國網(wǎng)江蘇省電力有限公司泗洪縣供電分公司 胡 月

繼電保護系統(tǒng)如果出現(xiàn)故障問題，會導致其保護功能無法實現(xiàn)，為此需要快速解決繼電保護系統(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)的故障定位技術主要是依靠人工排查，整體效率較低，且無法準確定位。在現(xiàn)代信息技術發(fā)展的推動下，智能化技術開始在系統(tǒng)故障定位中應用，通過采用智能化技術，能夠提升定位準確性與效率，利用數(shù)據(jù)分析等方式則能夠?qū)崿F(xiàn)快速定位，從而能夠為后續(xù)的維修處理工作提供有力支持。

1 繼電保護系統(tǒng)主要故障分析

結(jié)合相關實踐經(jīng)驗以及資料來看，繼電保護系統(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系統(tǒng)故障。整定人員的錯誤整定引起的繼電保護系統(tǒng)故障，如保護控制字計算錯誤、跳閘矩陣錯誤等；工作人員整定數(shù)值輸入錯誤引起的繼電保護系統(tǒng)故障，工作人員失誤操作引起的繼電保護系統(tǒng)故障，設備、線路等引起的故障，溫度、濕度等環(huán)境因素導致設備受到影響的故障；元件使用過程中出現(xiàn)的質(zhì)量問題；二次回路老化導致絕緣損壞故障問題；運行期間端子接線脫落松動、光纖損耗等故障問題。二是電子干擾與無線信號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，比如電源應用錯誤等故障。

由于不同因素的引起的繼電保護系統(tǒng)故障問題，會導致繼電保護系統(tǒng)無法正常運行，所以需要對其進行維修處理，在維修前需要準確定位繼電保護系統(tǒng)故障的所處位置。

2 繼電保護系統(tǒng)故障模擬實驗

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

在模擬測試期間，為了確保驗證結(jié)果準確性與真實性，采用分別輸出不同參數(shù)的方式，且每一組參數(shù)重復使用多次，測試軟件則能夠記錄繼電保護系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)。針對繼電保護系統(tǒng)故障的模擬，測試基本流程為：在接入對應的電壓側(cè)后，系統(tǒng)運行數(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)對比，則完成了對故障的模擬。

一是空氣開關損壞故障模擬。在繼電保護系統(tǒng)正常運行過程中，如果開關區(qū)域在軟件中現(xiàn)實的數(shù)值與常規(guī)數(shù)值不同，則說明開關存在故障問題，可能是開關由于某種原因出現(xiàn)了損壞，為此需要將當前的開關斷開，從而實現(xiàn)了對開關故障進行模擬的目標，對故障的數(shù)據(jù)進行對比，從而能夠明確故障發(fā)生的具體情況。

二是TA高壓側(cè)變比輸入錯誤故障模擬。如果工作人員的操作出現(xiàn)錯誤問題，或沒有依據(jù)相關規(guī)定標準進行作業(yè)，則可能會導致線路高壓側(cè)出現(xiàn)故障問題，高壓側(cè)的變比輸入錯誤會導致繼電保護系統(tǒng)運行出現(xiàn)故障，通過將試驗數(shù)據(jù)與正常數(shù)據(jù)進行對比，則能夠獲取相應的故障數(shù)據(jù)。

三是軟壓板使用錯誤模擬。由于工作人員的操作失誤，導致軟壓板故障問題發(fā)生；對變壓器縱差保護軟壓板沒有使用進行模擬，模擬分為兩個流程，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，同時系統(tǒng)的錄波功能能夠正常運行，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)了故障預警，系統(tǒng)的錄波功能正常運行，依然沒有發(fā)生縱差保護的情況。

四是硬壓板使用錯誤。在變電站運行過程中，技術人員如果出現(xiàn)錯誤作業(yè)，沒有依據(jù)規(guī)定進行操作，會引起硬壓板使用錯誤的問題，為此需要對硬壓板的故障進行模擬，獲取硬壓板系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)，在試驗過程中需要輸入常規(guī)的系統(tǒng)運行參數(shù)，系統(tǒng)出現(xiàn)故障提醒，但是沒有出現(xiàn)跳閘；其次輸入縱差保護的數(shù)據(jù)，出現(xiàn)設備提示設備報警、差流越限、保護板報警出發(fā)錄波以及低壓側(cè)負荷過高的提示，相應的保護動作也沒有發(fā)生[3]。

