汪 勤1，吳 旻1，姚輝昌，李江洋

(1. 國網(wǎng)四川電力送變電建設(shè)有限公司，四川 成都 610051；2. 成都市登祿電力科技有限公司，四川 成都 611137)

0 引 言

目前，智能電網(wǎng)在中國飛速發(fā)展，其中，隨著電網(wǎng)智能化建設(shè)的不斷深入，作為核心部分的智能變電站建設(shè)也在飛速發(fā)展。智能變電站的發(fā)展以一次設(shè)備智能化以及二次系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化為主要特征，其中二次系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化更為顯著，與常規(guī)站相比，智能變電站二次系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和形態(tài)都發(fā)生了巨大變化[1]。智能變電站二次回路采用基于IEC 61850-9-2組網(wǎng)的光纖網(wǎng)絡(luò)通信，取代了常規(guī)站中以電纜組成的二次回路，簡化了復(fù)雜的二次回路結(jié)構(gòu)[2]。這種共享網(wǎng)絡(luò)通信的方式導(dǎo)致裝置間的互聯(lián)不再透明，使得現(xiàn)場運行、維護、檢修人員查找故障時難度極大，甚至無從下手。

近年來，國內(nèi)外學(xué)者對于智能變電站二次系統(tǒng)故障定位提出了一些方法，可這些方法或多或少都存在一些不足。例如文獻(xiàn)[1]采用專家系統(tǒng)方法，基于產(chǎn)生式規(guī)則，利用人類專家領(lǐng)域知識和經(jīng)驗，根據(jù)故障特征信息，對知識庫進行規(guī)則推理和判斷，從而得到故障診斷結(jié)果；但是知識庫的建立工作量巨大，還需要進一步優(yōu)化和改進。文獻(xiàn)[2]建立了GOOSE回路的Petri網(wǎng)模型，實現(xiàn)故障診斷，此方法需人工判斷是否觸發(fā)變遷。文獻(xiàn)[1，3]通過虛回路通信狀態(tài)進行二次回路故障定位，但此方法無法具體定位到故障元件。

基于對現(xiàn)狀的分析和二次系統(tǒng)故障定位更加準(zhǔn)確的要求，下面提出基于證據(jù)推理(evidential reasoning, ER)算法的智能變電站保護二次回路故障定位方法。首先，通過QXmlStreamReader方式解析智能變電站全站系統(tǒng)配置(substation configuration description，SCD)文件，獲取得到各智能電子設(shè)備(intelligent electronic device,IED)信息、IED關(guān)聯(lián)信息，構(gòu)建虛連接的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)并與物理連接相關(guān)聯(lián)對應(yīng)；再通過虛實回路對應(yīng)信息形成故障元器件舉證表；最后，根據(jù)多組IED關(guān)聯(lián)對獲得可疑故障元件集合。當(dāng)發(fā)生故障告警時，根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)信息及舉證表，利用ER算法確定具體故障元件，實現(xiàn)故障診斷定位[4—9]。

1 二次回路模型構(gòu)建

1.1 SCD解析技術(shù)

Qt是一個應(yīng)用程序開發(fā)框架，為用戶提供了QtXml模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)對XML文件的解析。其中：DOM方式是將XML文件保存為樹的形式，操作簡單，便于訪問，但需一次性解讀并保存，對內(nèi)存消耗大；SAX方式是通過虛擬函數(shù)直接向程序報告“解析時間”，速度較快，但不便訪問。下面采取Qt提供的SAX解析器的替代——QXmlStreamReader，按順序讀取SCD文件。

根據(jù)QXmlStreamReader解析SCD的規(guī)則，節(jié)點依次為：“IED”“ExtRef”“LDevice”“DOI”，其中，“ExtRef”節(jié)點中包含虛回路的具體信息，具體字段信息如表1所示[10-12]。

根據(jù)表1，通過解析SCD文件中的“ExtRef”字段，可以獲取到一條虛連接的主要信息，包括發(fā)送設(shè)備、輸出虛端子描述、輸出虛端子引用路徑、輸入虛端子描述、輸入虛端子引用路徑、接收設(shè)備等。通過這些信息可以獲取到完整的虛回路信息傳輸對，但無法跟物理接口相匹配。

