基于電網運維大數據的繼電保護通信系統故障定位方法研究

尤子靜

國網江蘇省電力有限公司如皋市供電分公司 江蘇 南通 226500

引言

當前，電網運維繼電保護中最重要的通信方式就是光纖通信，在這一過程中要對通信系統進行準確定位，但是由于這一通信系統中涉及的部件較多，并且種類不同，所以想要精準地對通信系統進行定位是比較困難的，且極易產生故障，為了保障通信的內容不被盜取，需要工作人員快速并準確地對系統故障進行定位。

1 繼電保護通信系統構架

依據分布處理的應用原則，結合計算機技術和網絡技術，建立基于通信手段的綜合信息控制系統，以確保相關信息交互管理工作順利展開，為繼電保護故障信息管理工作提供保障[1]。繼電保護故障信息系統的結構層次主要分為主站層、通信層、子站層、設備層。①主站層。結合各級調度部門的實際應用需求，實現數據集中分析、數據管理控制等功能，并聯合電力系統軟件完成數據接口的控制。②通信層。基于電力通信網，建立相應的層級應用模式。③子站層。變電站數據采集中心，能對站內各個設備進行集中管理和監控，并實現設備數據采集、數據存儲及數據分析等，實現數據上送管理。④設備層。位于變電站或者發電廠內部，可以完成微機保護和微機故障錄波器等設備的綜合管理。該系統的主要功能包括[2]：①結合電網調度等級范圍完成管理工作，能對設備屬地級進行調度管理，配合端信息完成主站數據的匯總和控制。②結合管理的具體要求，適配相應的功能模塊。③結合管理要求實現站端信息數據采集、信息分布處理等控制工作。

2 繼電保護通信系統故障

2.1 蓄電池電路故障

在電力通信網中，蓄電池短路故障是最常見的一種故障。在電力通信網通信電源蓄電池內部出現短路故障的時候，會造成電源電流的異常，還有可能造成電池的爆裂，電池組負極接線處的絕緣層被破壞并與蓄電池架發生接觸。因為通信電源蓄電池架是與大地相接的，所以如果蓄電池組經過蓄電池架向大地進行放電，就會造成電源線過熱，進而引起火災等電氣事故。而電池又是整個電網的主要電源，一旦出現短路故障，就會使電網內的所有通信設備全部停機，造成電網癱瘓。在蓄電池發生短路時，通常采取的方法是更換損壞的蓄電池，把粗的蓄電池支架設置成與地不相接的狀態。

2.2 主干線故障

在主干線發生故障后，若主干線為全架空饋線，則基于繼電保護裝置與自動化裝置配合的故障處理流程如下：若出線斷路器順利重合，則表明主干線故障為瞬時性故障，相關故障信息可以存入配電自動化裝置終端瞬時性故障處理記錄；若線斷路器無法順利重合，則表明主干線故障為永久性故障，自動化裝置會遙控故障區域周邊開關分閘，將故障區域隔離，進而遙控出線斷路器，聯絡開關合閘，恢復無故障區域供電，并將信息存入永久性故障處理記錄。若主干線為全電纜饋線，則其故障均為永久性故障，出線斷路器會在故障發生后發送跳閘命令切斷故障電流。與此同時，主站自自動化裝置收集終端上報各開關故障信息，確定故障位置，并遠程控制環網柜故障區域周邊開關分閘，將故障區域隔離，進而遠程控制出線斷路器、環網柜聯絡開關合閘，促使非故障區域電力資源供應恢復，并在永久性故障處理記錄內存儲記錄。

2.3 光纜故障

光纜主要是由光導纖維（玻璃絲）傳送信號，出廠時玻璃絲的質量可能會不同，隨著運行時間的增加，可能會出現纖芯中斷的現象。光纜自身性能引起線路故障主要體現在：光導纖維本身柔韌性較低，長時間運行光纜會出現靜態疲勞，受某些情況的限制不能夠及時更換，從而會出現纖芯老化、自然斷裂的情況；長時間運行的光纜接頭盒出現滲水現象，造成光纖損壞或斷裂；溫度對光纜性能的影響較大，高溫和低溫都會影響光纖傳輸性能，低溫環境下接頭盒內的水出現結冰的情況，并且護套收縮，加大對纖芯的擠壓，造成纖芯損壞，而高溫會影響接頭盒的防護材料、護套性能以及光纖的特性。

