余光海

（廣東電網(wǎng)有限責任公司湛江供電局，廣東湛江 524002）

殘差是指數(shù)理統(tǒng)計中擬合值參量與實際觀察值之間的物理系數(shù)差，蘊含了大量與數(shù)學模型相關的假設信息條件，可用于判斷模型樣本的實際應用價值。在回歸模型保持正確的情況下，可將殘差常量等同于誤差系數(shù)的實際觀測值[1-2]。從應用角度來看，殘差系數(shù)的存在必須符合參量假設條件，且隨著物理計算量的增大，殘差數(shù)值始終保持著原有的參量誤差性質。根據(jù)殘差系數(shù)所提供的信息，來考察數(shù)學模型應用合理性的方法，被稱為殘差決策。將該方法應用于電力系統(tǒng)的主網(wǎng)繼電保護中，對其中隱藏的故障進行檢測，具有較好的效果。

對于主網(wǎng)繼電保護結構來說，由于電網(wǎng)規(guī)模的持續(xù)擴張，各級應用設備的層次體系也會逐漸變得更加復雜。在此情況下，主網(wǎng)繼電保護結構極易出現(xiàn)較為嚴重的隱性故障問題。為避免上述情況的發(fā)生，傳統(tǒng)疊加分析型檢測方法通過正序、逆序同步執(zhí)行的方式，計算突變電子向量的實際操作能力，再根據(jù)靈敏性電阻的阻值接入水平，確定隱形故障實時所處位置。然而此方法的檢測速率過慢，很難完全適應電網(wǎng)規(guī)模的擴張需求。

為解決此問題，提出基于殘差決策的主網(wǎng)繼電保護隱性故障檢測方法。利用主觀決策條件，分析小電流接地的穩(wěn)態(tài)形式，再借助DSP 檢測主板，確定檢測差動量數(shù)值的真實性與有效性。實驗結果表明，采用所提方法可有效提升隱性故障檢測的效果，具有一定的可行性。

1 主網(wǎng)繼電隱性故障分析

主網(wǎng)繼電隱性故障分析以故障數(shù)據(jù)采集作為起始環(huán)節(jié)，通過生成繼電殘差值的方式，建立實際主觀決策條件，進而實現(xiàn)主網(wǎng)繼電隱性故障的檢測。

1.1 主網(wǎng)繼電隱性故障數(shù)據(jù)采集

主網(wǎng)繼電隱性故障數(shù)據(jù)包含故障發(fā)生時間、故障所處位置、故障類型等多項信息條件，能夠為電網(wǎng)繼電主機提供檢測意見，并根據(jù)意見制定維護標準。一方面，實現(xiàn)對電網(wǎng)傳輸環(huán)境的合理構建，另一方面也可避免隱形故障因子的不當傳輸導致主網(wǎng)繼電保護設備出現(xiàn)故障。在殘差決策理論支持下，主網(wǎng)繼電結構具備極高的復雜度等級，且隨著電子傳輸量的不斷增大，待采集的故障數(shù)據(jù)總量也會逐漸增多，最終甚至會完全超過繼電主機所具備的數(shù)據(jù)承載條件[3-4]。在此情況下，為獲得更為準確的主網(wǎng)繼電隱性故障數(shù)據(jù)采集結果，應同時預設隱形故障行為的檢測類型，并根據(jù)該行為在既定檢測節(jié)點處的傳輸速率水平，確定已采集數(shù)據(jù)信息的實際應用價值。

設β代表隱形故障的檢測類型系數(shù)，λ代表既定檢測節(jié)點處的故障數(shù)據(jù)傳輸速率，聯(lián)立上述物理量，可將主網(wǎng)繼電保護隱性故障數(shù)據(jù)采集結果表示為：

其中，U代表電網(wǎng)繼電裝置兩端的負載電壓數(shù)值，I代表電網(wǎng)環(huán)境中的傳輸電流值，代表既定的電子量特征。

1.2 繼電殘差值生成

繼電殘差值描述了供電網(wǎng)隱形故障行為的實際發(fā)生幾率，由于主網(wǎng)繼電隱性故障數(shù)據(jù)采集結果的不確定性，繼電殘差值的存在形式也并不能保持完全穩(wěn)定的狀態(tài)。因此，為得到有效的隱性故障檢測結果，應在現(xiàn)有傳輸電子量條件的基礎上，分別計算電壓差降、電流差量的具體數(shù)值水平，再根據(jù)數(shù)值參量所屬的數(shù)值區(qū)間，對最終檢測處理所使用的執(zhí)行手段進行妥善安排[5-6]。在電網(wǎng)傳輸環(huán)境中，繼電殘差并不能完全代替穩(wěn)定的電壓差數(shù)值，在計算處理方面也會受到較多的限制。一方面，需要準確記錄電網(wǎng)環(huán)境中的電量傳輸情況，另一方面，也需要根據(jù)電量指標所處傳輸位置對其應用能力進行重新檢測[7]。