表1 “ExtRef”字段信息

IEC 61850-6定義了PhysConn元素描述IED訪問點所對應(yīng)的物理接口模型。通過QXmlStreamReader解析SCD的“IED”節(jié)點，可以獲取到Type、Plug、Cable、Port這4個字段信息。其中：Type字段描述了物理接口的類型，如網(wǎng)口、光口；Port字段描述了本物理接口的具體信息；Cable字段描述了與該物理接口連接的光纖(電纜)信息。其中Port字段描述裝置物理接口以“板卡號+端口號”的命名規(guī)則，如“4-A”表示4號板卡的1號接口；物理接口與虛擬接口之間以“：”隔開，如intAddr=，表示報文控制(cbNamen)從4板卡1接口發(fā)送到5板卡2接口，接收虛端子編號為VLANID。

1.2 虛實回路對應(yīng)

根據(jù)上述，可通過解析SCD文件，建立虛連接與物理連接的對應(yīng)關(guān)聯(lián)模型，具體步驟如下：

1)以圖1現(xiàn)場接線示意圖為示例，圖1表示某保護裝置P1的2-A接口通過光纖L8與合并單元MU的2-B接口連接。通過解析SCD文件，獲取IED物理接口模型，包括IED名稱、接口號、接口所連接光纖標(biāo)。最終，獲取完整的物理端口信息連接表，如表2所示。

圖1 現(xiàn)場接線

2)同時，通過解析SCD文件，解析Inputs元素獲得虛端子連線，再通過intAddr找到與虛端子對應(yīng)物理接口，通過物理接口表找到連接該接口的光纖及對側(cè)設(shè)備名稱、接口等信息；最終，完成虛實回路的對應(yīng)關(guān)聯(lián)。

表2 物理接口信息

2 二次回路可疑故障元器件集合

智能變電站中IED數(shù)量龐大，形成虛連接數(shù)也很多，且各虛回路存在交叉、重疊的可能性，如某一虛回路通信正常，則與該回路交叉、重疊的部分虛回路為正常的[13—14]。反之，若某一元器件故障，則會引起多條虛回路通信故障[15]。

當(dāng)某一虛回路發(fā)生故障告警，可通過接收告警信息查看各虛回路的元器件，形成可疑故障元器件舉證表。

以表3虛回路故障元器件舉證為例說明此方法。表3中通信狀態(tài)用1、0表示，1表示通信狀態(tài)異常，0表示通信狀態(tài)正常,空表示該通道無此元器件。

由表3可知舉證值規(guī)則：當(dāng)元器件對應(yīng)該列的通信狀態(tài)有0時，舉證值取0；當(dāng)元器件對應(yīng)該列的通信狀態(tài)不含0時，其舉證值為當(dāng)列數(shù)值之和，如表3中B元器件與C元器件的舉證為2。通過表3可知，A舉證值為0，即A可以排除在故障元器件以外，B、C舉證值均為2，但無法確定具體故障元器件是C還是B，則可得可疑故障元器件集合為{B，C}。

3 確定故障元器件

3.1 ER算法的基本評價框架

如圖2 ER算法評價框架所示，ER算法評價框架分為3個層次，上層廣義屬性Y、基本屬性H和與基本屬性H相關(guān)的底層基本屬性e。

圖2 ER算法評價框架

S(ei)={(Hn,yn,i),n=1…N}i=1,…,L

(1)

(2)

ER算法融合公式如下：

mn,I(i+1)=KI(i+1)[mn,I(i)×mn,i+1+mH,I(i)×mn,i+1+

mn,I(i)×mH,i+1]

(3)

式中，yn為通過融合各基本屬性后Y被評估為第n個等級的信任度。根據(jù)式(3)可計算出mn,i和mH,i。

3.2 ER算法在確定故障元器件中的應(yīng)用

如上節(jié)所述，基本屬性H代表可疑故障元器件，基本屬性e代表收集到的告警信息，上層屬性Y為最終確定的故障元器件。

根據(jù)ER算法的要求，需對評估體系的每一層互斥屬性進行評估，在這里為具體故障元器件，即“故障元器件為B,故障元器件為C”，采用集合方式表示為H={HN,N=1,2}={故障元器件為N，故障元器件為C}。每個收集到的告警信息權(quán)重一樣，且信息足夠完整充分的情況下，則需計算以往元器件自檢告警信息對其評價故障元器件的信任度。

當(dāng)某智能變電站發(fā)生繼電保護拒動時，調(diào)度中心收到告警信息后，根據(jù)告警信息列出通信異常的虛回路；根據(jù)通信異常的虛回路所包含的元器件列出舉證表，計算出舉證值；通過計算每條告警信息對其評估結(jié)果的信任度yn,i；最后通過融合公式計算出mn,i，即最終通過各告警信息確認(rèn)對應(yīng)故障元器件的概率以達(dá)到確認(rèn)具體故障元器件的目的。

