继电保护系统故障的智能定位方法研究

国网江苏省电力有限公司泗洪县供电分公司 胡 月

继电保护系统如果出现故障问题，会导致其保护功能无法实现，为此需要快速解决继电保护系统出现的故障问题，但是在解决故障前，首先需要明确故障发生位置，然而传统的故障定位技术主要是依靠人工排查，整体效率较低，且无法准确定位。在现代信息技术发展的推动下，智能化技术开始在系统故障定位中应用，通过采用智能化技术，能够提升定位准确性与效率，利用数据分析等方式则能够实现快速定位，从而能够为后续的维修处理工作提供有力支持。

1 继电保护系统主要故障分析

结合相关实践经验以及资料来看，继电保护系统的故障问题主要可以分为以下几种类型：一是人为因素引起的继电保护系统故障。整定人员的错误整定引起的继电保护系统故障，如保护控制字计算错误、跳闸矩阵错误等；工作人员整定数值输入错误引起的继电保护系统故障，工作人员失误操作引起的继电保护系统故障，设备、线路等引起的故障，温度、湿度等环境因素导致设备受到影响的故障；元件使用过程中出现的质量问题；二次回路老化导致绝缘损坏故障问题；运行期间端子接线脱落松动、光纤损耗等故障问题。二是电子干扰与无线信号引起的二次回路故障问题[1]。三是电源故障。工作站出现了电源故障问题，比如电源应用错误等故障。

由于不同因素的引起的继电保护系统故障问题，会导致继电保护系统无法正常运行，所以需要对其进行维修处理，在维修前需要准确定位继电保护系统故障的所处位置。

2 继电保护系统故障模拟实验

为了模拟继电保护系统的故障定位方法，本次使用了专用设备，型号为PCS-978，采用该设备对环境进行模拟，该设备在应用过程中，能够用于所有的保护电量测量，且可以在变电站的信息化系统中应用，具有良好的适用性。在试验测试开始后，将其与保护设施进行连接，将试验规定的电量输入到系统中，之后通过该装置的网口收集相应的数据。在故障模拟期间，试验设备与保护摄氏度高压电源保持接入，高压测试完成后分别与抵押和电流电子进行接入处理，从而能够验证其保护功能。试验期间对保护设施的一般运行情况进行模拟，当出现故障问题后，继电保护系统的故障数据能够在试验设备中显示，比如软压板使用错误故障、电流互感器接线错误故障问题等，都能够利用该设备直接显示，在试验检测中具有良好的应用效果，故障对应的数据、信息等会全部记录下来，从而为后续故障定位体用基础[2]。

在模拟测试期间，为了确保验证结果准确性与真实性，采用分别输出不同参数的方式，且每一组参数重复使用多次，测试软件则能够记录继电保护系统的运行数据。针对继电保护系统故障的模拟，测试基本流程为：在接入对应的电压侧后，系统运行数据则能够显示在软件中，将收集的数据与正常数据对比，则完成了对故障的模拟。

一是空气开关损坏故障模拟。在继电保护系统正常运行过程中，如果开关区域在软件中现实的数值与常规数值不同，则说明开关存在故障问题，可能是开关由于某种原因出现了损坏，为此需要将当前的开关断开，从而实现了对开关故障进行模拟的目标，对故障的数据进行对比，从而能够明确故障发生的具体情况。

二是TA高压侧变比输入错误故障模拟。如果工作人员的操作出现错误问题，或没有依据相关规定标准进行作业，则可能会导致线路高压侧出现故障问题，高压侧的变比输入错误会导致继电保护系统运行出现故障，通过将试验数据与正常数据进行对比，则能够获取相应的故障数据。

三是软压板使用错误模拟。由于工作人员的操作失误，导致软压板故障问题发生；对变压器纵差保护软压板没有使用进行模拟，模拟分为两个流程，其一为在正常输入系统参数的情况下，系统出现了故障提醒，同时系统的录波功能能够正常运行，但是没有出现跳闸故障；其二为在正常输入常规的系统参数情况下， 系统出现了故障预警，系统的录波功能正常运行，依然没有发生纵差保护的情况。

四是硬压板使用错误。在变电站运行过程中，技术人员如果出现错误作业，没有依据规定进行操作，会引起硬压板使用错误的问题，为此需要对硬压板的故障进行模拟，获取硬压板系统运行数据，在试验过程中需要输入常规的系统运行参数，系统出现故障提醒，但是没有出现跳闸；其次输入纵差保护的数据，出现设备提示设备报警、差流越限、保护板报警出发录波以及低压侧负荷过高的提示，相应的保护动作也没有发生[3]。

