國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司泗洪縣供電分公司 胡 月

繼電保護(hù)系統(tǒng)如果出現(xiàn)故障問題，會(huì)導(dǎo)致其保護(hù)功能無法實(shí)現(xiàn)，為此需要快速解決繼電保護(hù)系統(tǒng)出現(xiàn)的故障問題，但是在解決故障前，首先需要明確故障發(fā)生位置，然而傳統(tǒng)的故障定位技術(shù)主要是依靠人工排查，整體效率較低，且無法準(zhǔn)確定位。在現(xiàn)代信息技術(shù)發(fā)展的推動(dòng)下，智能化技術(shù)開始在系統(tǒng)故障定位中應(yīng)用，通過采用智能化技術(shù)，能夠提升定位準(zhǔn)確性與效率，利用數(shù)據(jù)分析等方式則能夠?qū)崿F(xiàn)快速定位，從而能夠?yàn)楹罄m(xù)的維修處理工作提供有力支持。

1 繼電保護(hù)系統(tǒng)主要故障分析

結(jié)合相關(guān)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)以及資料來看，繼電保護(hù)系統(tǒng)的故障問題主要可以分為以下幾種類型：一是人為因素引起的繼電保護(hù)系統(tǒng)故障。整定人員的錯(cuò)誤整定引起的繼電保護(hù)系統(tǒng)故障，如保護(hù)控制字計(jì)算錯(cuò)誤、跳閘矩陣錯(cuò)誤等；工作人員整定數(shù)值輸入錯(cuò)誤引起的繼電保護(hù)系統(tǒng)故障，工作人員失誤操作引起的繼電保護(hù)系統(tǒng)故障，設(shè)備、線路等引起的故障，溫度、濕度等環(huán)境因素導(dǎo)致設(shè)備受到影響的故障；元件使用過程中出現(xiàn)的質(zhì)量問題；二次回路老化導(dǎo)致絕緣損壞故障問題；運(yùn)行期間端子接線脫落松動(dòng)、光纖損耗等故障問題。二是電子干擾與無線信號(hào)引起的二次回路故障問題[1]。三是電源故障。工作站出現(xiàn)了電源故障問題，比如電源應(yīng)用錯(cuò)誤等故障。

由于不同因素的引起的繼電保護(hù)系統(tǒng)故障問題，會(huì)導(dǎo)致繼電保護(hù)系統(tǒng)無法正常運(yùn)行，所以需要對(duì)其進(jìn)行維修處理，在維修前需要準(zhǔn)確定位繼電保護(hù)系統(tǒng)故障的所處位置。

2 繼電保護(hù)系統(tǒng)故障模擬實(shí)驗(yàn)

為了模擬繼電保護(hù)系統(tǒng)的故障定位方法，本次使用了專用設(shè)備，型號(hào)為PCS-978，采用該設(shè)備對(duì)環(huán)境進(jìn)行模擬，該設(shè)備在應(yīng)用過程中，能夠用于所有的保護(hù)電量測(cè)量，且可以在變電站的信息化系統(tǒng)中應(yīng)用，具有良好的適用性。在試驗(yàn)測(cè)試開始后，將其與保護(hù)設(shè)施進(jìn)行連接，將試驗(yàn)規(guī)定的電量輸入到系統(tǒng)中，之后通過該裝置的網(wǎng)口收集相應(yīng)的數(shù)據(jù)。在故障模擬期間，試驗(yàn)設(shè)備與保護(hù)攝氏度高壓電源保持接入，高壓測(cè)試完成后分別與抵押和電流電子進(jìn)行接入處理，從而能夠驗(yàn)證其保護(hù)功能。試驗(yàn)期間對(duì)保護(hù)設(shè)施的一般運(yùn)行情況進(jìn)行模擬，當(dāng)出現(xiàn)故障問題后，繼電保護(hù)系統(tǒng)的故障數(shù)據(jù)能夠在試驗(yàn)設(shè)備中顯示，比如軟壓板使用錯(cuò)誤故障、電流互感器接線錯(cuò)誤故障問題等，都能夠利用該設(shè)備直接顯示，在試驗(yàn)檢測(cè)中具有良好的應(yīng)用效果，故障對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)、信息等會(huì)全部記錄下來，從而為后續(xù)故障定位體用基礎(chǔ)[2]。

