智能化继电保护自动测试系统的评价研究

谭金龙 张 路 南东亮 韩 伟 王 畅 高 兴

（1.国网新疆电力有限公司电力科学研究院 2.国网河南省电力公司电力科学研究院）

0 引言

由于电力电子技术、网络通信技术、计算机技术的快速发展，网络化、计算机化、智能一体化和数字化逐渐成为继电保护技术发展的新目标。

由于智能化继电保护技术还需要进一步研究，因此目前继电保护测试包括人工测试和自动测试。在人工测试过程中，所有的操作过程皆需测试人员参与，测试人员所拥有的专业技术、个人实际经验及工作状态会导致测试的结果有着较大的不确定性，存在测试盲区、自动化测试程度较低、测试耗时较长，测试工作的反复性高，易导致因检测人员疲劳而检测错误［1-3］等缺点。很多时候，微小的错误不容易被察觉，也不会影响电网的正常运行。但当电网发生故障，需要继保装置做出正确的跳闸动作时候，这种错误可能会引起继保装置拒动，进而扩大故障范围，影响电网的稳定运行。

自动测试的保护逻辑功能能够自动生成报告，且智能化程度高，人工干预少［4］。不仅可以大大提高定检工作效率，减轻现场工作人员的工作强度，同时也可以有效地避免因为人为因素而导致的各类定检问题，测试报告的标准格式能够自动生成，测试过程透明化，测试系统具备良好的可扩展性，实现对保护定检工作流程的标准化和规范化［5-7］。

根据上述论述，本文提出一种科学的评估方法来评价和分析人工测试和自动测试两类方法。

1 评价指标

通过自动测试对保护装置进行实际的测试，根据操作的便捷性、测试的连续性、工作的高效性、数据的准确性及测试接线等几方面对自动测试程序系统进行初步评估［8-10］。所建立的评价指标体系如图1所示。

图1 自动测试系统评估指标

（1）便捷性指标

继保装置进行自动测试前，需要对被测试的继保装置进行基本参数的收集和相关测试方案的编辑，形成测试文档，以供现场测试调用。进行现场测试前，需根据方案进行测试线的连接，确保测试系统能顺利输出和接收测试数据。

（2）连续性指标

经过测试前的准备工作后，测试工作会由自动测试程序系统自动进行，免去过往重复切换测试菜单的断续操作，测试工作较人工测试更连续。

（3）高效性指标

使用自动测试程序系统进行继保装置测试工作，工作效率较以往有大幅度的提升，有效地减去工期，减短设备的停电时长，提高电网的可靠运行。

（4）准确性指标

从自动测试程序系统采集的测试数据分析，测试数据与人工测试数据差别不大，准确率较高。另外，自动采集测试数据功能可以减少人工填写数据错误的概率，较人工填写数据更有优势。

（5）测试接线指标

一般继电保护测试工作前，需要完成对模拟量回路、动作接点回路（开出回路）、接点开入回路三部分回路的接线工作。接线过程中以工程图纸作为参考依据，同时需要结合现场的实际设备安装而随时调整试验接线。虽然接线工作难度不大，一般接受了上岗前操作培训的初级作业员已能独立完成测试接线工作。但根据统计数据显示，人工接线不能达到100%正确，正确率约为98.7%，因此影响了试验工作的效率。导致试验接线错误的主要原因有以下几个因素［11-16］：①试验人员精神状态不佳，疲倦作业；②对测试仪器、继电保护装置不熟悉，错误接线；③现场设备安装错误；④设计图纸，厂家资料设计错误。

1）人员精神指标。当要对多个继电保护装置进行逐一试验时，若工作时间过长，缺乏休息，会导致试验人员精神不集中，精神不佳等情况。同时，由于试验人员长期处于脑力工作状态，心理、身体产生麻痹、疲惫等现象；另外，在工作过程中缺少旁站人员监护和检查，容易导致在试验过程中出现接线错误的现象，而且错误不易被发现。

2）对设备的熟悉度指标。继电保护测试是一门逻辑性较复杂，理论与实际结合运用性较强的操作技能工作，很多情况下都需要灵活处理问题，不能生搬硬套过往一套方法。在测试过程中遇到新的装置设备，只有通过测试人员依靠自身的技能经验和根据现场的施工图纸，才能正确将测试设备与继保装置有效连接，进行有效的测试工作。若测试人员遇到过往没有接触到的装置设备，同时也没有查阅图纸，或者没能正确理解图纸，会导致设备接线错误，影响工作的开展，更严重还会导致发生人身安全事故、设备损坏等。

3）现场设备安装错误率指标。现场设备安装错误主要以误接二次线和误贴标签标识为多数。在新建、改扩建工程中误接二次线引起的保护事故现象相当普遍。造成误接二次线的原因主要有：①工作人员不按图纸施工，凭经验、凭记忆接线；②作业人员不履行相关工作手续，擅自修改运行回路；③二次设备内部配线误接。

误贴标签标识主要是施工人员不按图施工，凭经验、凭记忆随意粘贴标签标识，而且验收人员也没有认真细致逐一核对标签标识，留下设备运行的安全隐患。

在继保设备测试阶段，测试人员一般根据设计图纸和现场粘贴的标签标识进行试验接线，往往会忽略核对二次线接线和标签标识粘贴的正确性。由于误接二次线和误贴标签标识，使测试人员误接测试线而导致测试结果不正确，偏离预期目标值的现象屡有发生。