在试验进行过程中，需要确定故障问题发生，为了达到该目标，确保结果准确性，采用增加试验次数的方式，使得试验的数据总量更大，利用软件获取相应的运行数据，从而能够判断故障发生的具体位置，确保试验结果真实性，为此本次试验结合常见的30余种故障问题，在确保智能分析技术需要的数据量基础上，尽量采集更丰富的数据，为此本次试验收集的数据总量超过4600种，且各数据之间不重复，每个数据代表一种对应的故障问题信息，能够更加准确地判断相应故障问题。采用的设备能够阅读大量的实时数据，将重复数据以及不相关数据去除后，得到336项数据，并从继电保护测试设备中收集30组数据，共计得到366项数据，同时受到软件技术的限制，将所有的试验过程中得到的数据进行导出，以此为基础构建继电保护系统故障定位数据库。

3 继电保护故障定位矩阵与算法设计分析

3.1 继电保护故障定位矩阵

在收集继电保护的故障数据后，为了便于计算机的智能化识别功能实现，需要对不同的故障数据进行编号，继电保护故障定位矩阵包括继电保护的故障类型、发生具体区域，为此对算法进行优化处理，从而能够在继电保护故障发生后快速定位。在二级制部分划分中，将其划分为16格，每格对应含义为：处于运行状态；产生故障现象；故障相序或作为序号，能够分辨同类不同相的故障；证明系统故障存在着特殊性，需要依据具体信息进行输入，判断为故障输入1，非故障输入0，需要按照二级制顺序填入，还可以按照故障发生相序填入；继电保护系统故障定位矩阵中包括常见的30余种故障，通过二级制故障定位推到十六进制故障矩阵，部分故障矩阵和故障点的关系见表1。

表1 故障定位数据

相同类型、不同故障点或不同类型的故障都可会产生相同的故障现象，所以在定位这种故障时，可以采用与技术人员定位结合的方式，能够起到更加良好的效果，避免由于智能定位数据不全出现的定位错误问题。所以只采用智能化技术无法区分具体数据，从而导致难以准确定位故障，为此在智能化定位诊断过程中，需要结合人工经验的辅助，确定故障最后的位置判断准确性。因此，结合人工经验对其进行处理，在定位过程中，故障发生之后，结合现场传感器采集的数据，将其输入到定位系统中，依据算法矩阵对其进行处理，由技术人员对定位结果进行判断分析。

3.2 算法设计

本次继电保护故障智能化定位设计采用Python语言，该系统的运行流程较为简单，不需要复杂的计算过程中，系统运行过程中能够将采集的故障数据与数据库中典型数据进行对比，从而得到更加精确的定位结果。具体算法流程如图1所示。

图1 具体算法流程

在继电保护系统出现故障问题后，需要立即采集故障对应的数据，并对出具进行初步处理，数据处理需要依据洗头工运行进行；将数据进行转化处理后，能够防止数据合适不规范等问题对系统运行流程产生影响，进而能够提高系统定位实际效果。合成少数类过采样技术为一种在个体样本中插入生成新样本的技术，能够在原始数据样本中获取少量样本。SMOTE技术能够提升样本容量，降低数据之间的不平衡，从而能够避免过度拟合的问题发生。随机森林是一项以决策树为基础的改进算法，能够对样本进行标签或输出表现强相关特征的学习算法。

3.3 算法验证

为了验证该系统算法的准确性，对系统运行参数进行设定，验证过程中共设计25轮训练，最后准确率为0.9997；在数据处理完成后，将数据集处理为训练集、验证集以及测试集，预留的测试集与神经网络结合，随机选择5组数据和实际定位结果进行对比，对比结果见表2。

表2 对比结果

在系统算法设计完成后，将其进行整合，对系统进行完善化处理；系统运行过程中，收集继电保护系统故障的基本数据，数据可以直接作为输入，最后输出故障矩阵，对比故障定位表，从而能够准确定位继电保护系统的故障位置，在实际应用中具有良好的效果。通过采用该智能识别算法，能够准确定位故障发生具体位置，结合人工经验的辅助，确保故障定位结果符合实际情况，还能够提升故障定位综合效率，确保继电保护系统能够安全、稳定运行。

4 结语

在智能电网建设规模逐渐扩大的背景下，为了提升继电保护系统故障定位效率与准确性，为智能变电站的安全运行提供支持，本文提出了一种智能化故障定位系统，对其数据库构成、算法等进行全面阐述，希望能够对相关领域与行业起到一定的借鉴作用，不断提升智能化技术水平，确保智能化技术在继电保护系统故障定位中能够更好地应用。