3 繼電保護通信故障定位技術

3.1 明確故障定位的流程

利用繼電保護設備，相關技術人員還要明確故障定位的流程。第一，當RPMS中發出警告就可以判定通信系統出現系統故障，從而開展對于系統故障進行定位的一系列操作，依照出現的先后次序檢查繼電保護和通信網關設備中出現的警告信息內容，從而對于出現系統故障的位置有一個初步的判斷；第二，當RPMS和通信網關設備中只有一個發出警報，如RPMS發出警報信息，那么出現的系統故障基本上可以確定是保護裝置出現的問題；若是通信網關設備發出警告就意味著通信系統出現問題。如果說多個線路同時發出警告，工作人員就要對路由拓撲進行分析，解其出現問題區域，并分析出故障的具體位置；第三，當通信線路之間存在著交叉的現象，就可以使用歷史數據來掌握出現故障的位置。一般來說，主要使用貝葉斯算法進行分析，在對于歷史運行數據進行分析時，能夠看到過去設備發出來的警告和故障信息，通過計算找出問題原因，對于概率最大的問題進行定位，找出出現故障的位置。此外還可以對通信系統故障定位工作流程進行完善，以此保障故障定位工作效率和質量。

3.2 應用貝葉斯算法

在推斷繼電保護業務中的通信故障前，需對相關線路進行實時監控，在了解到可能發生的故障后，工作人員可對其進行概率分析，此推理方式即為貝葉斯算法。一般來講，針對通信網關中的歷史數據，應對其定時整合并清理，對某些數據可實行進一步優化，而另一部分舊式數據則需適當淘汰。而對于產生故障的數據信息，要仔細分析其產生的概率，對其告警信息進行判斷，某些故障信息會產生交叉，工作人員可將價值量較高的信息予以保留。此外，為更方便地開展數據整合工作，可設置貝葉斯數據結構網，從而將數據信息更直觀地展現出來[3]。例如，某電網企業進行繼電站的維護，在管理過程中常出現系統故障，為提升工作效率，其采用貝葉斯算法，將舊式歷史數據整理出來，針對產生故障的數據進行合理分類，使通信系統定位更為準確。

3.3 合理選擇數據源

為更加科學、系統地定位通信裝置故障，其技術人員應合理選擇數據源：①在設置通信系統的過程中，需設立四項原始信息源，即通信資源管控、OMS、通信網關裝置與RPMS等，繼電保護器中的警告信息需與通信網關裝置、RPMS中的警告信息相符，要實時判斷故障發生的具體位置，即通信系統或保護裝置內部。②經過分析與調查，當故障發生在通信系統中，多項通信通道若出現同時警告時，則需將OMS中的警告信息一一找出，并與當前的通信警告信息一一對應，在分析通信系統中的故障路徑后，進而可準確識別故障區域。③當初步掌握通信故障區域的位置后，技術人員應仔細分析警告信息，得到更精準的故障結果。在找尋通信資源系統裝置后，才能依照其內部的數據信息，找到路徑來源，從而獲取精準的故障位置。

4 繼電保護通信系統故障處理

4.1 制訂科學的管理模式

在通信電源的故障處理過程中，必須要有一套科學的管理方法，這樣才能保證工作順利進行。在通信供電故障的治理中，要建立科學的故障處理方案，建立科學的獎罰制度，建立科學的人員培訓制度。在制訂緊急故障處置計劃的時候，要對通信電源運行中的幾種常見的故障進行科學的排查，在充分分析的基礎上，做好緊急作業計劃和備用零件的準備，并制訂相應的信息傳輸計劃，盡量減少因設備故障而造成的后續影響。一個科學的獎勵和懲罰制度，是激發員工工作熱情，提升員工總體工作水準的主要因素[4]。在實施獎勵與懲罰措施的時候，要嚴格遵循工作規范與工作程序，降低因不公正現象引起的后續問題，以提升總體管理工作的質量。通過建立健全人才培訓機制，可以提高員工的工作能力，特別是在信息化管理手段應用水平持續提高的背景下，要根據系統更新的需求，加強員工的培訓，防止因人員因素造成的通信電源故障。