4）图纸的设计错误率指标。施工图为工程项目外部形状，全体构造、材料作法以及施工和设备等要求的图形样板。施工图的特点是具有图纸完备、详细要求、表明精确，是系统施工图估算、工程施工和施工布局设计的根据，也是进行技术约束的首要技术性文件。

2 Fuzzy-AHP主观评估方法

为证实自动测试系统的优越性，采用了多准则决策的评估方法，计算各评价指标的模型后通过主观评价法来评估系统。

AHP法是由美国的学者T.L.Saaty在1970年提出的一种综合评价方式，旨在用于解决多个目标和层面的问题。判定矩阵的一致性检验比较繁难是层次分析法较大的缺陷，于是提出了模糊层次分析法（Fuzzy-AHP）。Fuzzy-AHP是将层次分析法和模糊法结合起来的以决策要素剖析为方案、目标和标准的一种决策方法。它的指标主观权重确定步骤如下：

步骤1：三角模糊函数：

式中，s表示m的下限；u表示m的上限，s≪m≪u，s和u表示的意义是评价指标的模糊程度，u-s越大，模糊程度越高，反之亦然。因此通过将评价指标模糊判定后，就得到了相应的三角模糊判断矩阵A=［aij］，如图2所示。

图2 模糊三角函数分布

步骤2：构建模糊判断矩阵A。A=［aij］，aij的赋值大小参考文献［17］。

步骤3：指标无量纲化，构成指标矩阵X：

鉴于各评价指标数值量级差和量纲的不同，故需进行指标无量纲化处理。去指标的量纲化可使用向量规范法实现，见式（3）：

其中式（3a）是极大型指标无量纲化；式（3b）是极小型指标无量纲化。

我在庐山亲眼见到蒋介石。1947年夏天，我坐在牯岭街家中二楼窗前，见蒋介石从东谷过来，他披一件黑色斗篷，有几个便衣警卫跟随，沿台阶走上来，经过我家门前，没有前呼后拥，也没人在意。我心里恨恨的，觉得就是这个人，把中国搞得一团糟。

步骤4：确定评价指标的模糊评估矩阵Ri=［rij］n×m。其中，rij表示评价因素集中第i个因素与评语等级集V中第j个等级Vj的隶属程度。

步骤5：求矩阵A的最大特征值λmax，所求指标的权值比为其特征向量的归一化：

步骤6：一致性检验见表2。衡量A一致性的指标CR可表示为：

式中，n为A的阶数；γn为A的阶数所对应的修正值，其取值可参考表1［17］。如果CR＜0.1，则证实其可接受一致性检验；反之，则对子目标再度进行判定，直到A通过一致性检验。

表1 对应n的γn值

3 指标权重计算与评估分析

指标系统的建立如图1所示，首先对各指标的权重利用基于Fuzzy-AHP法进行计算。然后，对各系统的定性指标使用TFN的方式进行量化。在量化定性指标后，需对其实施规范化处理，将所有极小型指标采用式（3）转换成极大型指标。同时指标层使用Fuzzy-AHP进行全体评估赋权，得到准则层对指标层的矩阵。准则层和指标层的判断矩阵和主观权重值见表2～表4。表5是所有指标的模糊参数值。

表2 准则层主观权重

表4 指标层主观权重

表5 评价指标参数

通过计算结果归一化以及一致性检验后，得到各指标人工测试和自动测试的主观权重值。

准则层A1～A5的人工测试和自动测试主观权重值比较如图3所示。指标层X1～X5的人工测试和自动测试主观权重值比较如图4所示。指标层X6～X9的人工测试和自动测试主观权重值比较如图5所示。

图3 准则层A1～A5主观权重值

图4 指标层X1～X5主观权重值

图5 指标层X6～X9主观权重值

由表3可知，设备接线投运前检查回路是发现错误、设备缺陷的重要手段，但其繁多、工作复杂且容易出错、工作时间长，是一项工作量庞大的任务。采用具有通用性强、使用操作便捷的自动测试程序系统智能接线，不仅能让设备正常工作，还显著提升测试的效率，有效缩短工作时长。根据初步统计，大概可以提升效率5～7倍，实现自动测试系统的高效性。

表3 指标层主观权重

表4～表5中，技术是关键，人工测试中过分依赖个人能力、操作人员对测试工作的熟悉度、知识水平等有效降低人工测试中的潜在隐患。因此，测试人员的知识程度在人工测试中起到很重要的作用。虽然自动测试总体上优于人工测试，但是自动测试系统没有测试报告分析功能，测试报告分析只能靠人来完成，自动测试往往也离不开工作人员的辅助。

由图6可知，自动测试权重值大于人工测试，表示自动测试优于人工测试，但是人工测试的权重也保持较高的比例。自动测试的准确性往往高于人工测试。当人工进行重复的测试项目时，容易导致测试人员疲劳而使测试的错误率明显增大，影响测试的质量。如果应用自动测试方法，测试程序按预设定的方案进行测试，甚至重复工作，确保测试数据正确。综合评价，总体的测试操作较以往自动测试操作更简单便捷、连续，减少了现场调试操作。

图6 不同测试总评价值

4 结束语

本文将继保装置的人工测试和应用自动测试两者进行评价比较，指出自动测试程序系统的创新性和优越性。

从评价结果可知，自动测试系统更加快速，并能够连续工作。测试时，不仅快速、连续、高效，还对测试数据准确度要求高。对不同系统的性能，设备技术熟练，运行时基本不会出现错误，能保证电网安全稳定运行。与人工测试评估结果进行对比分析，自动测试系统能够满足实际使用需要。但是，自动测试往往离不开人工测试的支撑和帮助，两者互补是保护的最终目的。