繼電保護系統故障的智能定位方法研究

國網江蘇省電力有限公司泗洪縣供電分公司 胡 月

繼電保護系統如果出現故障問題，會導致其保護功能無法實現，為此需要快速解決繼電保護系統出現的故障問題，但是在解決故障前，首先需要明確故障發生位置，然而傳統的故障定位技術主要是依靠人工排查，整體效率較低，且無法準確定位。在現代信息技術發展的推動下，智能化技術開始在系統故障定位中應用，通過采用智能化技術，能夠提升定位準確性與效率，利用數據分析等方式則能夠實現快速定位，從而能夠為后續的維修處理工作提供有力支持。

1 繼電保護系統主要故障分析

結合相關實踐經驗以及資料來看，繼電保護系統的故障問題主要可以分為以下幾種類型：一是人為因素引起的繼電保護系統故障。整定人員的錯誤整定引起的繼電保護系統故障，如保護控制字計算錯誤、跳閘矩陣錯誤等；工作人員整定數值輸入錯誤引起的繼電保護系統故障，工作人員失誤操作引起的繼電保護系統故障，設備、線路等引起的故障，溫度、濕度等環境因素導致設備受到影響的故障；元件使用過程中出現的質量問題；二次回路老化導致絕緣損壞故障問題；運行期間端子接線脫落松動、光纖損耗等故障問題。二是電子干擾與無線信號引起的二次回路故障問題[1]。三是電源故障。工作站出現了電源故障問題，比如電源應用錯誤等故障。

由于不同因素的引起的繼電保護系統故障問題，會導致繼電保護系統無法正常運行，所以需要對其進行維修處理，在維修前需要準確定位繼電保護系統故障的所處位置。

2 繼電保護系統故障模擬實驗

為了模擬繼電保護系統的故障定位方法，本次使用了專用設備，型號為PCS-978，采用該設備對環境進行模擬，該設備在應用過程中，能夠用于所有的保護電量測量，且可以在變電站的信息化系統中應用，具有良好的適用性。在試驗測試開始后，將其與保護設施進行連接，將試驗規定的電量輸入到系統中，之后通過該裝置的網口收集相應的數據。在故障模擬期間，試驗設備與保護攝氏度高壓電源保持接入，高壓測試完成后分別與抵押和電流電子進行接入處理，從而能夠驗證其保護功能。試驗期間對保護設施的一般運行情況進行模擬，當出現故障問題后，繼電保護系統的故障數據能夠在試驗設備中顯示，比如軟壓板使用錯誤故障、電流互感器接線錯誤故障問題等，都能夠利用該設備直接顯示，在試驗檢測中具有良好的應用效果，故障對應的數據、信息等會全部記錄下來，從而為后續故障定位體用基礎[2]。

在模擬測試期間，為了確保驗證結果準確性與真實性，采用分別輸出不同參數的方式，且每一組參數重復使用多次，測試軟件則能夠記錄繼電保護系統的運行數據。針對繼電保護系統故障的模擬，測試基本流程為：在接入對應的電壓側后，系統運行數據則能夠顯示在軟件中，將收集的數據與正常數據對比，則完成了對故障的模擬。

一是空氣開關損壞故障模擬。在繼電保護系統正常運行過程中，如果開關區域在軟件中現實的數值與常規數值不同，則說明開關存在故障問題，可能是開關由于某種原因出現了損壞，為此需要將當前的開關斷開，從而實現了對開關故障進行模擬的目標，對故障的數據進行對比，從而能夠明確故障發生的具體情況。

二是TA高壓側變比輸入錯誤故障模擬。如果工作人員的操作出現錯誤問題，或沒有依據相關規定標準進行作業，則可能會導致線路高壓側出現故障問題，高壓側的變比輸入錯誤會導致繼電保護系統運行出現故障，通過將試驗數據與正常數據進行對比，則能夠獲取相應的故障數據。

三是軟壓板使用錯誤模擬。由于工作人員的操作失誤，導致軟壓板故障問題發生；對變壓器縱差保護軟壓板沒有使用進行模擬，模擬分為兩個流程，其一為在正常輸入系統參數的情況下，系統出現了故障提醒，同時系統的錄波功能能夠正常運行，但是沒有出現跳閘故障；其二為在正常輸入常規的系統參數情況下， 系統出現了故障預警，系統的錄波功能正常運行，依然沒有發生縱差保護的情況。

四是硬壓板使用錯誤。在變電站運行過程中，技術人員如果出現錯誤作業，沒有依據規定進行操作，會引起硬壓板使用錯誤的問題，為此需要對硬壓板的故障進行模擬，獲取硬壓板系統運行數據，在試驗過程中需要輸入常規的系統運行參數，系統出現故障提醒，但是沒有出現跳閘；其次輸入縱差保護的數據，出現設備提示設備報警、差流越限、保護板報警出發錄波以及低壓側負荷過高的提示，相應的保護動作也沒有發生[3]。

