基于故障信息系統(tǒng)的試驗故障報告識別方法及軟件設(shè)計

李一泉，焦邵麟，曾耿暉，劉瑋，屠卿瑞，譚乾，詹慶才

(1.廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力調(diào)度控制中心，廣州 510600； 2.北京四方繼保自動化股份有限公司，北京 100085)

0 引言

電網(wǎng)發(fā)生故障時，調(diào)度工作人員通過故障信息系統(tǒng)能及時獲取到故障相關(guān)信息以快速定位故障元件及故障發(fā)生的原因，對于電網(wǎng)恢復(fù)供電及可靠運行至關(guān)重要[1-6]。隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴大和電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的日益復(fù)雜，故障信息系統(tǒng)接入的繼電保護(hù)及故障信息子站(以下簡稱保信子站)個數(shù)越來越多，在網(wǎng)省調(diào)部署運行的故障信息主站系統(tǒng)甚至可能接入數(shù)百個變電站的保護(hù)裝置[7-10]。電網(wǎng)運行過程中，每天都可能有新建變電站對繼電保護(hù)裝置做入網(wǎng)試驗，或者早已投入運行的變電站因間隔擴建、檢修需要對繼電保護(hù)裝置進(jìn)行試驗，這些保護(hù)的試驗數(shù)據(jù)也將和真實故障發(fā)生時一樣，將保護(hù)動作相關(guān)數(shù)據(jù)上送到調(diào)度端故障信息系統(tǒng)并生成電網(wǎng)故障報告。對于調(diào)度人員來說，只需要關(guān)注真實故障產(chǎn)生的電網(wǎng)故障報告，由現(xiàn)場試驗產(chǎn)生的電網(wǎng)故障報告需要故障信息系統(tǒng)過濾排除。因此如何通過有效手段去識別這些檢修試驗電網(wǎng)故障報告和真實故障報告數(shù)據(jù)，盡量避免誤推給調(diào)度人員就顯得非常重要。目前還沒有相關(guān)文獻(xiàn)專門從實用化角度基于故障信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源來分析電網(wǎng)試驗故障識別方法，本文重點根據(jù)現(xiàn)場運行經(jīng)驗提出了4種實用的排除試驗故障數(shù)據(jù)方法，并設(shè)計和開發(fā)了基于故障信息系統(tǒng)的電網(wǎng)故障報告整理軟件。

1 電網(wǎng)故障報告概述

故障信息系統(tǒng)通過保信子站獲取變電站內(nèi)的保護(hù)裝置信息和集中錄波器裝置信息，這些信息包括：保護(hù)動作事件、保護(hù)告警、保護(hù)錄波簡報、保護(hù)錄波文件、集中錄波器錄波簡報、集中錄波器錄波文件等。變電站現(xiàn)場做保護(hù)試驗或真實故障發(fā)生時，保護(hù)裝置將通過保信子站將這些動作信息上送給故障信息系統(tǒng)。變電站配有全球定位系統(tǒng)(GPS)對時裝置，繼電保護(hù)裝置和集中錄波器上送的這些動作信息數(shù)據(jù)在上送時會帶上時標(biāo)。

故障信息系統(tǒng)接收到動作信息后，根據(jù)一、二次設(shè)備關(guān)聯(lián)關(guān)系以及動作信息中所帶的時標(biāo)進(jìn)行分組打包，屬于同一個一次設(shè)備、所帶的時標(biāo)差值在一定范圍內(nèi)的保護(hù)動作信息和集中錄波器信息整合成一個故障報告。

故障報告中含有保護(hù)動作信息即認(rèn)為保護(hù)發(fā)生了動作。而故障報告中如果只有集中錄波器信息，卻沒有保護(hù)動作信息，一般認(rèn)為是保護(hù)未動作，會被過濾掉。

真實故障產(chǎn)生的電網(wǎng)故障報告，本文統(tǒng)一稱為真實故障報告；現(xiàn)場保護(hù)試驗產(chǎn)生的故障報告，本文統(tǒng)一稱為試驗故障報告。

從這些有保護(hù)動作的故障報告中識別出哪些是保護(hù)試驗故障報告，哪些是真實故障報告，試驗故障報告不需要向調(diào)度人員推送故障告警，只有真實故障報告才需要向調(diào)度人員推送。這就需要對這些動作數(shù)據(jù)進(jìn)行特征分析，或者從試驗方法的角度去尋找排除試驗故障報告的方法。

