李 偉 付小偉 馮 波 周玉冰 魏小偉

（1.國網(wǎng)隨州供電公司 2.湖北睿訊智源電氣有限公司）

0 引言

基于故障錄波數(shù)據(jù)的變電站故障分析系統(tǒng)是一種重要的技術手段，它通過對變電站采集的故障錄波數(shù)據(jù)進行深入分析和處理，能夠快速準確地識別故障類型和位置，為變電站的故障診斷和處理提供了有力支持和保障。因此，深入研究基于故障錄波數(shù)據(jù)的變電站故障分析系統(tǒng)，對于進一步提升電力系統(tǒng)的故障處理能力和運行管理水平具有重要的意義和價值。

1 系統(tǒng)總體設計

該系統(tǒng)采用VisuаlC++6.0作為開發(fā)工具，并在32位Windows平臺上運行，后臺數(shù)據(jù)庫選擇了大型關系數(shù)據(jù)庫ORACLE。系統(tǒng)的后臺數(shù)據(jù)庫管理模塊使用了標準的ADO接口與ORACLE數(shù)據(jù)庫進行連接。整個系統(tǒng)由數(shù)據(jù)源模塊、數(shù)據(jù)庫管理模塊、故障信息處理模塊和信息遠傳模塊四大部分組成。如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構設計

數(shù)據(jù)源模塊負責將保護和錄波裝置獲取的信息進行格式轉(zhuǎn)換，并存儲到數(shù)據(jù)庫中。其中，故障錄波信息采用了國際通用的COMTRADE 99格式，包括DAT、CFG、HDR等文件。數(shù)據(jù)庫管理模塊負責管理變電站系統(tǒng)的配置參數(shù)、故障信息和錄波數(shù)據(jù)存儲等。故障信息處理模塊是系統(tǒng)的核心部分，負責對來自數(shù)據(jù)源的故障數(shù)據(jù)進行篩選、分類，并確定優(yōu)先級，同時利用故障錄波數(shù)據(jù)和保護動作信息進行故障定位和評判開關保護動作行為。信息遠傳模塊負責將故障分析模塊的結(jié)果通過電力數(shù)據(jù)專線網(wǎng)傳輸至調(diào)度中心。

2 數(shù)據(jù)管理模塊

數(shù)據(jù)庫管理模塊是該系統(tǒng)的基礎模塊，整個故障分析過程都依賴于對數(shù)據(jù)庫的操作［1］。該模塊主要包括歷史數(shù)據(jù)庫和實時數(shù)據(jù)庫兩部分。歷史數(shù)據(jù)庫用于存儲元件參數(shù)表、元件保護配置表、故障錄波器模擬量通道對應表和開關量通道對應表等數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)是系統(tǒng)運行和故障分析過程中所必需的基本信息，對于系統(tǒng)運行狀態(tài)的監(jiān)測和故障定位都起著重要作用。而實時數(shù)據(jù)庫則主要用來存儲故障錄波器采集的實時錄波信息以及保護信息。

實時數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)是及時更新的，能夠準確反映當前系統(tǒng)運行狀態(tài)，為故障分析和定位提供實時支持。這兩個數(shù)據(jù)庫相輔相成，共同構成了系統(tǒng)的基礎數(shù)據(jù)支撐，為故障分析模塊提供了必要的數(shù)據(jù)基礎。同時，數(shù)據(jù)庫管理模塊也負責確保數(shù)據(jù)庫的穩(wěn)定性和安全性，保障數(shù)據(jù)的完整性和可靠性，為系統(tǒng)的高效運行提供了保障。

3 故障錄波分析模塊

3.1 故障初判

故障錄波分析模塊是該系統(tǒng)的核心模塊之一，負責對故障錄波器采集的數(shù)據(jù)進行初步分析和判斷，從而確定故障的類型和位置［2］。在故障初判階段，系統(tǒng)首先對采集到的故障錄波數(shù)據(jù)進行格式解析和初步處理，包括數(shù)據(jù)解碼、校驗和數(shù)據(jù)清洗等步驟。隨后，系統(tǒng)針對不同類型的故障進行特征提取和識別，比如電壓異常、電流突變、頻率異常等，以便對故障類型進行初步分類。

同時，系統(tǒng)會根據(jù)保護動作信息和故障錄波數(shù)據(jù)進行關聯(lián)分析，判斷保護裝置的動作是否符合實際故障情況，進而確定故障發(fā)生的位置和范圍。在這一過程中，系統(tǒng)會引用一系列故障診斷算法和模型，比如：時頻分析、差分方程方法、小波變換等，以提高故障診斷的準確性和可靠性。

