電氣控制系統中繼電器的誤操作診斷方法分析

摘要：電氣行業工作涉及的儀器較多，工作內容較復雜，在工作過程中難免會出現誤操作的現象，降低電氣行業工作效率。基于這一問題，分析電氣控制系統中繼電器的誤操作診斷方法。通過獲取繼電器誤操作的診斷數據源，制定電氣控制系統中繼電器誤操作的診斷流程，建立電氣控制系統誤操作診斷庫，設置繼電器誤操作的閉鎖診斷的提示和指令，實現電氣控制系統中繼電器的誤操作診斷方法的分析研究。通過對比測試對此方法的應用效果進行驗證，通過電氣控制系統對繼電器運行速度、閉合頻率的分析和計算得到繼電器的兩組KPCA 數值。測試結果表明，所提方法的電器誤操作診斷KPCA 數值為62.34，在控制允許的KPCA 范圍內，且相較于對比方法更低。

關鍵詞：電氣誤操作;電氣控制系統;繼電器;診斷方法

中圖分類號：TM77文獻標志碼：A文章編號：1009-9492（2021）11-0282-04

Analysis of Relay Misoperation Diagnosis Method in Electrical Control System

XieZicheng

（ Hefei University of Technology Design Institute （ Group ） Co.，Ltd.，Hefei 230001 China ）

Abstract：There are many instruments involved in the electrical industry，and the work content is complex.It is inevitable that misoperation will occur in the work process，which will reduce the work efficiency of the electrical industry.Based on this problem，the misoperation diagnosis method of relay in electrical control system was analyzed.By obtaining the diagnosis data source of relay misoperation，formulating the diagnosis process of relay misoperation in electrical control system，establishing the misoperation diagnosis database of electrical control system，setting the prompt and instruction of locking diagnosis of relay misoperation，and realizing the analysis and research of relay misoperation diagnosis method in electrical control system.The application effect of the method was verified by comparative test，two groups of KPCA values were obtained by analyzing and calculating the relay operation speed and closing frequency by the electrical control system.The test results show that the KPCA value of electrical misoperation diagnosis of the proposed method is 62.34，which is within the allowable KPCA range and lower than that of the comparison method.

Key words：electrical misoperation;electrical control system;relay;diagnostic methods

0 引言

隨著電氣控制系統的不斷創新發展，社會各行業也在生產生活中對其加以利用，這也使得這項系統逐漸變得更加科學、精確、便捷[1]。現如今，電氣控制系統的技術雖然已經十分成熟，但是仍然存在可提升空間，即系統中存在繼電器誤操作診斷等相關問題。繼電器是一種生活中很常見的控制元器件，其作用通常是對系統電路進行隔離和控制[2]。繼電器根據電路線圈對電路中的直流電和交流電進行分流，并在適當的時刻接通或者斷開電路中的電壓，如果電流過大，可以將其作為隔離器件使用，分隔掉多余的電流;但是如果電流過小，可以將其作為控制器件使用。一般情況下，繼電器直接控制電氣系統，通常被安裝在中央空調、水泵以及發電機中。在保證操作者、關聯設備以及電網的安全中起到了積極作用。但由于電氣系統實際使用情況的不斷變化，致使繼電器的操作很容易發生失誤。目前，最新型的繼電器操作裝置主要包括監控式操作儀、機械式操作器、微型繼電器操作組等裝置[3]。監控式操作儀具有運行故障率低、操作穩定等優勢，對電氣系統操作的安全性和可靠性的提升有很好的效果;機械式操作器通常可以有效地減少繼電器誤操作的發生，并降低工作的相關事故率;而微型繼電器操作組的作用較為全面，對電氣控制系統中的五防設備都起到一定的保護功效，同時，也在一定程度上減少了繼電器操作的難度[4]。因此，這些裝置在對電氣系統進行直接或者間接操作的同時，也對繼電器的誤操作起到一定的控制作用。但僅是對繼電器的誤操作進行控制，無法保證系統的正常運行，因此必須對其作出相應的診斷，找出問題，從源頭處避免誤操作問題的出現。基于此，本文主要對電氣系統中繼電器的誤操作方法進行分析研究，并提出相應的建議，希望可以加強對電氣控制系統故障或者誤操作分析的重視程度，以此提升系統運行的穩定性。