整體上，所提出的智能變電站二次回路故障診斷方法如圖3所示。

圖3 智能變電站二次回路故障診斷方法實現(xiàn)步驟

1)通過解析SCD文件，獲取二次回路設(shè)備物理接口信息表和虛回路接口信息，并完成物理接口與虛回路的對應(yīng)關(guān)聯(lián)。

2)收集過程層告警信息，如發(fā)生故障告警，則通過虛實回路的對應(yīng)，建立虛回路通道可疑元器件舉證表，確定可疑元器件集合。

3)通過ER算法具體確定故障元器件。

4 算法案例分析說明

圖4為A站(220 kV智能變電站)二次回路示意圖，其中：MU為合并單元；P2為母差保護；P1、P3為線路保護裝置；IL為智能終端；CL為測控裝置；SW為交換機；L1—L12為光纖。如圖所示，此回路共有12條物理光纖回路、9個元器件、12塊板卡、24個物理接口。

圖4 A站(220 kV智能變電站)繼電保護二次回路

E1—E12為A站二次回路的12條虛回路，根據(jù)SCD文件完成虛實回路對應(yīng)，得到虛實回路對應(yīng)表，如表4所示。

其中，比如虛回路E1，為測控裝置CL向IL發(fā)出的遙控命令，此虛回路對應(yīng)的物理實回路中包含以下元器件：CL、CL1-A、L7、SW0.1-D、SW0、SW0.1-C、L5、IL2-A、IL。

當(dāng)A站保護發(fā)生保護拒動時，E5、E6虛回路狀態(tài)異常，調(diào)度收到告警信息保護裝置GOOSE鏈路中斷e1、智能終端GOOSE鏈路中斷e2、線路L1通信中斷e3。

通過表4可得，此回路共有12條物理光纖回路、9個元器件、12塊板卡、24個物理接口，即53個可疑故障點。通過上述舉證表建立規(guī)則和舉證值計算方法，求得可疑點L1、P1.1-B、IL1-A的舉證值為2，其余舉證值為0，則可疑元器件集合為{L1,P1.1-B,IL1-A}。接下來利用ER算法公式協(xié)助確定具體故障元器件。

以A站、保護拒動、保護裝置GOOSE鏈路中斷e1且實際故障元器件屬于{L1,P1.1-B,IL1-A}為信息關(guān)鍵詞，在調(diào)度告警信息庫進行檢索，搜到告警信息共18條，其中實際故障元器件L1有14條、P1.1-B有4條、IL1-A0條；同樣地，告警信息e2、e3分別搜到24條、28條，實際故障元器件L1分別有15條、18條，實際故障元器件P1.1-B分別有0條、10條，實際故障元器件IL1-A分別有9條、0條。

表4 虛實回路對應(yīng)

將可疑故障元器件集合{L1,P1.1-B,IL1-A}替換為{1，2，3}，同時將以上數(shù)據(jù)代入ER算法式(1)中可得：

S(e1)={(H1,0.778),(H2,0.222)}

S(e2)={(H1,0.625),(H3,0.375)}

S(e3)={(H1,0.643),(H2,0.357)}

同時，基于每個告警信息權(quán)重一樣即各屬性權(quán)重為1/3，且評估規(guī)則完備的情況下，將各數(shù)據(jù)代入式(1)、式(2)，分別得到：

m1,1=0.260,m2,1=0.074，m3,1=0

m1,1=0.209,m2,1=0，m3,1=0.125

m1,1=0.214,m2,1=0.119，m3,1=0

最終，通過計算可得m1,1的合成結(jié)果最大時的故障元器件最有可能為光纖L1。因此應(yīng)先檢查光纖L1是否損壞。

5 結(jié) 論

ER算法不僅可以解決確定性問題，而且在不確定性問題的處理中應(yīng)用效果也尤為突出。針對智能變電站二次回路故障診斷難、無法具體確定故障部位的問題，上面提出基于ER算法的智能變電站二次回路故障定位方法，達(dá)到了快速準(zhǔn)確診斷二次回路故障的效果。同時，所提方法克服了故障診斷定位過程中各告警信息間的沖突問題，減少了智能變電站排查故障的工作量和時間，提高了運行維護效率，對智能變電站二次系統(tǒng)運行維護管理的發(fā)展有著重要意義。