基于告警信息的保護跳閘識別方法研究

段翔兮，何 銳，李小鵬，馮世林，吳海瑕

(1.國網四川省電力公司電力科學研究院，四川 成都 610041；2. 國網四川省電力公司，四川 成都 610041；3.西昌電力工程有限責任公司，四川 涼山 615000)

0 引 言

目前保護跳閘事件發生后，在調控主站主要依靠調控人員人工梳理告警信號來識別跳閘事件的類型和漏發信號等[1-2]。特別是超高壓輸電線路送電距離長，經常跨越不同地形，易受風力、外力影響發生故障，發生故障后，依賴保護的準確快速動作來切除故障;保護能否正確動作直接影響著電網的安全可靠運行[3-5]。在實際調控運行中，調控人員根據故障后保護跳閘序列中的保護動作信息和開關動作信息判斷故障情況和保護的動作情況。目前超高壓線路普遍配置了雙重化保護，在故障發生后，保護動作信息、開關動作信息和其他伴隨信息將在短時間內頻發至告警窗[6-7]。面對短時間頻發的諸多告警信息，調控人員單純依靠人工識別，很難迅速識別出這些告警信息是否完全正確，也無法及時判斷有無漏發信號，影響了對故障和保護動作情況的及時判斷與處置[8-10]。

目前國內外還沒有基于告警信息對保護跳閘事件進行自動識別的方法。為解決調控人員人工識別保護跳閘序列中保護和開關動作信息費時費力、難以迅速判斷有無漏發信號的問題，提出對保護跳閘序列比對的方法，并對所提方法進行了模塊化的設計與實現，建立了跳閘事件標準序列模板。基于序列比對算法，根據信號特征建立事件觸發條件并進行序列比對，通過計算機進行了算法功能實現，經過實用化證明了所提方法的有效性和可靠性。

1 序列比對算法

序列比對算法是主要功能實現的關鍵，通過長期的系統運行經驗和算法總結，形成了如圖1所示的流程圖。

圖1 序列對比算法總體流程

首先，根據監控告警信號中的“間隔事故匯總”和“斷路器事故分閘信號”作為觸發條件判斷跳閘事件的發生；然后，采集該信號前后各2 min內觸發的所有告警信號，根據關鍵信號判斷跳閘事件的類型，比如線路跳閘、主變壓器跳閘、電容器跳閘等；再根據事件類型選取相應跳閘事件的標準信號序列，同時對標準信號序列和待匹配序列進行數字化編碼；最后，將標準信號序列和待匹配序列進行匹配，確定事件類型，判斷是否有漏發信號并輸出結果。

2 保護跳閘事件

在所有跳閘事件中，發生最多的為線路保護的跳閘事件，因此，以高壓交流線路保護跳閘為例，其跳閘邏輯見圖2所示。

圖2中，當事件觸發后，根據跳閘后重合閘的動作情況，分別生成故障無重合閘、重合閘成功和重合閘失敗3種情況下的跳閘事件模板，并分別記為M1、M2和M3；對模板M1、M2和M3中的保護和開關動作信息進行融合處理，生成總跳閘事件模板MT，并對其中的保護和開關動作信息進行數字編碼，生成數字集合QT1、QT2、QT3和QT。

圖2 線路保護跳閘邏輯

收集實際線路保護跳閘時間前后各2 min內和該線路相關的保護和斷路器動作信息，生成待匹配序列MO。將待匹配序列MO中的信息依次與總模板MT中的信息進行關鍵字匹配，如果匹配上MT中的某條信息，則將該信息的數字編碼記錄下來，生成待匹配序列MO對應的匹配集合QP。再根據匹配集合QP對跳閘事件類型進行識別，確定實際的跳閘事件類型。

根據實際的跳閘事件類型，將匹配集合QP與實際跳閘事件類型對應的數字集合進行比較，完成序列識別，判斷有無漏發信號。

生成的故障無重合閘、重合閘成功和重合閘失敗3種跳閘事件模板M1、M2和M3中，M1包括無重合閘和斷路器合閘信息，M2包括重合閘或斷路器合閘信息，M3包括重合閘或斷路器合閘信息或斷路器分閘信息，且斷路器分閘信息比合閘信息多1次。

上述步驟中，對模板M1、M2和M3中的保護和開關動作信息進行融合處理，生成總跳閘事件模板MT，形成過程如下。

M1中共有a條告警信息：

M1={x1,x2,x3,x4,x5,…,xa}

(1)

M2中共有b條告警信息：

M2={x1,x2,x3,x4,x5,x6,…,xb}

(2)

M3中共有c條告警信息：

M3={x1,x2,x3,x4,x5,x6,x7,…,xc}

(3)

則形成的總模板MT為

MT={x1,x2,x3,x4,x5,x6,x7,…,xd}，

(d=max{a，b，c})

(4)

對總模板MT中的保護和開關動作信息按照不同類型進行數字編碼，編碼過程如下。

M1中共有a條告警信息：

QT1={1,2,3,4,5,…,a}

(5)

M2中共有b條告警信息：

QT2={1,2,3,4,5,6,…,b}

(6)

M3中共有c條告警信息：

QT3={1,2,3,4,5,6,7,…,c}

(7)

