关于电网故障诊断中的继电保护状态讨论

关于电网故障诊断中的继电保护状态讨论

常学武陈希华刘晓晶彭卿黄梁恺

（国网湖南省电力有限公司长沙供电分公司湖南长沙410015）

摘要：随着社会经济的发展，我国年用电量屡创新高，电网故障带来的经济损失也越来越大。与此同时，继电保护装置在现代电网中发挥着重要作用，基于此，本文利用电网故障时的继电保护状态，提出一种基于继电保护状态分析的电网故障诊断方法，并对此展开相关讨论。

关键词：继电保护；电网故障；状态分析；诊断模型

一、基于继电保护状态分析的电网故障诊断模型分析

当电网出现故障时，断电设备运转行为出现变化，利用互联网远程上传断电区域，故障诊断区域主要集中在断电区域，可假设断电区域周边电网的断路元件运转行为具有一致性。继电保护状态分析采用完全动态分析手段评价电网保护设备运行数据，将所取得的逻辑动态变量输入电网故障诊断模型，得到模型表达式：

式（1）中各参数释义如下：

D={d1，d2，…，dn}：疑似电网故障设备集群，数量为n。当电网出现故障时，断电区域中涉及的电网设备均包含在集群D中，包含变压器、线路、电路负载等。di是集群中次序为i的设备，di=0表明该设备无故障，否则等于1。

P={p1，p2，…，pk}：疑似电网故障设备的行为保护集群，数量为k。pi=0表明次序为i的设备处于保护当中，否则等于1。

C={c1，c2，…，ch}：设备行为保护中的断路元件集群，能够被集群P调用、调出，与电网复杂与否无关，数量为h。ci=0表明次序为i的设备中断路元件未运转，否则等于1。

M={Mp，Mc}={mpi，…，mci}：集群P，C中同时处于行为保护和断路元件未运转状态的设备集群。mp1=mci=1，表示错误的继电保护，否则，mp1=mci=0。

R={Rp，Rc}={rpi，…，rci}：集群P，C中同时处于行为未保护和断路元件未运转状态的设备集群。rp1=rci=1表明错误的继电保护，否则，rp1=rci=0。

Y={y1，y2，…，ys}：电网故障的误报、漏报集群，数量为s。

A={Am，Ar}={ami，…，ari}：电网故障校准集群。

U：故障假说，表示电网保护设备运转情况分析集群。

Fp，Fc，F，H：集群P，C，A，U的继电保护状态分析参数，依次表示保护行为分析参数、断路行为分析参数、错误行为分析参数以及逻辑状态限制参数。

在模型中，继电保护状态分析不但要辅助进行故障假说的构建，其分析结果也可直接作为疑似故障数据输出。但由于继电保护状态分析不存在相关约束条件，所得结果不够全面，因此将故障假说的分析结果与继电保护状态分析结果合并、去重，作为构建电网故障关联树的依据。设置关联树迭代条件，当迭代停止，以迭代结果作为基于继电保护状态分析的电网故障诊断方法的最终诊断结果。

二、基于继电保护状态分析的电网故障诊断策略

1、电网状态诊断策略。电网状态诊断策略为第i个电网保护设备设定两个故障置信参数，Fmi和Fri分别对应行为与断路的电网故障置信参数。按照置信度的函数定义，电网故障校准项目ami和ari的函数式可以表示为：

三、基于继电保护状态分析的电网故障假说

故障假说H（D，P，C，M，R，Y）对断电区域中的疑似故障设备进行重点分析，从而检测故障的可信度，重建故障情景，它是对电网故障的预测，可以提高电网故障诊断模型的使用效果。断电区域产生后，继电保护状态分析自动生成电网可观察故障数据集群，表示为E={P，C}。集群E中含有电网保护设备和断路元件中的故障数据，按照故障数据的描述，故障假说可以表示成：

在电网保护设备和断路元件的故障预测中，故障假说Hn被更新为：

针对数据排列变形，随机变更故障假说中的一个数据方位，产生两个数据排列变形，添加到式（12）中。

四、基于继电保护状态分析的电网故障关联树

利用电网故障诊断模型的继电保护状态分析和故障假说，能够得到疑似存在故障的电网保护设备以及断路元件，汇总到集群L中，用L1表示其中的电网保护设备，L2表示断路元件。构建一个电网故障关联树，诊断出集群L中的真实故障。

将集群L中的疑似故障数据用一个树干B连接起来，设树干上的树杈有3条，命名为B1，B2，B3。树干关联值为空值，树杈之首的疑似故障数据关联值为1，向后延伸的疑似故障数据均置为0，有：

式中运算符号?，?表示“或”“与”门。

利用计算出的集群O的几何意义，在电网故障关联树上连接集群L中的疑似故障数据。比如，当O=[1110]T时，树杈B2将连接数据l1，l2和l3。

从树干开始进行疑似故障数据迭代，当搜寻到电网电源点或负载点时，迭代停止。按照迭代深度修正电网故障关联树中各点关联值，每搜寻到断路元件时，在关联值上加1，输出关联值最大的点，对应到电网中诊断出电网故障位置以及故障强度。

五、小结（验证评估）

针对本文上述所提出的电网故障诊断方法，后采取验证试验对其可靠性和灵敏性等进行验证评估。该验证实验对电网故障诊断方法诊断结果的数据提取采用暂态数据获取手段，分A组和B组进行小型电网和复杂电网的故障诊断，每0.2s采集一次诊断数据，对数据进行汇总评估。从实验情况来看，基于继电保护状态分析的电网故障诊断方法很少存在电网保护设备和断路元件拒动或误动的情况。

参考文献：

[1]叶远波，孙月琴，黄太贵.继电保护状态检修在现代电网中的应用研究[J].华东电力，2014.

[2]韩平，赵勇，李晓朋等.继电保护状态检修的实用化尝试[J].电力系统保护与控制，2017.