4.2 完善安全運行評估系統

打造完整的電力系統信息通信網絡安全運行評估系統，進一步加強對電力系統通信網絡的管理，以評估結果為參考，對系統的運行流程進行優化，并完善系統中的內容等。而要使這一系統更加完善，并發揮出預期的作用，首先應該建立高質量的管理隊伍。發揮該隊伍中每一位成員的優勢和價值，深入管理和維護電力安全防護系統，若是出現漏洞或其他問題，可以通過專業知識以及技術進行及時的補救。在開展相關工作時，有關人員需保證自己的各項操作規范并合理，同時還應及時優化系統中的網絡配置，保障工作人員可以及時查明故障產生的位置，并分析其原因，進而提高管理效率。在專業技術人員的幫助和指導下，可以促進電力系統通信網絡的運轉，還可以有效避免黑客或病毒入侵。

4.3 規范設備操作

通信電源設備的工作質量是由其本身的性能和操作人員的規范水平決定的，在工作過程中，如果操作人員沒有按照標準進行操作，那么就會影響設備的利用效率，縮短其使用周期，提高其故障出現的概率，在某種意義上也會提高企業的運營成本。針對以上現象，應嚴格規范設備操作，做到以下3點：首先，必須保證通信電源符合相關的設計標準，從業人員必須嚴格依照設計要求及技術規程，對通信電源進行科學、合理的設計與檢驗，還要保證其在安裝時的準確性，保證各種供電裝置在安裝時的科學性與合理性；其次，要根據有關規定，對設備和原料進行選型，并對產品的品質進行把關[5]；最后，在安裝完畢之后，要對電纜接頭展開合理的處理，對其進行全面、無死角的檢測，要針對不同的設備、不同的制作材料，采用科學、高效的方法，對其進行仔細的維修，將所有的安全隱患都消除掉，避免在今后的使用過程中由于接頭沒有妥善處理或者設備存在潛在隱患而造成安全事故。

4.4 建立防火墻

建立防火墻也是一項比較有效的保證系統安全運轉的措施，通過IP設置管理權限，未經允許的IP段情況下是不可能進入系統的，也無權查看其中的內容和信息。目前，建立防火墻這項技術比較常用，特別是在電力系統中，是一種非常常見的安全保護技術，有利于保證網絡信息的安全性。防火墻的主要構成包括軟件、路由器以及手機等，該技術的核心在于包過濾，與之相對應的是網絡層。在運行過程中，若數據達到了安全要求，就可以接收數據并轉發。除此之外，代理服務以及應用層網關也非常關鍵，在外部服務和內部用戶之間，代理服務扮演著重要角色。從網絡用戶角度來說，代理服務是公開透明的，但對服務器而言，就會默認為和代理服務器對話。代理服務器可以對網絡用戶訪問類型進行有效限制，根據一定的標準對外網的網絡服務申請進行判斷，并根據判斷結果決定接收與否。應用層網關通常情況下也可以被稱為代理防火墻，主機通常情況下是雙重宿主主機，也可能是堡壘主機。總而言之，建立防火墻可以有效阻隔非法入侵，確保系統的安全運轉。

5 結束語

綜上所述，繼電保護故障信息系統的應用具有重要意義，要結合變電站運行管理的基本需求，充分發揮計算機技術優勢，搭建更加科學規范的系統管理平臺，整合數據管理內容和流程，發揮繼電保護故障信息系統的優勢，為變電站可持續健康發展奠定堅實基礎。