1 電氣控制系統中繼電器誤操作診斷方法設計

1.1獲取繼電器誤操作的診斷數據源

首先，獲取電氣控制系統中繼電器診斷數據源，選取一臺電氣控制機器，使其處于正常可操作運行狀態。在這個過程中，通過系統運行獲取機器所產生的操作時間、運行速度、繼電器電路的分流項數據以及控制節點數值等相關數據。然后，利用外部數據整理軟件進行整理歸納。由于繼電器的數據源是電氣控制系統在操作運行時所產生的，因此，需要將整理好的運行數據與系統原本的大數據庫相融合，形成新的運行數據源。之后，利用電氣控制系統對繼電器進行誤操作，并記錄相對應的數據情況，再次進行整理分析。在分析的過程中，故障診斷數據源可能會受到外部因素的干擾，或者設備運行自身故障的影響[5]。這也致使數據源的改變不僅會改變相關設備的運行情況，還會使系統產生的開關量和電氣量發生驟增或者驟減的情況。因此，需要將這些因素排除，避免其對誤操作診斷數據產生影響[6]。將整合的繼電器誤操作診斷數據添加至系統中，并通過故障信息采集系統傳輸至終端，系統終端在接收數據之后，會從繼電器操作時的電壓、功率以及電流等多角度分析數據。但這個過程中需要注意的是，在發生誤操作的同時，系統中的繼電器保護裝置會發出相應的指令，依照系統中原本設定的動作發出命令，使斷路器完成預定的跳閘。因此獲得的誤操作診斷數據在某些方面可能會存在不完整的情況，需要將數據與大數據庫進行對比，進一步確保誤操作診斷數據的真實性與可靠性。圖1所示為獲取繼電器誤操作診斷數據源的流程，按照圖中流程獲取基礎性的繼電器診斷數據源。

1.2 制定電氣控制系統中繼電器誤操作的診斷流程

當獲取到繼電器誤操作的診斷數據源后，需要制定相應的診斷流程，以確保繼電器誤操作診斷的通順可靠。首先，梳理電氣系統的操作情況：先對電氣控制機器的情況進行實時監控，并采集和整合其狀態量數據。然后，打開SCADA 系統輸入獲取的數據源，對電氣控制系統在誤操作情況下的狀態量、電流數值、運行功率以及測量值進行分析，并將分析結果與監控的狀態量進行對比融合。隨后，當電力機器正常運行時，打開系統中的控制開關，對機器的電壓、功率數值、電流強弱進行控制。另外，將保護開關打開，在保障系統繼電器安全運行的同時，觀察機器的運行狀態，如果系統運行出現誤操作，則調取其相關數據信息值，進行記錄和對比分析。數據記錄分析完成后，關閉保護開關同時關閉系統。最后，對電氣控制系統中繼電器的誤操作進行診斷。將獲取的相關數據輸入SCADA 系統中，進行整合、分析，其結構如圖2所示。完成全部整合流程之后，對系統中繼電器的相關情況進行診斷研究，并將問題通過SCADA 系統排列并顯示在屏幕上，以此制定完成繼電器誤操作診斷流程。

1.3 建立電氣控制系統誤操作診斷庫

在完成繼電器誤操作診斷流程的制定后建立誤操作的診斷庫。首先，需要建立一套完整的誤操作診斷庫系統體系，即診斷庫的模型，這樣做可以在一定程度上節省相關的診斷時間。先將系統壓板設定為投退狀態，隨后對保護及安全裝置的狀態進行分析，狀態共分為4種，分別是監控狀態、運行狀態、檢修狀態以及信號狀態，分析結束后對相關數據進行初次采集、整合。完成后傳輸至診斷庫的模型之中，進行二次診斷。然后，將壓板的狀態調整為可適應模式，使其與系統終端的接入標準相統一，對系統中繼電器的誤操作進行控制。同時，啟動系統中的保護和安全裝置，對設備的狀態進行監控。當系統完成二次繼電器誤操作診斷時，調取相關的數據，再次傳輸回系統中。將兩次繼電器誤操作所診斷的相關數據進行整合分析，再通過GOOSE 網絡對其準確性、可靠性進行核實，證實數據真實可靠，將兩項信息合并，完成電氣控制系統中繼電器誤操作診斷庫的創建。與信息源相同的是，診斷庫也會隨著系統實際情況的變化而進行更新，致使診斷庫不斷變得更加完善。

1.4設置繼電器誤操作的閉鎖診斷的提示和指令

當完成繼電器誤操作診斷庫的建立后，需要在系統中添加相應的診斷指令，使整個診斷過程可以更加迅速地實現。首先，打開GOOSE 網絡，將準確的節點位置傳輸進去，當GOOSE 網絡接收到位置信息之后，會根據預先制定的繼電器閉鎖邏輯進行判斷，如果電氣控制機器沒有出現異常情況，控制系統將不會啟動，而一旦發生問題，GOOSE網絡將會按照事先約定好的協議，向電氣控制系統發送相關的報文，系統會對報文進行分析，并對問題做出處理。處理過程大致為：當系統對指定的終端下達閉鎖指令時，系統中的設備連接點會立即閉合，同時將串聯的隔離開關、接地開關進行關閉，致使繼電器周圍的元器件都處于斷電狀態，如圖3所示。圖中W5為閉鎖指令的總控制模塊，其是一個閉鎖診斷芯片，主要利用相關指令以及電阻的輔助，將處于間隔層中的繼電器主線進行閉合，以此完成對電氣控制系統中繼電器閉鎖診斷指令的設置。

