基于告警信息的保护跳闸识别方法研究

段翔兮，何 锐，李小鹏，冯世林，吴海瑕

(1.国网四川省电力公司电力科学研究院，四川 成都 610041；2. 国网四川省电力公司，四川 成都 610041；3.西昌电力工程有限责任公司，四川 凉山 615000)

0 引 言

目前保护跳闸事件发生后，在调控主站主要依靠调控人员人工梳理告警信号来识别跳闸事件的类型和漏发信号等[1-2]。特别是超高压输电线路送电距离长，经常跨越不同地形，易受风力、外力影响发生故障，发生故障后，依赖保护的准确快速动作来切除故障;保护能否正确动作直接影响着电网的安全可靠运行[3-5]。在实际调控运行中，调控人员根据故障后保护跳闸序列中的保护动作信息和开关动作信息判断故障情况和保护的动作情况。目前超高压线路普遍配置了双重化保护，在故障发生后，保护动作信息、开关动作信息和其他伴随信息将在短时间内频发至告警窗[6-7]。面对短时间频发的诸多告警信息，调控人员单纯依靠人工识别，很难迅速识别出这些告警信息是否完全正确，也无法及时判断有无漏发信号，影响了对故障和保护动作情况的及时判断与处置[8-10]。

目前国内外还没有基于告警信息对保护跳闸事件进行自动识别的方法。为解决调控人员人工识别保护跳闸序列中保护和开关动作信息费时费力、难以迅速判断有无漏发信号的问题，提出对保护跳闸序列比对的方法，并对所提方法进行了模块化的设计与实现，建立了跳闸事件标准序列模板。基于序列比对算法，根据信号特征建立事件触发条件并进行序列比对，通过计算机进行了算法功能实现，经过实用化证明了所提方法的有效性和可靠性。

1 序列比对算法

序列比对算法是主要功能实现的关键，通过长期的系统运行经验和算法总结，形成了如图1所示的流程图。

图1 序列对比算法总体流程

首先，根据监控告警信号中的“间隔事故汇总”和“断路器事故分闸信号”作为触发条件判断跳闸事件的发生；然后，采集该信号前后各2 min内触发的所有告警信号，根据关键信号判断跳闸事件的类型，比如线路跳闸、主变压器跳闸、电容器跳闸等；再根据事件类型选取相应跳闸事件的标准信号序列，同时对标准信号序列和待匹配序列进行数字化编码；最后，将标准信号序列和待匹配序列进行匹配，确定事件类型，判断是否有漏发信号并输出结果。

2 保护跳闸事件

在所有跳闸事件中，发生最多的为线路保护的跳闸事件，因此，以高压交流线路保护跳闸为例，其跳闸逻辑见图2所示。

图2中，当事件触发后，根据跳闸后重合闸的动作情况，分别生成故障无重合闸、重合闸成功和重合闸失败3种情况下的跳闸事件模板，并分别记为M1、M2和M3；对模板M1、M2和M3中的保护和开关动作信息进行融合处理，生成总跳闸事件模板MT，并对其中的保护和开关动作信息进行数字编码，生成数字集合QT1、QT2、QT3和QT。

图2 线路保护跳闸逻辑

收集实际线路保护跳闸时间前后各2 min内和该线路相关的保护和断路器动作信息，生成待匹配序列MO。将待匹配序列MO中的信息依次与总模板MT中的信息进行关键字匹配，如果匹配上MT中的某条信息，则将该信息的数字编码记录下来，生成待匹配序列MO对应的匹配集合QP。再根据匹配集合QP对跳闸事件类型进行识别，确定实际的跳闸事件类型。

根据实际的跳闸事件类型，将匹配集合QP与实际跳闸事件类型对应的数字集合进行比较，完成序列识别，判断有无漏发信号。

生成的故障无重合闸、重合闸成功和重合闸失败3种跳闸事件模板M1、M2和M3中，M1包括无重合闸和断路器合闸信息，M2包括重合闸或断路器合闸信息，M3包括重合闸或断路器合闸信息或断路器分闸信息，且断路器分闸信息比合闸信息多1次。

上述步骤中，对模板M1、M2和M3中的保护和开关动作信息进行融合处理，生成总跳闸事件模板MT，形成过程如下。

M1中共有a条告警信息：

M1={x1,x2,x3,x4,x5,…,xa}

(1)

M2中共有b条告警信息：

M2={x1,x2,x3,x4,x5,x6,…,xb}

(2)

M3中共有c条告警信息：

M3={x1,x2,x3,x4,x5,x6,x7,…,xc}

(3)

则形成的总模板MT为

MT={x1,x2,x3,x4,x5,x6,x7,…,xd}，

(d=max{a，b，c})

(4)

对总模板MT中的保护和开关动作信息按照不同类型进行数字编码，编码过程如下。

M1中共有a条告警信息：

QT1={1,2,3,4,5,…,a}

(5)

M2中共有b条告警信息：

QT2={1,2,3,4,5,6,…,b}

(6)