設q0代表最小的電子量差系數(shù)，qn代表最大的電子量差系數(shù)，n代表傳輸電子量的位置信息，在上述物理量的支持下，聯(lián)立式（1），可將繼電殘差值生成表達式定義為：

式中，h1代表第一個主網(wǎng)電子量故障特征系數(shù)，hn代表第n個主網(wǎng)電子量故障特征系數(shù)，代表h1與hn的平均值。

1.3 主觀決策條件

主觀決策能夠影響電子量在主網(wǎng)環(huán)境中的傳輸能力，受到繼電行為的影響，主網(wǎng)繼電隱性故障行為的發(fā)生幾率也會隨之增大。在此情況下，若不能對已發(fā)生故障行為進行有效檢測，不但會導致繼電主網(wǎng)陷入絕對混亂的應用環(huán)境，也會在一定程度上導致電量擊穿等現(xiàn)象出現(xiàn)。不同于傳統(tǒng)的殘差決策思想，主觀決策更注重對主網(wǎng)繼電能力的保護，在維護電量主機所具備故障檢測能力的同時，提升檢測節(jié)點處的電量傳輸能力，從而使得各類型的隱形故障信息得到準確剔除[8-9]。

設代表主網(wǎng)環(huán)境中的電子量參數(shù)系數(shù)，代表隱形故障信息的下限檢測條件，代表隱形故障信息的上限檢測條件，聯(lián)立上述物理量，可將主網(wǎng)繼電保護的主觀決策條件定義為：

其中，μ代表繼電主網(wǎng)中的電量混亂系數(shù)，代表隱形故障信息在單位時間內(nèi)的檢測均值量。

2 主網(wǎng)繼電保護隱性故障檢測方法

在上述分析基礎上，根據(jù)殘差決策思想，按照DSP 檢測主板連接、小電流接地穩(wěn)態(tài)分析、檢測差動量計算的處理流程，實現(xiàn)基于殘差決策的主網(wǎng)繼電保護隱性故障檢測。

2.1 DSP檢測主板

DSP 檢測主板左側包含多個連接串口，可將核心DSP 元件中的主網(wǎng)繼電隱性故障數(shù)據(jù)傳輸至其他檢測應用設備中，并可借助AD、MMI、HST31A 三個完全不同的芯片，對主電網(wǎng)環(huán)境中傳輸電子量進行平均處理，從而使主網(wǎng)繼電隱性故障數(shù)據(jù)得到充分處理，實現(xiàn)對主網(wǎng)繼電能力的有效保護[10-11]。

AD 芯片負責記錄隱性故障數(shù)據(jù)的實際傳輸需求，并可將已生成的信息記錄反饋至下級應用元件，以供電網(wǎng)主機的直接調(diào)取與應用。MMI 芯片則負責與核心DSP元件建立連接，在向上反饋隱性故障數(shù)據(jù)的同時，向下疏導已存儲的故障信息[12-13]。HST31A芯片則可提供較強的繼電保障能力，在整個主網(wǎng)環(huán)境中，可時刻維護正常電子量的穩(wěn)定傳輸行為。

2.2 小電流接地穩(wěn)態(tài)分析

小電流接地穩(wěn)態(tài)是一種階段性的穩(wěn)態(tài)關系，能夠說明主網(wǎng)繼電能力在階段性時間內(nèi)的變化特點，但并不能深入描述主網(wǎng)繼電隱性故障信息的傳輸能力。基于殘差決策思想，主網(wǎng)繼電能力受到DSP 檢測主板等多個電量結構體的直接保護，且出于應用安全性考慮，這些元件的工作能力必須具備長時間維持穩(wěn)態(tài)的能力，這也是主網(wǎng)繼電功能并不會受到隱形故障行為強烈影響的主要原因[14]。在不考慮其他干擾條件的情況下，小電流接地穩(wěn)態(tài)分析結果受到電量殘差邊界系數(shù)、差異化故障行為指標兩項物理量的直接影響。

規(guī)定由cmin、cmax限定的數(shù)字空間能夠將所有電子量數(shù)據(jù)囊括在內(nèi)，設電量殘差邊界系數(shù)為，差異化故障行為指標為f，聯(lián)立式（3），可將小電流接地穩(wěn)態(tài)分析條件表示為：