需要注意的是，在完成繼電器誤操作閉鎖診斷指令的設置之后，還需要在系統中添加相應的誤操作診斷提示。首先對電氣控制系統的二次設備進行檢修隔離，確定操作票的功能，提高其安全可靠性[7-9]。然后分析電氣控制系統中各裝置之間端口連接的關系。解析配置在系統中的SCD 地址，并獲取相關的診斷設備和提示編碼。以得到的設備作為操作票提示和診斷的基礎，然后，打開系統的提示界面，將屬性設置為可建立，選擇一個提示框，在二次設備的基礎上，將繼電器誤操作票的提示編碼添加進系統之中，點擊設定保存，完成繼電器誤操作提示的設定。電氣控制系統發生誤操作時，電腦會立即感應，并作出識別，同時系統也會彈出提示框，提示使用者操作錯誤，一定程度上減少了繼電器誤操作情況的發生，且對于繼電器的使用也是一種保護。以上便是對電氣控制系統中繼電器誤操作閉鎖診斷功能的完整設置過程。

1.5 實現電氣控制系統中繼電器誤操作的診斷

在完成繼電器誤操作閉鎖診斷功能的設置之后，接下來，進行繼電器誤操作診斷的實現。首先，將獲取的信息源進行整合，使電氣控制機器正常運行，并觀察控制系統的相關情況。當機器發生操作失誤時，系統上會出現相應的繼電器誤操作提示框，并顯示繼電器相應端口的情況。此時，可以利用電氣控制系統和SCADA 平臺同時對其進行診斷。隨后，確定系統終端的隔絕開關、接地開關、斷路器的節點位置，并按照統一的傳輸協議編譯出相對應的報文[10-11]。當報文傳輸至系統之中時，將其與電氣控制機器實際的隔絕開關、接地開關、斷路器的節點位置進行調整和修改，使其達到統一標準[12]。通過對以上因素的診斷，可以得知系統控制功能的相關情況，接下來，將閉鎖診斷芯片安裝在系統繼電器的控制板區域。但由于電氣系統的控制板通常會有4個接口，因此，為了保證整個控制系統可以穩定運行，需要在4個控制接口處分別連接閉鎖診斷芯片，利用其功能對繼電器的誤操作進行二次診斷。

以下是繼電器診斷控制接口的連接過程：首先，當線路間隔靠近1端口母線位置時，側隔離開關閉合，判斷需要采集端口的母線節點位置。同時，獲取接地開關、斷路器側開關、斷路器位置信息;當1端口母線側隔離開關移動至繼電器合閘節點位置時，將其與接口1關聯。隨后，當1端口母線接地開關移動至繼電器分閘節點位置時，先觀察對應隔離開關的狀態，再將其與接口2相關聯。此時，關閉系統中的繼電器，使整個電路形成完全閉鎖診斷狀態。然后，在繼電器控制處，接入另一根母線，將其先與線路的位置連接點相關聯，之后使其正常運行，當2端口的母線移動至分閘位置節點時，關聯接口3。此時，將已經完成的3個接口以并聯的形式連接繼電器，同時再次移動母線，當其閉鎖開關移動至合閘時，以并聯的形式關聯接口4，完成繼電器診斷控制接口的連接。

打開系統，對繼電器情況進行系統掃描。完成之后，打開系統的誤操作庫，誤操作庫會從繼電器的基礎電壓、運行頻率、閉合速度以及電流控制數據等多方面進行核查，同時對繼電器附近的相關元器件進行診斷。完成之后，核查結果會自動顯示在頁面上，其中，會顯示一些可以計算誤操作診斷魯棒比率的相關數據，通過公式進行精準度的計算，如下：

式中：A 為繼電器誤操作診斷結果的魯棒比率;x 為繼電器的運行最高速度;y 為繼電器的運行最低速度; a 為繼電器的固定運行頻率;Xi 為繼電器的總電壓;Yi為繼電器運行前的基礎電壓。

計算得到繼電器誤操作診斷的魯棒比率后，可以利用魯棒比率和其他相關數值計算出繼電器診斷的KPCA 數值，以此驗證方法是否可行。綜上所述，便是對電氣控制系統中繼電器誤操作診斷方法的設計步驟。

2 方法測試

2.1 測試準備

本次測試主要是對電氣控制系統中繼電器誤操作診斷方法的KPCA 數值進行驗證。測試會通過兩種診斷方法進行，一種是基于電力物聯網的變電站防止電氣誤操作診斷方法，將其設定為傳統組[1];另一種則是本文的設計方法，將其設定為測試組。通過兩組測試方法得出的KPCA 數值進行對比，來驗證各自測試方法的效果。為了保證測試結果的真實可靠，將采用同一個電氣控制系統進行測試，并進行4次測試，最后將結果進行對比分析。

