變電站繼電保護二次回路故障診斷流程探究

國網吉林省電力有限公司吉林供電公司 王芳晴

1 引言

研究中，相關工作人員基于繼電保護二次回路故障特點，引入D-S 證據理論，對現有的二次回路故障診斷模型進行優化。通過D-S 理論對可能產生故障的組件進行匯總，并評估該集合中每一種原件誘發二次回路故障的概率，通過這種方式解決故障評估證據源之間可能存在的矛盾，避免二次回路故障診斷系統作出明顯錯誤的判斷。

2 二次回路模型

2.1 SCD 文件

該文件作為變電站繼電保護系統重要的配置文件，其包含了ExtRef 元素，能夠全面描述二次回路各項信息，ExtRef 字段詳見表1。

表1 ExtRef 字段

由表1可知，SCD 文件中記錄的各項內容，令二次回路狀態信息以更具可視化的方式展示在工作人員面前。但是該文件存在一定的缺陷，即ExtRef信息只能記錄二次回路組件之間的連接關系，并不具備物理連接鏈路以及虛回路端口信息[1]。

2.2 二次回路模型設計

為解決SCD 文件無法描述物理連接鏈路以及虛回路端口信息這一問題，研究人員嘗試構建二次回路物理鏈路以及虛回路模型，基于兩種模型之間的映射關系，實現物理鏈路與虛回路之間的數據轉換。

本次研究中，工作人員引入《IEC61840-6》中的PhysConn 元素構建二次回路物理鏈路模型，該模型中包含了四種不同的字段表示字符串，分別為Port、Plug、Type 以及Cable。二次回路實際運行過程中，如果PhysConn 元素與Cable 字符串的內容一致，則表示該系統中物理鏈路端口之間使用光纖進行連接。PhysConn 元素具有的特點包括：一是Port 字段內容格式為“卡號-端口號”；二是ExtRef 字符串主要記錄表述二次回路物理端口的標識數據，在物理鏈路與虛回路映射組合中，使用“：”將二者隔開。

2.3 建立物理鏈路與虛回路映射關系

變電站繼電保護二次回路物理鏈路與虛回路之間建立映射關系主要分為三種情況：第一，研究人員基于SCD 文件中的鏈路端口表，建立與虛回路的映射關系。通過分析ExtRef 元素可以確定該映射關系中的Port 以及Cable 字符串中記錄的物理端口表示，并將其與光纖表示進行比對。例如，某變電站母線保護裝置P1與二次回路交換機SW1的Port[2]。某變電站母線保護裝置物理鏈路端口信息詳見表2。

表2 某變電站母線保護裝置物理鏈路端口信息

分析表2可以發現，P1的X端口與Y端口，與光纖L11相連，而交換機SW1的Z 端口則與光纖L10連，利用L11與L10兩根光纖，實現了母線保護裝置與交換機之間的映射。第二，遍歷故障系統中的物理鏈路端口，并標記與之對應的光纖線路，進而形成回路。第三，基于SCD 文件中的intAddr 字符串，系統可以自動獲得物理鏈路回路與虛回路之間的映射關系。該系統中，每一個虛回路端口都有與之對應的intAddr 物理端口。只需要查詢intAddr 物理端口基本信息，就可以建立虛回路與物理回路之間的映射關系。

3 二次回路故障診斷流程分析

變電站繼電保護二次回路故障診斷的流程主要分為3個步驟：一是對收集到的SCD 數據進行初始化解析，創建物理鏈路表格與虛回路表格，在兩種表格之間形成映射，創建故障檢測鏈路舉證表。二是判斷變電站繼電保護系統是否存在故障，若判斷結果為“否”，則根據設定的時間對繼電保護系統進行周期性檢測，如果判斷結果為“是”，則進入下一步驟。三是基舉證表以及虛回路表相關內容，遍歷SCD 文件，鎖定可能導致故障的可疑組件。

3.1 D-S 證據理論介紹

本文所使用的D-S 證據理論經過了一定的改良，如果將傳統的D-S 理論直接用于二次回路故障診斷系統，可能會出現證據矛盾現象。針對這一情況，研究人員在深入了解繼電保護二次回路組件自檢警告數據源特點的基礎上，對D-S 證據理論進行改良[3]。