M3中共有c条告警信息：

QT3={1,2,3,4,5,6,7,…,c}

(7)

MT中有d条告警信息：

QT={1,2,3,4,5,6,7,…,d}，
(d=max{a，b，c})

(8)

将待匹配序列MO中的信息依次与总模板MT中的信息进行关键字匹配，匹配过程如下。

MO中包含的信息有：

MO={e,f,g,h,i}，

(0

(9)

式中，e、f、g、h、i为匹配信息编码。

通过与MT匹配，形成的匹配集合：

QP={e,f,g,h,i}

(10)

根据匹配集合QP对跳闸事件类型进行识别确认，识别过程如下：

1)QP中没有重合闸和断路器合闸信息，判断事件类型为故障无重合闸；

2)有重合闸或有断路器合闸信息和断路器分闸信息，且断路器分闸信息比合闸信息多1次，判断事件类型为重合闸失败；

3)有重合闸或有断路器合闸信息和或断路器分闸信息，且断路器分闸信息的次数小于或等于合闸信息的次数，判断事件类型为重合闸成功。

3 算 例

以四川省内某条220 kV线路为例，该线路故障后，保护和断路器动作信息所形成的跳闸序列模板分别如表1至表3所示，形成的模板分别为M1、M2和M3。

表1 220 kV线路故障保护动作且无重合闸

表2 220 kV线路故障保护动作且重合闸成功

对表1至表3中的保护和断路器动作信息进行融合处理，形成总跳闸事件模板MT，并对每条信息进行数字编码，如表4所示。

表3 220 kV线路故障保护动作且重合闸失败序列

表4 220 kV线路保护跳闸标准序列

以某实际220 kV线路故障后的跳闸序列为例，形成待匹配序列MO，如表5所示。

将待匹配序列MO中的信息依次与表4中总模板MT中的信息进行关键字匹配，如果匹配上MT中的某条信息，则将该信息的数字编码记录下来，形成待匹配序列MO对应的匹配集合QP。QP中有重合闸、断路器合闸和断路器分闸信息，且断路器分闸信息与合闸信息数量相等，判断事件类型为故障后重合闸成功。同时，跳闸事件齐全，未发现漏发信息。

表5 某220 kV线路故障保护跳闸待匹配序列MO

将待匹配序列MO中的信息依次与表4中总模板MT中的信息进行关键字匹配，如果匹配上MT中的某条信息，则将该信息的数字编码记录下来，形成待匹配序列MO对应的匹配集合QP。QP中有重合闸、断路器合闸和断路器分闸信息，且断路器分闸信息与合闸信息数量相等，判断事件类型为故障后重合闸成功。同时，跳闸事件齐全，未发现漏发信息。

4 模块实现

基于国产的达梦数据库和JAVA编程语言进行模块的设计与实现。目前序列比对的主要逻辑部分使用变形的责任链模式实现。输入的告警数据将会在各模板类型的实例间逐个传递，直至有模板声明其能够处理此数据。在模板中，被确定为跳闸事件的信号序列会逐一通过正则表达式匹配的方式与模板中的模板信号进行比对，得到序列比对的结果。同时，含有重合闸逻辑的模板也会通过索引数查询方式，在确定的跳闸事件信号序列集合中索引间隔ID相同的全部事故分闸信号与合闸信号，并作出重合闸情况判断。

在图3、图4展示的序列比对结果中可以看到，序列比对结果详细地呈现出了当前跳闸事件原始信号序列与模板信号序列的比对情况。若当前跳闸事件有漏发信号，经过序列比对，可以清晰地看出漏发信号的内容以及在模板中的索引位置。并且，包含重合闸逻辑的跳闸事件(如线路跳闸事件)也会精准判断出跳闸后的重合闸情况。同时，该模块具备跳闸数据统计分析及日志导出功能，避免了调控人员人工记录的繁琐。

图3 输出事件报告

图4 数据统计报告输出

由上述可知，该模块可以准确且快速地识别保护跳闸序列中的保护和断路器动作信息，迅速判断有无漏发信号，为及时处理故障提供支撑。

该方法及模块与现有技术相比，具有如下的优点及效益：

1)将人工识别跳闸序列转换为了自动识别，提高保护跳闸序列识别效率和准确性，及时发现有无漏发信号，加快故障处理；

2)不需要增加新的设备，只需要增加一个跳闸序列识别模块即可，不影响调控人员监盘；

3)使调控人员识别保护跳闸序列中保护和断路器动作信息省时省力，更易迅速判断有无漏发信号的问题。

5 结 语

通过所提出的跳闸序列比对算法实现了保护跳闸自动判别，解决了目前调控人员人工识别保护跳闸事件中的保护和断路器动作信息费时费力、难以迅速判断有无漏发信号的问题，提高保护跳闸序列识别效率和准确性，加快故障处理。同时，进行了代码实现，设计并实现了跳闸序列比对模块，仅需在监控界面增加一个模块，将人工识别跳闸序列转换为自动识别，实用化效果良好。可推广至所有调控机构，潜力巨大。