2.2 測試過程

首先，將系統的損失函數L（x，y ）輸入到電氣控制系統之中，得出繼電器運行的實際數值。之后，進行電氣控制機器的錯誤操作，系統會作出處理。此時，打開電氣控制系統，按照制定好的診斷標準流程對繼電器進行系統診斷。先將閉鎖診斷的數值整合，如表1所示。

將表1中的數值代入電氣控制系統之中，得到繼電器的期望診斷函數，兩組同時進行，然后獲得兩組診斷數據。之后，需要計算繼電器的KPCA 數值：

式中：W 為KPCA 數值;n 為魯棒比率;Xi 為繼電器的閉合時間;Yi 為繼電器單個節點的閉合距離;L （x， y ）為電氣控制系統的損失函數，其表示診斷的可控損失范圍。

將兩個測試組的數據依次代入公式中，獲得兩個 KPCA 數值，便是本次測試的分析結果。通過對KPCA數值的對比，來判斷兩種診斷方法的效果。

2.3 測試結果

通過電氣控制系統對繼電器運行速度、閉合頻率的分析，再加之以上公式的計算，得出兩組KPCA 數值，對比兩組數值，KPCA 數值大的一組，說明診斷方法效果不佳，反之，如果KPCA 數值較小，那說明診斷方法效果較好，可靠性較高，對比數值如表2所示。由表可知，繼電器的診斷情況必須要在KPCA 數值允許控制的范圍之內，并在這個范圍內數值小的一組，診斷結果較為可靠。因此依據表中數據可知，傳統組的數值為80.99，明顯高于測試組的KPCA 數值62.34，由此可以證明測試組的電氣控制系統中繼電器的診斷方法可靠性較高，效果較好，其主要原因是所提方法根據診斷流程建立電氣控制系統誤操作診斷庫，并相應設置了閉鎖診斷的提示和指令，提高了診斷性能。

3 結束語

隨著電氣控制系統在我國各領域的廣泛發展，人們也逐漸認識到電氣控制在日常生活中的重要性。為了提高電氣控制行業的工作效率，進行了電氣控制系統中繼電器誤操作診斷的相關分析研究。這種方法不僅提升了工作效率，降低了電氣控制機器的操作隱患，而且還提高了對繼電器誤操作的診斷可靠性，一定程度上減少了誤操作問題的發生，排除了安全隱患，使電氣控制系統可以更加平穩地運行。雖然本文對繼電器的誤操作診斷方法進行了一定的探討，但還是存在一定的不足，在日后的研究中會對其進行更加深入的研究。

參考文獻：

[1]陳文淦，郜亞洲，李晨陽，等.基于電力物聯網的變電站防止電氣誤操作研究[J].電力安全技術，2020，22（9）：19-21.

[2]王希虎.電氣控制中的PLC自動化應用研究[J].建材與裝飾，2020（3）：233-234.

[3]胡斌，趙群輝，郭利軍，等.智能變電站二次安措診斷方法的研究與應用[J].電工技術，2020（5）：141-144.

[4]劉洪兵，張葵，侯斌.一種網絡化的防止電氣誤操作技術[J].科技創新與應用，2021（6）：155-158.

[5]楊晨，黃欣.換流站光隔繼電器誤動原因分析及解決辦法[J].寧夏電力，2019 （4）：40-43.

[6]韓莉.艦船繼電器控制線路絕緣性故障檢測系統設計[J].艦船科學技術，2020，42（8）：74-76.

[7]高宇龍.分析電梯電氣控制系統故障診斷及維修[J].數碼設計（上），2020 （1）：128-129.

[8]譚晶，夏佾，竇昊翔，等.基于規則推理的智能變電站操作票自動生成方法[J].電網與清潔能源，2019，35（7）：55-65.

[9]萬勇，辛建波，謝國強，等.基于雙層CRC校核的智能變電站配置文件在線診斷方法[J].電力系統保護與控制，2019，47（7）：175-180.

[10]孫宇嫣，蔡澤祥，郭采珊，等.基于深度學習的智能變電站通信網絡故障診斷與定位方法[J].電網技術，2019，43 （12）： 51-59.

[11]胡紹謙，李力，朱曉彤，等.基于檢修態切換的智能變電站保護設備檢修輔助安全措施[J].電力系統自動化，2019，43（1）：242-247.

[12]張友強，鐘加勇，魏盨，等.基于貝葉斯網絡的智能變電站繼電保護設備狀態檢修方法[J].科技通報，2019，35（10）：109-112.

作者簡介：解紫城（1979-），男，安徽合肥人，大學本科，高級工程師，研究領域為電氣工程及其自動化?

（編輯：王智圣）