研究人員假設有m1,m2,…mn個故障證據源，當證據源im與mj發生沖突時，其沖突值標記為kij，且kij的計算式為：

式（1）中，Ax與Ay均為正聚源對應的可能故障組件。可信度ε的計算式為：

式（2）中ε與kij的平均值為反比例關系，ε的數值越低，表示兩種證據源之間的矛盾越明顯。基于式（1）、式（2），制訂了新的合成規則計算方法：

式（3）中，k表示沖突因子，其數值越大表示兩個證據源之間的沖突越明顯；q(A)為針對結論(A)的平均支持度，m(A)為(A)的證據合成結果。實際進行故障檢驗時，如果沖突因子較小，則基于p(A)判斷m(A)的大小。反之，需要通過k×ε×q(A)來判斷m(A)的大小。與傳統D-S 證據理論相比，經過改進的D-S 證據理論能夠將預估故障組件集合中矛盾較為明顯的概率幅值為X，將矛盾明顯的證據排除在結論推導邏輯之外，通過這種方式對舉證表部分進行更為科學的限定[4]。與原D-S 證據理論相比，改進型D-S 證據理論對于正聚源的利用效率更高。

3.2 組件自檢報警記錄表

本次研究中，相關工作人員綜合二次回路元件報警記錄表、變電站日常巡檢臺賬、二次設備臺賬表等資料，繪制可疑組件自檢報警記錄表模型詳見表3。

表3 可疑組件自檢報警記錄表模型

利用“變電站繼電保護ID”“二次回路ID”等數據，實現不同類型數據之間的互聯互通，提高數據匹配以及自檢效果。

3.3 BPA 計算流程

根據D-S 證據理論以及自檢報警記錄表，研究人員對變電站繼電保護二次回路中各種可能引發故障的組件（正聚源）進行BPA 計算，BPA 計算流程圖如圖1所示。

圖1 BPA 計算流程

BPA 計算主要分為三個步驟：一是當繼電保護二次回路發生故障后，故障判斷系統從綜合信息數據庫中抽調組件自檢報警記錄表。二是系統自動檢索可疑組件集合，并調閱可疑組件造成二次回路故障具體次數。三是統計某組件導致繼電保護二次回路出現故障的次數，并計算該組件BPA 量化數據，其計算式為：

基于式（4），該系統可以自動統計每一個可疑組件（證據源）BPA 數值，根據數值的大小判斷不同的可疑組件能夠引發二次回路故障的概率[5]。

4 算例分析

為了印證該故障判斷流程的有效性，研究人員以某變電站為例，為該變電站繼電保護二次回路搭配該故障檢測系統。該變電站繼電保護二次回路組件集合為：{MU、MU.1-A MU.1-B MU.2-A P1.1-A P3.1-A L1L2L3L5}故障檢測系統遍歷可疑組件集合，共篩選出25條故障記錄，其中部分故障記錄詳見表4。

表4 某變電站繼電保護二次回路部分故障記錄

根據表4記錄的故障數據，將各故障數據源代入{MU、MU.1-A MU.1-B MU.2-A P1.1-A P3.1-A L1L2L3L5} 集合中并進行BPA 計算。

故障證據源BPA 數據如圖2所示。

圖2 故障證據源BPA 數據

由圖2可知，該變電站繼電保護二次回路25次故障中，MU 組件故障概率最高，表明該組件自身的故障，有很大概率導致切換開關以及低壓熔斷器失效。因此，相關運維人員針對MU 組件進行重點檢測，降低二次回路故障概率。

5 結語

繼電保護裝置作為維持變電站穩定運行的重要設備，一旦發生故障，會對整個變電站的安全造成威脅。研究人員針對繼電保護二次回路，設計了一整套故障診斷系統，基于二次回路模型以及物理鏈路回路與虛回路映射關系，設計二次回路故障診斷框架，并將改進型D-S 證據理論引入該模型，利用BPA 算法計算可疑故障組件集合內每一種元件可能誘發二次回路故障的概率，并對概率較高的組件進行針對性強化，通過這種方式提高二次回路故障診斷效率與針對性，為保障變電站穩定運行提供基礎支持。