其中，ε表示特征穩(wěn)態(tài)權限量，表示特定情況下的隱形故障行為量化均值。

2.3 差動量檢測

檢測差動量描述了主網(wǎng)繼電隱性故障行為在主網(wǎng)繼電環(huán)境中的電子保護能力，隨著小電流接地形態(tài)逐漸趨于穩(wěn)定，差動量的數(shù)值水平也會開始呈現(xiàn)緩慢波動的狀態(tài)，從而使殘差決策制度能夠對主網(wǎng)繼電設備的運行能力進行提升。在不考慮其他干擾條件的情況下，檢測差動量指標同時受到殘差系數(shù)項、隱形故障檢測指標兩項物理量的影響[15-16]。

殘差系數(shù)項可表示為ω，隱形故障檢測指標可表示為?，在主網(wǎng)供應環(huán)境中，繼電量指標所具備的傳輸能力越強，主網(wǎng)繼電隱性故障行為的表現(xiàn)能力也就越強。在此情況下，為獲得更為準確的故障檢測結果，應注重對電子量系數(shù)的提取，并需要以此為基礎，實現(xiàn)對繼電行為的保障與維護。在上述物理量的支持下，聯(lián)立式（4），可將檢測差動量計算結果表示為：

式中，B1代表第一個繼電行為故障指標，Bn代表第n個繼電行為故障指標。

至此，實現(xiàn)各項物理系數(shù)指標的計算與處理，在殘差決策思想的支持下，完成主網(wǎng)繼電保護隱性故障檢測方法的設計。

3 應用能力分析

3.1 實驗環(huán)境

為驗證所提方法的有效性，進行實驗分析。分別將實驗組設備主機、對照組設備主機與圖1 所示的主網(wǎng)繼電裝置相連。其中，實驗組設備主機搭載基于殘差決策的主網(wǎng)繼電保護隱性故障檢測算法，對照組設備主機搭載傳統(tǒng)疊加分析型檢測方法。當各項實驗數(shù)值完全趨于穩(wěn)定后，記錄相關指標參量的具體變化情況。

圖1 主網(wǎng)繼電裝置

3.2 實驗結果分析

EDM 指標反映了繼電主機對于隱性故障行為的實際檢測速率，通常情況下，EDM 指標數(shù)值越大，繼電主機對于隱性故障行為的實際檢測速率也就越快。實驗結果如表1 所示。

表1 EDM指標數(shù)值

分析表1 中的實驗數(shù)據(jù)可知，實驗組EDM 指標保持先上升、再穩(wěn)定、最后下降的數(shù)值變化趨勢，且實驗前期的數(shù)值上升幅度明顯大于實驗后期的數(shù)值下降幅度。對照組EDM 指標則在一段時間的數(shù)值上升狀態(tài)后，開始逐漸趨于穩(wěn)定。從極限值角度來看，實驗組最大值75.9%，與對照組最大值36.0%相比，上升了39.9%。綜上可知，應用基于殘差決策的主網(wǎng)繼電保護隱性故障檢測方法后，EDM 指標數(shù)值水平得到了有效促進，可實現(xiàn)繼電主機對于隱性故障行為的快速檢測。

RBS 系數(shù)描述了隱性故障行為對于繼電主機的攻擊影響強度，在主網(wǎng)供電能力保持穩(wěn)定的情況下，RBS 系數(shù)值越大，隱性故障行為對于繼電主機的攻擊影響強度越高，得到的實驗結果如表2 所示。

表2 RBS指標數(shù)值

分析表2 可知，實驗組RBS 指標在一段時間的數(shù)值穩(wěn)定狀態(tài)后，開始呈現(xiàn)下降、上升交替出現(xiàn)的數(shù)值變化趨勢。對照組RBS 指標在數(shù)值連續(xù)上升后，開始呈現(xiàn)小幅穩(wěn)定狀態(tài)，最后又進入相對穩(wěn)定的數(shù)值波動狀態(tài)。從極限值角度來看，實驗組最大值為44.2%，與對照組最大值68.7%相比，下降了24.5%。綜上可知，應用基于殘差決策的主網(wǎng)繼電保護隱性故障檢測方法后，RBS 指標數(shù)值水平得到有效控制，可避免隱性故障行為對繼電主機進行高強度攻擊。

4 結束語

在殘差決策的影響下，主網(wǎng)繼電保護隱性故障檢測方法中，通過采集故障數(shù)據(jù)的方式，生成大量繼電殘差值，再借助主觀決策條件，分析小電流接地的穩(wěn)態(tài)形式，由于DSP 主板的存在，檢測差動量數(shù)值結果也更加符合實際應用需求。從實用性角度來看，EDM 指標數(shù)值的增大、RBS 指標數(shù)值的減小，可提升隱性故障實際檢測速率，避免隱性故障對繼電主機的影響。