在模擬測(cè)試期間，為了確保驗(yàn)證結(jié)果準(zhǔn)確性與真實(shí)性，采用分別輸出不同參數(shù)的方式，且每一組參數(shù)重復(fù)使用多次，測(cè)試軟件則能夠記錄繼電保護(hù)系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)。針對(duì)繼電保護(hù)系統(tǒng)故障的模擬，測(cè)試基本流程為：在接入對(duì)應(yīng)的電壓側(cè)后，系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)則能夠顯示在軟件中，將收集的數(shù)據(jù)與正常數(shù)據(jù)對(duì)比，則完成了對(duì)故障的模擬。

一是空氣開關(guān)損壞故障模擬。在繼電保護(hù)系統(tǒng)正常運(yùn)行過程中，如果開關(guān)區(qū)域在軟件中現(xiàn)實(shí)的數(shù)值與常規(guī)數(shù)值不同，則說明開關(guān)存在故障問題，可能是開關(guān)由于某種原因出現(xiàn)了損壞，為此需要將當(dāng)前的開關(guān)斷開，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)開關(guān)故障進(jìn)行模擬的目標(biāo)，對(duì)故障的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，從而能夠明確故障發(fā)生的具體情況。

二是TA高壓側(cè)變比輸入錯(cuò)誤故障模擬。如果工作人員的操作出現(xiàn)錯(cuò)誤問題，或沒有依據(jù)相關(guān)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行作業(yè)，則可能會(huì)導(dǎo)致線路高壓側(cè)出現(xiàn)故障問題，高壓側(cè)的變比輸入錯(cuò)誤會(huì)導(dǎo)致繼電保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行出現(xiàn)故障，通過將試驗(yàn)數(shù)據(jù)與正常數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，則能夠獲取相應(yīng)的故障數(shù)據(jù)。

三是軟壓板使用錯(cuò)誤模擬。由于工作人員的操作失誤，導(dǎo)致軟壓板故障問題發(fā)生；對(duì)變壓器縱差保護(hù)軟壓板沒有使用進(jìn)行模擬，模擬分為兩個(gè)流程，其一為在正常輸入系統(tǒng)參數(shù)的情況下，系統(tǒng)出現(xiàn)了故障提醒，同時(shí)系統(tǒng)的錄波功能能夠正常運(yùn)行，但是沒有出現(xiàn)跳閘故障；其二為在正常輸入常規(guī)的系統(tǒng)參數(shù)情況下， 系統(tǒng)出現(xiàn)了故障預(yù)警，系統(tǒng)的錄波功能正常運(yùn)行，依然沒有發(fā)生縱差保護(hù)的情況。

四是硬壓板使用錯(cuò)誤。在變電站運(yùn)行過程中，技術(shù)人員如果出現(xiàn)錯(cuò)誤作業(yè)，沒有依據(jù)規(guī)定進(jìn)行操作，會(huì)引起硬壓板使用錯(cuò)誤的問題，為此需要對(duì)硬壓板的故障進(jìn)行模擬，獲取硬壓板系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，在試驗(yàn)過程中需要輸入常規(guī)的系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，系統(tǒng)出現(xiàn)故障提醒，但是沒有出現(xiàn)跳閘；其次輸入縱差保護(hù)的數(shù)據(jù)，出現(xiàn)設(shè)備提示設(shè)備報(bào)警、差流越限、保護(hù)板報(bào)警出發(fā)錄波以及低壓側(cè)負(fù)荷過高的提示，相應(yīng)的保護(hù)動(dòng)作也沒有發(fā)生[3]。