2 電網(wǎng)故障報告狀態(tài)判斷方法

針對上述問題，本文提出以下4種電網(wǎng)故障報告對應(yīng)狀態(tài)的判斷方法。

2.1 檢修標(biāo)記判斷方法

一般來說，當(dāng)變電站內(nèi)的保護(hù)裝置帶有檢修壓板時，在現(xiàn)場試驗之前，試驗人員如果投入了檢修壓板，在試驗過程中，保護(hù)裝置上送的動作信息就可以附帶上檢修質(zhì)量碼再上送到故障信息系統(tǒng)。

故障信息系統(tǒng)整合電網(wǎng)故障報告的過程中，發(fā)現(xiàn)有一個或多個保護(hù)動作信息帶有檢修質(zhì)量碼，就可以將該故障報告判為試驗故障報告。

如果保護(hù)裝置投入了檢修壓板，但未對動作信息置檢修質(zhì)量碼，就可以由故障信息系統(tǒng)去識別檢修壓板狀態(tài)。如果故障報告整合過程中，有某個保護(hù)的檢修壓板狀態(tài)為投入，則認(rèn)為此故障報告為試驗故障報告。

2.2 相鄰間隔信息判斷方法

當(dāng)變電站內(nèi)的保護(hù)裝置不帶有檢修壓板時，保護(hù)裝置上送的動作信息無法附帶檢修質(zhì)量碼，故障信息系統(tǒng)也無法通過獲取保護(hù)裝置的檢修壓板來識別試驗故障報告時，可以通過試驗方法去尋找保護(hù)試驗動作和真實故障引起保護(hù)動作的區(qū)別。

變電站現(xiàn)場試驗時，為了避免影響到其他間隔的正常運行或者試驗分析，試驗人員一般是對各個間隔分開做試驗，每次只對一個間隔上的各個保護(hù)做加量試驗，從而分析其動作邏輯是否正確。因此變電站試驗時，只有一個間隔上的保護(hù)裝置會發(fā)生啟動或者動作，而其他間隔上的保護(hù)裝置因為未加故障量，而不會有任何影響，也就不會有啟動或者動作。

而電網(wǎng)真實運行時，如果某個間隔上發(fā)生故障，也會對相鄰間隔造成一定的影響，很可能引起站內(nèi)相鄰間隔上的保護(hù)發(fā)生啟動甚至動作。

根據(jù)這一差別，本文提出相鄰間隔信息判斷方法，故障信息系統(tǒng)在整合一個故障報告時，可以對其他相近時間段內(nèi)的故障報告進(jìn)行遍歷，檢索是否有同一變電站內(nèi)的其他間隔上保護(hù)的動作信息。對于線路故障而言，同一故障報告中，可能包含兩側(cè)變電站的保護(hù)動作信息，那么兩側(cè)變電站中只要有其中一側(cè)變電站的保護(hù)含有啟動或動作信息，則認(rèn)為該故障報告可能是真實故障報告。反之，如果兩側(cè)變電站中沒有任何其他間隔的保護(hù)裝置的啟動或動作信息，則認(rèn)為是試驗故障報告。

2.3 同間隔信息判斷方法

對于220 kV及以上電壓等級的線路，會配有2套或2套以上的不同型號的主保護(hù)。而變電站現(xiàn)場試驗時，一般只對單臺主保護(hù)進(jìn)行加量試驗，不會同時對多臺主保護(hù)進(jìn)行試驗。因此如果電網(wǎng)故障報告中，線路其中一側(cè)變電站內(nèi)有2套甚至2套以上的主保護(hù)有動作數(shù)據(jù)，則認(rèn)為是真實故障產(chǎn)生的電網(wǎng)故障報告。

另外，現(xiàn)場做試驗時，一般只會同時聯(lián)調(diào)線路兩側(cè)第1套保護(hù)，或同時聯(lián)調(diào)線路兩側(cè)的第2套保護(hù)，而不會出現(xiàn)線路本側(cè)變電站調(diào)試第1套保護(hù)，對側(cè)變電站調(diào)試第2套保護(hù)或斷路器保護(hù)的情況，因此線路本側(cè)變電站有主一保護(hù)動作數(shù)據(jù)，而線路對側(cè)變電站有主二保護(hù)或斷路器保護(hù)動作數(shù)據(jù)，則也判為真實故障。

