）。電壓下降瞬間，一平面路由器發(fā)生故障，一平面網(wǎng)絡(luò)異常，導(dǎo)致大量備通道補信號和誤發(fā)信號發(fā)出。由此可得，研判結(jié)果與實際情況完全符合，研判結(jié)果準(zhǔn)確。

綜上，本文提出一種基于主動概率統(tǒng)計評價模型的故障研判算法，能對任意故障信號組合進行智能研判，并通過主動收集電力系統(tǒng)能夠提供的相關(guān)輔助研判信息對可能存在的各類故障的評價概率進行計算，并按照評價概率的大小給出相應(yīng)的研判結(jié)果。相關(guān)實驗充分證明了該模型及算法的可靠性、適應(yīng)性和準(zhǔn)確性。