除此之外，系統(tǒng)還會結(jié)合歷史數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù)，進行綜合比對和分析，進一步驗證故障的判斷結(jié)果。并根據(jù)初步分析結(jié)果生成故障報告并向相關工作人員發(fā)送警報，以便及時采取相應的措施進行故障處理和修復。通過故障錄波分析模塊的初步判斷，系統(tǒng)能夠快速響應故障事件，并提供及時的處理建議，保障電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

最后，該模塊還能夠記錄和存儲故障分析過程中的關鍵數(shù)據(jù)和結(jié)果，為后續(xù)故障定位和分析提供重要參考依據(jù)。綜上所述，故障錄波分析模塊在電力系統(tǒng)故障處理中具有不可或缺的重要作用，通過高效準確的故障初判，為保障電力系統(tǒng)的安全可靠運行提供了堅實的技術支持和保障。

3.2 故障定位

故障錄波分析模塊是電力系統(tǒng)故障處理中的核心環(huán)節(jié)之一，主要負責通過對故障錄波數(shù)據(jù)進行深入分析和處理，確定故障的精確位置和范圍。在故障定位階段，系統(tǒng)首先對采集到的故障錄波數(shù)據(jù)進行詳細的時域和頻域分析，以獲取故障發(fā)生時的波形特征和頻譜信息［3］。系統(tǒng)會運用數(shù)學模型和算法，例如：小波變換、功率譜分析、相關性分析等方法，對數(shù)據(jù)進行精準處理和計算，以便確定故障發(fā)生的時間點和故障波形的特征。

其次，系統(tǒng)會結(jié)合電力系統(tǒng)的拓撲結(jié)構和故障信息，對故障發(fā)生位置進行進一步推測和確認。在這一過程中，系統(tǒng)會利用拓撲分析算法和節(jié)點關聯(lián)算法，對系統(tǒng)的電氣網(wǎng)絡拓撲進行建模和計算，以確定故障點的位置和影響范圍。同時，系統(tǒng)會結(jié)合保護裝置的動作信息和故障錄波數(shù)據(jù)，進行保護范圍和保護裝置動作時序的比對，以驗證故障位置的準確性和可靠性。

除此之外，系統(tǒng)還會考慮外部因素和電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)，如負荷變化、輸電線路狀況等因素，進行綜合分析和判斷，進一步確定故障的具體位置和范圍，生成故障定位報告并向相關工作人員發(fā)送警報，以便及時采取相應的措施進行故障處理和修復。通過故障錄波分析模塊的精準定位，系統(tǒng)能夠快速響應故障事件并提供準確的定位結(jié)果，為保障電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行提供有力的技術支持和保障。

最后，該模塊還能夠記錄和存儲故障定位過程中的關鍵數(shù)據(jù)和結(jié)果，為后續(xù)故障處理和故障分析提供重要參考依據(jù)。綜上所述，故障錄波分析模塊在電力系統(tǒng)故障處理中具有重要的地位和作用，通過精準高效的故障定位，為提高電力系統(tǒng)的安全性和可靠性提供了重要支持和保障。如圖2所示。

圖2 故障分析模塊流程圖

3.3 開關保護動作行為評價

故障錄波分析模塊在電力系統(tǒng)故障處理中扮演著至關重要的角色，除了進行故障定位和初步判定外，還需要對開關保護的動作行為進行評價和分析［4］。在故障錄波分析模塊中，系統(tǒng)首先會收集和整理故障發(fā)生時的開關保護動作信息，包括開關動作時間、動作次數(shù)、動作原因等關鍵數(shù)據(jù)。

其次，系統(tǒng)會結(jié)合故障錄波數(shù)據(jù)和保護動作信息，對保護裝置的動作時序和動作原因進行詳細分析和評價，以驗證保護裝置的可靠性和動作準確性。系統(tǒng)會運用數(shù)學模型和算法，比如邏輯判別法、時序比對法、差分方程模型等，對保護動作行為進行精準計算和推理，以確定保護裝置的動作是否符合故障類型和范圍。

再次，系統(tǒng)會考慮電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和運行情況，對保護裝置的動作與系統(tǒng)的整體運行狀態(tài)進行關聯(lián)分析和對比，以評估保護裝置的動作對系統(tǒng)運行的影響和作用。此外，系統(tǒng)還會參考相關的電力行業(yè)標準和規(guī)范，對保護裝置的動作行為進行合規(guī)性檢查和評估，以確保保護裝置的動作符合安全要求和技術規(guī)范。