本判據(jù)只針對故障一次設(shè)備為線路的情況，其他一次設(shè)備故障仍采用之前的方法。

2.4 一次設(shè)備信息輔助判斷方法

除上述通過故障信息系統(tǒng)本身獲取的信息來判斷是否真實故障產(chǎn)生的電網(wǎng)故障報告方法以外，故障信息系統(tǒng)還可以通過從調(diào)度自動化系統(tǒng)的其他監(jiān)控系統(tǒng)中導(dǎo)入相關(guān)一次設(shè)備的數(shù)據(jù)來進(jìn)行輔助判斷。

電網(wǎng)調(diào)度能力管理系統(tǒng)(EMS)獲取到故障發(fā)生時的開關(guān)變位事件順序記錄(SOE)信息，信息只在真實故障發(fā)生時才會生成。因此故障信息系統(tǒng)如果能獲取到EMS的SOE信息，在整合電網(wǎng)故障報告時，收到拓?fù)湎嗦?lián)的相近時間段內(nèi)的開關(guān)變位SOE信息，則認(rèn)為該電網(wǎng)故障報告是真實故障產(chǎn)生的。

3 電網(wǎng)故障報告整理軟件設(shè)計思路

如圖1所示，電網(wǎng)故障報告整理軟件從消息總線上獲得消息，如保護(hù)事件、保護(hù)告警、保護(hù)分散錄波、集中錄波器錄波等，并將這些消息轉(zhuǎn)化為符合故障處理的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，最后在人機界面上做可視化展示。

圖1 電網(wǎng)故障整合主要信息示意

Fig.1 Main information integration of grid fault

除此之外，電網(wǎng)故障報告整理軟件還負(fù)責(zé)召喚錄波文件的命令下發(fā)、故障告警等。故障報告的處理邏輯部分通過設(shè)計單獨模塊來完成，該模塊負(fù)責(zé)按照定義規(guī)則完成故障信息的整合等工作，并提供接口函數(shù)，供使用方使用，其主要內(nèi)容包括：故障整合規(guī)則，故障簡報形成規(guī)則等。

軟件的邏輯處理方式通過消息總線實現(xiàn)信息采集，在一次、二次設(shè)備關(guān)聯(lián)關(guān)系、拓?fù)湫畔ⅰ⑹录畔⒌年P(guān)聯(lián)基礎(chǔ)上,采用本文第2節(jié)提及的4種電網(wǎng)故障報告狀態(tài)判斷方法，即檢修標(biāo)記判斷方法、相鄰間隔信息判斷方法、同間隔信息判斷方法和一次設(shè)備信息輔助判斷方法，對故障信息進(jìn)行整理和分析。具體來說，故障整合軟件流程如圖2所示，其詳細(xì)規(guī)則如下。

圖2 故障整合軟件處理流程

Fig.2 Software processing flow of fault integration

(1)信息按設(shè)備收集。從消息總線收到的保護(hù)動作事件消息、保護(hù)告警消息、保護(hù)錄波消息、故障錄波器錄波消息根據(jù)二次設(shè)備所關(guān)聯(lián)的一次設(shè)備進(jìn)行收集。從消息總線收到一次設(shè)備SOE事件消息，根據(jù)一次設(shè)備進(jìn)行收集。相同的一次設(shè)備或二次設(shè)備，且動作時間差在允許時間段內(nèi)收集到一起，整理成一個故障報告數(shù)據(jù)包。

(2)按設(shè)備分析。將故障報告數(shù)據(jù)包逐一進(jìn)行分析，分析故障報告數(shù)據(jù)包中是否有出口、重合閘等信息，并從保護(hù)事件信息中提取故障零時刻、動作相別、故障相別、測距等信息。

對于只有保護(hù)啟動事件，沒有保護(hù)動作出口事件的故障報告數(shù)據(jù)包，緩存在內(nèi)存中一定時間段后進(jìn)行故障報告數(shù)據(jù)包自動刪除；而對于既有保護(hù)啟動事件，又有保護(hù)動作出口事件的故障報告數(shù)據(jù)包，才可以進(jìn)行下一步分析。

(3)故障信息分群分析。信息分群是在一次設(shè)備、二次設(shè)備信息收集并分析的基礎(chǔ)上，按一次設(shè)備、二次設(shè)備的空間關(guān)聯(lián)關(guān)系，再結(jié)合接收時間、所帶時標(biāo)進(jìn)行關(guān)聯(lián)結(jié)合。將屬于同一個一次設(shè)備、動作時間或接收時間差在允許范圍內(nèi)的故障數(shù)據(jù)包關(guān)聯(lián)到一起。