在試驗(yàn)進(jìn)行過程中，需要確定故障問題發(fā)生，為了達(dá)到該目標(biāo)，確保結(jié)果準(zhǔn)確性，采用增加試驗(yàn)次數(shù)的方式，使得試驗(yàn)的數(shù)據(jù)總量更大，利用軟件獲取相應(yīng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，從而能夠判斷故障發(fā)生的具體位置，確保試驗(yàn)結(jié)果真實(shí)性，為此本次試驗(yàn)結(jié)合常見的30余種故障問題，在確保智能分析技術(shù)需要的數(shù)據(jù)量基礎(chǔ)上，盡量采集更豐富的數(shù)據(jù)，為此本次試驗(yàn)收集的數(shù)據(jù)總量超過4600種，且各數(shù)據(jù)之間不重復(fù)，每個(gè)數(shù)據(jù)代表一種對(duì)應(yīng)的故障問題信息，能夠更加準(zhǔn)確地判斷相應(yīng)故障問題。采用的設(shè)備能夠閱讀大量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，將重復(fù)數(shù)據(jù)以及不相關(guān)數(shù)據(jù)去除后，得到336項(xiàng)數(shù)據(jù)，并從繼電保護(hù)測(cè)試設(shè)備中收集30組數(shù)據(jù)，共計(jì)得到366項(xiàng)數(shù)據(jù)，同時(shí)受到軟件技術(shù)的限制，將所有的試驗(yàn)過程中得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行導(dǎo)出，以此為基礎(chǔ)構(gòu)建繼電保護(hù)系統(tǒng)故障定位數(shù)據(jù)庫。

3 繼電保護(hù)故障定位矩陣與算法設(shè)計(jì)分析

3.1 繼電保護(hù)故障定位矩陣

在收集繼電保護(hù)的故障數(shù)據(jù)后，為了便于計(jì)算機(jī)的智能化識(shí)別功能實(shí)現(xiàn)，需要對(duì)不同的故障數(shù)據(jù)進(jìn)行編號(hào)，繼電保護(hù)故障定位矩陣包括繼電保護(hù)的故障類型、發(fā)生具體區(qū)域，為此對(duì)算法進(jìn)行優(yōu)化處理，從而能夠在繼電保護(hù)故障發(fā)生后快速定位。在二級(jí)制部分劃分中，將其劃分為16格，每格對(duì)應(yīng)含義為：處于運(yùn)行狀態(tài)；產(chǎn)生故障現(xiàn)象；故障相序或作為序號(hào)，能夠分辨同類不同相的故障；證明系統(tǒng)故障存在著特殊性，需要依據(jù)具體信息進(jìn)行輸入，判斷為故障輸入1，非故障輸入0，需要按照二級(jí)制順序填入，還可以按照故障發(fā)生相序填入；繼電保護(hù)系統(tǒng)故障定位矩陣中包括常見的30余種故障，通過二級(jí)制故障定位推到十六進(jìn)制故障矩陣，部分故障矩陣和故障點(diǎn)的關(guān)系見表1。

表1 故障定位數(shù)據(jù)

相同類型、不同故障點(diǎn)或不同類型的故障都可會(huì)產(chǎn)生相同的故障現(xiàn)象，所以在定位這種故障時(shí)，可以采用與技術(shù)人員定位結(jié)合的方式，能夠起到更加良好的效果，避免由于智能定位數(shù)據(jù)不全出現(xiàn)的定位錯(cuò)誤問題。所以只采用智能化技術(shù)無法區(qū)分具體數(shù)據(jù)，從而導(dǎo)致難以準(zhǔn)確定位故障，為此在智能化定位診斷過程中，需要結(jié)合人工經(jīng)驗(yàn)的輔助，確定故障最后的位置判斷準(zhǔn)確性。因此，結(jié)合人工經(jīng)驗(yàn)對(duì)其進(jìn)行處理，在定位過程中，故障發(fā)生之后，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)傳感器采集的數(shù)據(jù)，將其輸入到定位系統(tǒng)中，依據(jù)算法矩陣對(duì)其進(jìn)行處理，由技術(shù)人員對(duì)定位結(jié)果進(jìn)行判斷分析。