最后，系統(tǒng)會生成保護動作評價報告，并向相關工作人員提供詳細的評估結(jié)果和建議，以便及時采取相應的措施對保護裝置進行調(diào)整和優(yōu)化。通過故障錄波分析模塊對開關保護動作行為的評價，系統(tǒng)能夠全面了解保護裝置的運行情況和性能表現(xiàn)，為保障電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行提供全面而可靠的保障和支持。同時，該模塊還能夠記錄和存儲保護動作評價過程中的關鍵數(shù)據(jù)和結(jié)果，為后續(xù)故障處理和保護裝置的優(yōu)化提供重要參考依據(jù)。

正因為如此，故障錄波分析模塊在電力系統(tǒng)故障處理中具有不可或缺的重要作用，通過對開關保護動作行為的精準評價，為提高電力系統(tǒng)的安全性和可靠性提供了有力的技術支持和保障。如圖3所示。

圖3 故障簡報格式

4 子站信息分類

4.1 電壓等級分類

基于故障錄波數(shù)據(jù)的變電站故障分析系統(tǒng)研究中，子站信息分類是其中的關鍵環(huán)節(jié)。電壓等級分類是一種常見的子站信息分類方式，它將不同電壓等級的子站進行分類，包括高壓子站、中壓子站和低壓子站等。這種分類方式有助于對變電站進行有效管理和監(jiān)控，便于針對不同電壓等級的子站進行特定的故障分析和處理。通過電壓等級分類，系統(tǒng)能夠?qū)Σ煌燃壍淖诱具M行區(qū)分，從而更好地實現(xiàn)對變電站故障數(shù)據(jù)的分類和整理，為故障分析提供了重要的基礎和支持。如表1所示。

表1 電壓等級分類

4.2 功能性分類

在基于故障錄波數(shù)據(jù)的變電站故障分析系統(tǒng)研究中，子站信息分類起著重要作用，其中功能性分類是一種關鍵的分類方式。通過功能性分類，將不同功能和用途的子站進行歸類，如變電站、配電站、換流站等。這種分類方式有助于系統(tǒng)對各類子站的功能特點和故障特征進行深入分析和比對，從而更好地實現(xiàn)對變電站系統(tǒng)的全面監(jiān)控和故障分析。通過功能性分類，系統(tǒng)能夠?qū)Σ煌δ艿淖诱具M行精準定位和故障判斷，為故障分析和處理提供了重要的技術支持和保障。

4.3 位置分類

在基于故障錄波數(shù)據(jù)的變電站故障分析系統(tǒng)研究中，子站信息分類是系統(tǒng)研究中的關鍵環(huán)節(jié)之一。位置分類是其中的重要內(nèi)容之一，通過將子站按照地理位置或布局進行分類，包括城區(qū)子站、郊區(qū)子站、山區(qū)子站等。這種分類方式有助于系統(tǒng)對不同位置子站的地理環(huán)境和運行情況進行詳細分析和比對，從而更好地實現(xiàn)對變電站系統(tǒng)的精準監(jiān)測和故障分析。通過位置分類，系統(tǒng)能夠?qū)Σ煌恢米诱镜奶攸c和影響因素進行深入分析和評估，為故障處理提供了重要的參考和支持。

4.4 用途分類

在基于故障錄波數(shù)據(jù)的變電站故障分析系統(tǒng)研究中，子站信息分類是系統(tǒng)研究的重要組成部分。用途分類是其中的重要內(nèi)容之一，通過對子站按照具體用途和功能進行分類，如發(fā)電子站、輸電子站、配電子站等。這種分類方式有助于系統(tǒng)對不同用途子站的特點和功能進行深入理解和分析，為系統(tǒng)的故障分析和處理提供了重要的依據(jù)和支持。通過用途分類，系統(tǒng)能夠針對不同用途子站的特點和作用進行精準定位和分析，為故障處理提供了重要的技術支持和保障。

4.5 技術性分類

在基于故障錄波數(shù)據(jù)的變電站故障分析系統(tǒng)研究中，子站信息分類是研究的重要組成部分之一。技術性分類是其中的關鍵內(nèi)容，通過對子站根據(jù)所采用的技術和裝備進行分類，如傳統(tǒng)子站和智能子站等。這種分類方式有助于系統(tǒng)深入了解不同技術性子站的特點和功能，為系統(tǒng)的故障分析和處理提供了重要的依據(jù)和支持。通過技術性分類，系統(tǒng)能夠?qū)Σ煌夹g性子站的特點和技術水平進行準確分析和評估，為故障處理提供了重要的技術支持和保障。

5 結(jié)束語

綜上所述，基于故障錄波數(shù)據(jù)的變電站故障分析系統(tǒng)的研究為電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行提供了有力的技術支持和保障，具有廣泛的應用前景和重要的實際意義。未來的研究工作可以進一步完善系統(tǒng)的功能和性能，提高系統(tǒng)的智能化水平，以更好地滿足電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展和改進需求。