(4)保護(hù)/開關(guān)行為分析。定時對故障報告數(shù)據(jù)包中的錄波波形文件進(jìn)行分析，對比收集到的動作信息，分析故障相別、動作相別、重合閘動作、測距等數(shù)據(jù)是否正確。

(5)測試故障報告過濾。由于現(xiàn)場試驗時大量的保護(hù)動作信息數(shù)據(jù)也會上送，所以有必要對故障報告數(shù)據(jù)包進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，區(qū)分收到的保護(hù)動作相關(guān)信息是現(xiàn)場試驗，還是現(xiàn)場發(fā)生了真實故障。

當(dāng)保護(hù)裝置被置為檢修態(tài)，或者收到的保護(hù)事件、告警消息、質(zhì)量碼為測試態(tài)時，將故障報告數(shù)據(jù)包判為測試態(tài)，進(jìn)行過濾刪除。

當(dāng)一次設(shè)備保護(hù)動作出口時，該一次設(shè)備所在廠站(對于線路是兩側(cè)廠站)的其他一次設(shè)備并無保護(hù)裝置的啟動和出口信息時，認(rèn)為是現(xiàn)場試驗上送的數(shù)據(jù)，并將故障報告數(shù)據(jù)包判為測試態(tài)，并存儲入歷史數(shù)據(jù)庫。

針對裝置時間不同步、保護(hù)傳控裝置或保護(hù)常常不上送測試態(tài)標(biāo)志、開關(guān)拒動后備保護(hù)動作、備自投動作等問題，結(jié)合系統(tǒng)實際運行情況，根據(jù)時間規(guī)則、遙測遙信信息、保護(hù)事件信息、錄波分析信息、多端信息等進(jìn)行故障分析，綜合判斷，進(jìn)行時空預(yù)處理以及對試驗故障有效識別并剔除的故障智能分析。

采用多源數(shù)據(jù)，對時間同步問題進(jìn)行預(yù)處理，去除原來對時間的過多依賴的問題，對設(shè)備的數(shù)據(jù)預(yù)處理來分析遠(yuǎn)后備保護(hù)關(guān)系和屏蔽保護(hù)測試時上送的信息，并對分析結(jié)果形成故障簡述。裝置級和電網(wǎng)級故障報告整合的判斷流程分別如圖3、圖4所示。

圖3 裝置級故障報告整合判斷流程

Fig.3 Device-level fault report integrationjudgment process

圖4 電網(wǎng)級故障報告整合判斷流程

Fig.4 Grid-level fault report integrationjudgment process

故障信息依據(jù)以上故障整理規(guī)則進(jìn)行分析、整理成獨立故障包以后，需要依據(jù)故障簡報形成規(guī)則生成故障簡報。故障簡報形成規(guī)則如下：提取動作零時刻、一次設(shè)備名稱、故障相別、動作相別、測距信息，形成簡要的故障報告描述，簡報格式為：[時間] [一次設(shè)備][故障相別]故障。動作相：[動作相別]。測距：[變電站][測距值]。

4 工程應(yīng)用情況

本文設(shè)計開發(fā)的電網(wǎng)故障報告整理軟件系統(tǒng)2016年12月在某電網(wǎng)公司上線運行，運行情況良好(見表1)，2016年12月至2018年6月試驗故障次數(shù)89次，真實故障322次，系統(tǒng)推送故障次數(shù)334次，月最大誤報率為7.14%，平均誤報率約為2.92%。

表1 電網(wǎng)故障報告情況統(tǒng)計Tab.1 Statistics of grid fault reports

續(xù)表

5 結(jié)束語

本文基于故障信息系統(tǒng)，從實用化的角度，提出了4種判斷試驗故障報告和真實故障報告的方法，即檢修標(biāo)記判斷方法、相鄰間隔信息判斷方法、同間隔信息判斷方法和一次設(shè)備輔助判斷方法，通過以上判斷方法的綜合運用，并以此思路構(gòu)建設(shè)計了電網(wǎng)故障報告整理軟件系統(tǒng)。該系統(tǒng)在某電網(wǎng)公司于2016年12月上線運行以來，運行情況良好，有效避免了大量試驗產(chǎn)生的電網(wǎng)故障報告誤推送給調(diào)度運行人員(由試驗故障報告引起的真實故障平均誤報率不超過2.92%)，為調(diào)度人員及時找到真實故障產(chǎn)生的電網(wǎng)故障報告，快速定位故障位置、分析故障原因提供了非常有效的手段。