在試驗進行過程中，需要確定故障問題發生，為了達到該目標，確保結果準確性，采用增加試驗次數的方式，使得試驗的數據總量更大，利用軟件獲取相應的運行數據，從而能夠判斷故障發生的具體位置，確保試驗結果真實性，為此本次試驗結合常見的30余種故障問題，在確保智能分析技術需要的數據量基礎上，盡量采集更豐富的數據，為此本次試驗收集的數據總量超過4600種，且各數據之間不重復，每個數據代表一種對應的故障問題信息，能夠更加準確地判斷相應故障問題。采用的設備能夠閱讀大量的實時數據，將重復數據以及不相關數據去除后，得到336項數據，并從繼電保護測試設備中收集30組數據，共計得到366項數據，同時受到軟件技術的限制，將所有的試驗過程中得到的數據進行導出，以此為基礎構建繼電保護系統故障定位數據庫。

3 繼電保護故障定位矩陣與算法設計分析

3.1 繼電保護故障定位矩陣

在收集繼電保護的故障數據后，為了便于計算機的智能化識別功能實現，需要對不同的故障數據進行編號，繼電保護故障定位矩陣包括繼電保護的故障類型、發生具體區域，為此對算法進行優化處理，從而能夠在繼電保護故障發生后快速定位。在二級制部分劃分中，將其劃分為16格，每格對應含義為：處于運行狀態；產生故障現象；故障相序或作為序號，能夠分辨同類不同相的故障；證明系統故障存在著特殊性，需要依據具體信息進行輸入，判斷為故障輸入1，非故障輸入0，需要按照二級制順序填入，還可以按照故障發生相序填入；繼電保護系統故障定位矩陣中包括常見的30余種故障，通過二級制故障定位推到十六進制故障矩陣，部分故障矩陣和故障點的關系見表1。

表1 故障定位數據

相同類型、不同故障點或不同類型的故障都可會產生相同的故障現象，所以在定位這種故障時，可以采用與技術人員定位結合的方式，能夠起到更加良好的效果，避免由于智能定位數據不全出現的定位錯誤問題。所以只采用智能化技術無法區分具體數據，從而導致難以準確定位故障，為此在智能化定位診斷過程中，需要結合人工經驗的輔助，確定故障最后的位置判斷準確性。因此，結合人工經驗對其進行處理，在定位過程中，故障發生之后，結合現場傳感器采集的數據，將其輸入到定位系統中，依據算法矩陣對其進行處理，由技術人員對定位結果進行判斷分析。

3.2 算法設計

本次繼電保護故障智能化定位設計采用Python語言，該系統的運行流程較為簡單，不需要復雜的計算過程中，系統運行過程中能夠將采集的故障數據與數據庫中典型數據進行對比，從而得到更加精確的定位結果。具體算法流程如圖1所示。

圖1 具體算法流程

在繼電保護系統出現故障問題后，需要立即采集故障對應的數據，并對出具進行初步處理，數據處理需要依據洗頭工運行進行；將數據進行轉化處理后，能夠防止數據合適不規范等問題對系統運行流程產生影響，進而能夠提高系統定位實際效果。合成少數類過采樣技術為一種在個體樣本中插入生成新樣本的技術，能夠在原始數據樣本中獲取少量樣本。SMOTE技術能夠提升樣本容量，降低數據之間的不平衡，從而能夠避免過度擬合的問題發生。隨機森林是一項以決策樹為基礎的改進算法，能夠對樣本進行標簽或輸出表現強相關特征的學習算法。

3.3 算法驗證

為了驗證該系統算法的準確性，對系統運行參數進行設定，驗證過程中共設計25輪訓練，最后準確率為0.9997；在數據處理完成后，將數據集處理為訓練集、驗證集以及測試集，預留的測試集與神經網絡結合，隨機選擇5組數據和實際定位結果進行對比，對比結果見表2。

表2 對比結果

在系統算法設計完成后，將其進行整合，對系統進行完善化處理；系統運行過程中，收集繼電保護系統故障的基本數據，數據可以直接作為輸入，最后輸出故障矩陣，對比故障定位表，從而能夠準確定位繼電保護系統的故障位置，在實際應用中具有良好的效果。通過采用該智能識別算法，能夠準確定位故障發生具體位置，結合人工經驗的輔助，確保故障定位結果符合實際情況，還能夠提升故障定位綜合效率，確保繼電保護系統能夠安全、穩定運行。

4 結語

在智能電網建設規模逐漸擴大的背景下，為了提升繼電保護系統故障定位效率與準確性，為智能變電站的安全運行提供支持，本文提出了一種智能化故障定位系統，對其數據庫構成、算法等進行全面闡述，希望能夠對相關領域與行業起到一定的借鑒作用，不斷提升智能化技術水平，確保智能化技術在繼電保護系統故障定位中能夠更好地應用。