在試驗進行過程中，需要確定故障問題發(fā)生，為了達到該目標，確保結(jié)果準確性，采用增加試驗次數(shù)的方式，使得試驗的數(shù)據(jù)總量更大，利用軟件獲取相應的運行數(shù)據(jù)，從而能夠判斷故障發(fā)生的具體位置，確保試驗結(jié)果真實性，為此本次試驗結(jié)合常見的30余種故障問題，在確保智能分析技術需要的數(shù)據(jù)量基礎上，盡量采集更豐富的數(shù)據(jù)，為此本次試驗收集的數(shù)據(jù)總量超過4600種，且各數(shù)據(jù)之間不重復，每個數(shù)據(jù)代表一種對應的故障問題信息，能夠更加準確地判斷相應故障問題。采用的設備能夠閱讀大量的實時數(shù)據(jù)，將重復數(shù)據(jù)以及不相關數(shù)據(jù)去除后，得到336項數(shù)據(jù)，并從繼電保護測試設備中收集30組數(shù)據(jù)，共計得到366項數(shù)據(jù)，同時受到軟件技術的限制，將所有的試驗過程中得到的數(shù)據(jù)進行導出，以此為基礎構(gòu)建繼電保護系統(tǒng)故障定位數(shù)據(jù)庫。

3 繼電保護故障定位矩陣與算法設計分析

3.1 繼電保護故障定位矩陣

在收集繼電保護的故障數(shù)據(jù)后，為了便于計算機的智能化識別功能實現(xiàn)，需要對不同的故障數(shù)據(jù)進行編號，繼電保護故障定位矩陣包括繼電保護的故障類型、發(fā)生具體區(qū)域，為此對算法進行優(yōu)化處理，從而能夠在繼電保護故障發(fā)生后快速定位。在二級制部分劃分中，將其劃分為16格，每格對應含義為：處于運行狀態(tài)；產(chǎn)生故障現(xiàn)象；故障相序或作為序號，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)具體信息進行輸入，判斷為故障輸入1，非故障輸入0，需要按照二級制順序填入，還可以按照故障發(fā)生相序填入；繼電保護系統(tǒng)故障定位矩陣中包括常見的30余種故障，通過二級制故障定位推到十六進制故障矩陣，部分故障矩陣和故障點的關系見表1。

表1 故障定位數(shù)據(jù)

相同類型、不同故障點或不同類型的故障都可會產(chǎn)生相同的故障現(xiàn)象，所以在定位這種故障時，可以采用與技術人員定位結(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)的定位錯誤問題。所以只采用智能化技術無法區(qū)分具體數(shù)據(jù)，從而導致難以準確定位故障，為此在智能化定位診斷過程中，需要結(jié)合人工經(jīng)驗的輔助，確定故障最后的位置判斷準確性。因此，結(jié)合人工經(jīng)驗對其進行處理，在定位過程中，故障發(fā)生之后，結(jié)合現(xiàn)場傳感器采集的數(shù)據(jù)，將其輸入到定位系統(tǒng)中，依據(jù)算法矩陣對其進行處理，由技術人員對定位結(jié)果進行判斷分析。

3.2 算法設計

本次繼電保護故障智能化定位設計采用Python語言，該系統(tǒng)的運行流程較為簡單，不需要復雜的計算過程中，系統(tǒng)運行過程中能夠?qū)⒉杉墓收蠑?shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫中典型數(shù)據(jù)進行對比，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

在繼電保護系統(tǒng)出現(xiàn)故障問題后，需要立即采集故障對應的數(shù)據(jù)，并對出具進行初步處理，數(shù)據(jù)處理需要依據(jù)洗頭工運行進行；將數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)化處理后，能夠防止數(shù)據(jù)合適不規(guī)范等問題對系統(tǒng)運行流程產(chǎn)生影響，進而能夠提高系統(tǒng)定位實際效果。合成少數(shù)類過采樣技術為一種在個體樣本中插入生成新樣本的技術，能夠在原始數(shù)據(jù)樣本中獲取少量樣本。SMOTE技術能夠提升樣本容量，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。隨機森林是一項以決策樹為基礎的改進算法，能夠?qū)颖具M行標簽或輸出表現(xiàn)強相關特征的學習算法。

3.3 算法驗證

為了驗證該系統(tǒng)算法的準確性，對系統(tǒng)運行參數(shù)進行設定，驗證過程中共設計25輪訓練，最后準確率為0.9997；在數(shù)據(jù)處理完成后，將數(shù)據(jù)集處理為訓練集、驗證集以及測試集，預留的測試集與神經(jīng)網(wǎng)絡結(jié)合，隨機選擇5組數(shù)據(jù)和實際定位結(jié)果進行對比，對比結(jié)果見表2。

表2 對比結(jié)果

在系統(tǒng)算法設計完成后，將其進行整合，對系統(tǒng)進行完善化處理；系統(tǒng)運行過程中，收集繼電保護系統(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，對比故障定位表，從而能夠準確定位繼電保護系統(tǒng)的故障位置，在實際應用中具有良好的效果。通過采用該智能識別算法，能夠準確定位故障發(fā)生具體位置，結(jié)合人工經(jīng)驗的輔助，確保故障定位結(jié)果符合實際情況，還能夠提升故障定位綜合效率，確保繼電保護系統(tǒng)能夠安全、穩(wěn)定運行。

4 結(jié)語

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