MT中有d條告警信息：

QT={1,2,3,4,5,6,7,…,d}，
(d=max{a，b，c})

(8)

將待匹配序列MO中的信息依次與總模板MT中的信息進行關鍵字匹配，匹配過程如下。

MO中包含的信息有：

MO={e,f,g,h,i}，

(0

(9)

式中，e、f、g、h、i為匹配信息編碼。

通過與MT匹配，形成的匹配集合：

QP={e,f,g,h,i}

(10)

根據匹配集合QP對跳閘事件類型進行識別確認，識別過程如下：

1)QP中沒有重合閘和斷路器合閘信息，判斷事件類型為故障無重合閘；

2)有重合閘或有斷路器合閘信息和斷路器分閘信息，且斷路器分閘信息比合閘信息多1次，判斷事件類型為重合閘失敗；

3)有重合閘或有斷路器合閘信息和或斷路器分閘信息，且斷路器分閘信息的次數小于或等于合閘信息的次數，判斷事件類型為重合閘成功。

3 算 例

以四川省內某條220 kV線路為例，該線路故障后，保護和斷路器動作信息所形成的跳閘序列模板分別如表1至表3所示，形成的模板分別為M1、M2和M3。

表1 220 kV線路故障保護動作且無重合閘

表2 220 kV線路故障保護動作且重合閘成功

對表1至表3中的保護和斷路器動作信息進行融合處理，形成總跳閘事件模板MT，并對每條信息進行數字編碼，如表4所示。

表3 220 kV線路故障保護動作且重合閘失敗序列

表4 220 kV線路保護跳閘標準序列

以某實際220 kV線路故障后的跳閘序列為例，形成待匹配序列MO，如表5所示。

將待匹配序列MO中的信息依次與表4中總模板MT中的信息進行關鍵字匹配，如果匹配上MT中的某條信息，則將該信息的數字編碼記錄下來，形成待匹配序列MO對應的匹配集合QP。QP中有重合閘、斷路器合閘和斷路器分閘信息，且斷路器分閘信息與合閘信息數量相等，判斷事件類型為故障后重合閘成功。同時，跳閘事件齊全，未發現漏發信息。

表5 某220 kV線路故障保護跳閘待匹配序列MO

將待匹配序列MO中的信息依次與表4中總模板MT中的信息進行關鍵字匹配，如果匹配上MT中的某條信息，則將該信息的數字編碼記錄下來，形成待匹配序列MO對應的匹配集合QP。QP中有重合閘、斷路器合閘和斷路器分閘信息，且斷路器分閘信息與合閘信息數量相等，判斷事件類型為故障后重合閘成功。同時，跳閘事件齊全，未發現漏發信息。

4 模塊實現

基于國產的達夢數據庫和JAVA編程語言進行模塊的設計與實現。目前序列比對的主要邏輯部分使用變形的責任鏈模式實現。輸入的告警數據將會在各模板類型的實例間逐個傳遞，直至有模板聲明其能夠處理此數據。在模板中，被確定為跳閘事件的信號序列會逐一通過正則表達式匹配的方式與模板中的模板信號進行比對，得到序列比對的結果。同時，含有重合閘邏輯的模板也會通過索引數查詢方式，在確定的跳閘事件信號序列集合中索引間隔ID相同的全部事故分閘信號與合閘信號，并作出重合閘情況判斷。

在圖3、圖4展示的序列比對結果中可以看到，序列比對結果詳細地呈現出了當前跳閘事件原始信號序列與模板信號序列的比對情況。若當前跳閘事件有漏發信號，經過序列比對，可以清晰地看出漏發信號的內容以及在模板中的索引位置。并且，包含重合閘邏輯的跳閘事件(如線路跳閘事件)也會精準判斷出跳閘后的重合閘情況。同時，該模塊具備跳閘數據統計分析及日志導出功能，避免了調控人員人工記錄的繁瑣。

圖3 輸出事件報告

圖4 數據統計報告輸出

由上述可知，該模塊可以準確且快速地識別保護跳閘序列中的保護和斷路器動作信息，迅速判斷有無漏發信號，為及時處理故障提供支撐。

該方法及模塊與現有技術相比，具有如下的優點及效益：

1)將人工識別跳閘序列轉換為了自動識別，提高保護跳閘序列識別效率和準確性，及時發現有無漏發信號，加快故障處理；

2)不需要增加新的設備，只需要增加一個跳閘序列識別模塊即可，不影響調控人員監盤；

3)使調控人員識別保護跳閘序列中保護和斷路器動作信息省時省力，更易迅速判斷有無漏發信號的問題。

5 結 語

通過所提出的跳閘序列比對算法實現了保護跳閘自動判別，解決了目前調控人員人工識別保護跳閘事件中的保護和斷路器動作信息費時費力、難以迅速判斷有無漏發信號的問題，提高保護跳閘序列識別效率和準確性，加快故障處理。同時，進行了代碼實現，設計并實現了跳閘序列比對模塊，僅需在監控界面增加一個模塊，將人工識別跳閘序列轉換為自動識別，實用化效果良好。可推廣至所有調控機構，潛力巨大。