3.2 算法設(shè)計(jì)

本次繼電保護(hù)故障智能化定位設(shè)計(jì)采用Python語言，該系統(tǒng)的運(yùn)行流程較為簡(jiǎn)單，不需要復(fù)雜的計(jì)算過程中，系統(tǒng)運(yùn)行過程中能夠?qū)⒉杉墓收蠑?shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫中典型數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，從而得到更加精確的定位結(jié)果。具體算法流程如圖1所示。

圖1 具體算法流程

在繼電保護(hù)系統(tǒng)出現(xiàn)故障問題后，需要立即采集故障對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，并對(duì)出具進(jìn)行初步處理，數(shù)據(jù)處理需要依據(jù)洗頭工運(yùn)行進(jìn)行；將數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)化處理后，能夠防止數(shù)據(jù)合適不規(guī)范等問題對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行流程產(chǎn)生影響，進(jìn)而能夠提高系統(tǒng)定位實(shí)際效果。合成少數(shù)類過采樣技術(shù)為一種在個(gè)體樣本中插入生成新樣本的技術(shù)，能夠在原始數(shù)據(jù)樣本中獲取少量樣本。SMOTE技術(shù)能夠提升樣本容量，降低數(shù)據(jù)之間的不平衡，從而能夠避免過度擬合的問題發(fā)生。隨機(jī)森林是一項(xiàng)以決策樹為基礎(chǔ)的改進(jìn)算法，能夠?qū)颖具M(jìn)行標(biāo)簽或輸出表現(xiàn)強(qiáng)相關(guān)特征的學(xué)習(xí)算法。

3.3 算法驗(yàn)證

為了驗(yàn)證該系統(tǒng)算法的準(zhǔn)確性，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，驗(yàn)證過程中共設(shè)計(jì)25輪訓(xùn)練，最后準(zhǔn)確率為0.9997；在數(shù)據(jù)處理完成后，將數(shù)據(jù)集處理為訓(xùn)練集、驗(yàn)證集以及測(cè)試集，預(yù)留的測(cè)試集與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合，隨機(jī)選擇5組數(shù)據(jù)和實(shí)際定位結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，對(duì)比結(jié)果見表2。

表2 對(duì)比結(jié)果

在系統(tǒng)算法設(shè)計(jì)完成后，將其進(jìn)行整合，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行完善化處理；系統(tǒng)運(yùn)行過程中，收集繼電保護(hù)系統(tǒng)故障的基本數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)可以直接作為輸入，最后輸出故障矩陣，對(duì)比故障定位表，從而能夠準(zhǔn)確定位繼電保護(hù)系統(tǒng)的故障位置，在實(shí)際應(yīng)用中具有良好的效果。通過采用該智能識(shí)別算法，能夠準(zhǔn)確定位故障發(fā)生具體位置，結(jié)合人工經(jīng)驗(yàn)的輔助，確保故障定位結(jié)果符合實(shí)際情況，還能夠提升故障定位綜合效率，確保繼電保護(hù)系統(tǒng)能夠安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

4 結(jié)語

在智能電網(wǎng)建設(shè)規(guī)模逐漸擴(kuò)大的背景下，為了提升繼電保護(hù)系統(tǒng)故障定位效率與準(zhǔn)確性，為智能變電站的安全運(yùn)行提供支持，本文提出了一種智能化故障定位系統(tǒng)，對(duì)其數(shù)據(jù)庫構(gòu)成、算法等進(jìn)行全面闡述，希望能夠?qū)ο嚓P(guān)領(lǐng)域與行業(yè)起到一定的借鑒作用，不斷提升智能化技術(shù)水平，確保智能化技術(shù)在繼電保護(hù)系統(tǒng)故障定位中能夠更好地應(yīng)用。