变电站继电保护二次回路故障诊断流程探究

国网吉林省电力有限公司吉林供电公司 王芳晴

1 引言

研究中，相关工作人员基于继电保护二次回路故障特点，引入D-S 证据理论，对现有的二次回路故障诊断模型进行优化。通过D-S 理论对可能产生故障的组件进行汇总，并评估该集合中每一种原件诱发二次回路故障的概率，通过这种方式解决故障评估证据源之间可能存在的矛盾，避免二次回路故障诊断系统作出明显错误的判断。

2 二次回路模型

2.1 SCD 文件

该文件作为变电站继电保护系统重要的配置文件，其包含了ExtRef 元素，能够全面描述二次回路各项信息，ExtRef 字段详见表1。

表1 ExtRef 字段

由表1可知，SCD 文件中记录的各项内容，令二次回路状态信息以更具可视化的方式展示在工作人员面前。但是该文件存在一定的缺陷，即ExtRef信息只能记录二次回路组件之间的连接关系，并不具备物理连接链路以及虚回路端口信息[1]。

2.2 二次回路模型设计

为解决SCD 文件无法描述物理连接链路以及虚回路端口信息这一问题，研究人员尝试构建二次回路物理链路以及虚回路模型，基于两种模型之间的映射关系，实现物理链路与虚回路之间的数据转换。

本次研究中，工作人员引入《IEC61840-6》中的PhysConn 元素构建二次回路物理链路模型，该模型中包含了四种不同的字段表示字符串，分别为Port、Plug、Type 以及Cable。二次回路实际运行过程中，如果PhysConn 元素与Cable 字符串的内容一致，则表示该系统中物理链路端口之间使用光纤进行连接。PhysConn 元素具有的特点包括：一是Port 字段内容格式为“卡号-端口号”；二是ExtRef 字符串主要记录表述二次回路物理端口的标识数据，在物理链路与虚回路映射组合中，使用“：”将二者隔开。

2.3 建立物理链路与虚回路映射关系

变电站继电保护二次回路物理链路与虚回路之间建立映射关系主要分为三种情况：第一，研究人员基于SCD 文件中的链路端口表，建立与虚回路的映射关系。通过分析ExtRef 元素可以确定该映射关系中的Port 以及Cable 字符串中记录的物理端口表示，并将其与光纤表示进行比对。例如，某变电站母线保护装置P1与二次回路交换机SW1的Port[2]。某变电站母线保护装置物理链路端口信息详见表2。

表2 某变电站母线保护装置物理链路端口信息

分析表2可以发现，P1的X端口与Y端口，与光纤L11相连，而交换机SW1的Z 端口则与光纤L10连，利用L11与L10两根光纤，实现了母线保护装置与交换机之间的映射。第二，遍历故障系统中的物理链路端口，并标记与之对应的光纤线路，进而形成回路。第三，基于SCD 文件中的intAddr 字符串，系统可以自动获得物理链路回路与虚回路之间的映射关系。该系统中，每一个虚回路端口都有与之对应的intAddr 物理端口。只需要查询intAddr 物理端口基本信息，就可以建立虚回路与物理回路之间的映射关系。

3 二次回路故障诊断流程分析

变电站继电保护二次回路故障诊断的流程主要分为3个步骤：一是对收集到的SCD 数据进行初始化解析，创建物理链路表格与虚回路表格，在两种表格之间形成映射，创建故障检测链路举证表。二是判断变电站继电保护系统是否存在故障，若判断结果为“否”，则根据设定的时间对继电保护系统进行周期性检测，如果判断结果为“是”，则进入下一步骤。三是基举证表以及虚回路表相关内容，遍历SCD 文件，锁定可能导致故障的可疑组件。

3.1 D-S 证据理论介绍

本文所使用的D-S 证据理论经过了一定的改良，如果将传统的D-S 理论直接用于二次回路故障诊断系统，可能会出现证据矛盾现象。针对这一情况，研究人员在深入了解继电保护二次回路组件自检警告数据源特点的基础上，对D-S 证据理论进行改良[3]。

研究人员假设有m1,m2,…mn个故障证据源，当证据源im与mj发生冲突时，其冲突值标记为kij，且kij的计算式为：

式（1）中，Ax与Ay均为正聚源对应的可能故障组件。可信度ε的计算式为：

式（2）中ε与kij的平均值为反比例关系，ε的数值越低，表示两种证据源之间的矛盾越明显。基于式（1）、式（2），制订了新的合成规则计算方法：

式（3）中，k表示冲突因子，其数值越大表示两个证据源之间的冲突越明显；q(A)为针对结论(A)的平均支持度，m(A)为(A)的证据合成结果。实际进行故障检验时，如果冲突因子较小，则基于p(A)判断m(A)的大小。反之，需要通过k×ε×q(A)来判断m(A)的大小。与传统D-S 证据理论相比，经过改进的D-S 证据理论能够将预估故障组件集合中矛盾较为明显的概率幅值为X，将矛盾明显的证据排除在结论推导逻辑之外，通过这种方式对举证表部分进行更为科学的限定[4]。与原D-S 证据理论相比，改进型D-S 证据理论对于正聚源的利用效率更高。

3.2 组件自检报警记录表

本次研究中，相关工作人员综合二次回路元件报警记录表、变电站日常巡检台账、二次设备台账表等资料，绘制可疑组件自检报警记录表模型详见表3。

表3 可疑组件自检报警记录表模型

利用“变电站继电保护ID”“二次回路ID”等数据，实现不同类型数据之间的互联互通，提高数据匹配以及自检效果。

3.3 BPA 计算流程

根据D-S 证据理论以及自检报警记录表，研究人员对变电站继电保护二次回路中各种可能引发故障的组件（正聚源）进行BPA 计算，BPA 计算流程图如图1所示。

图1 BPA 计算流程

BPA 计算主要分为三个步骤：一是当继电保护二次回路发生故障后，故障判断系统从综合信息数据库中抽调组件自检报警记录表。二是系统自动检索可疑组件集合，并调阅可疑组件造成二次回路故障具体次数。三是统计某组件导致继电保护二次回路出现故障的次数，并计算该组件BPA 量化数据，其计算式为：

基于式（4），该系统可以自动统计每一个可疑组件（证据源）BPA 数值，根据数值的大小判断不同的可疑组件能够引发二次回路故障的概率[5]。

4 算例分析

为了印证该故障判断流程的有效性，研究人员以某变电站为例，为该变电站继电保护二次回路搭配该故障检测系统。该变电站继电保护二次回路组件集合为：{MU、MU.1-A MU.1-B MU.2-A P1.1-A P3.1-A L1L2L3L5}故障检测系统遍历可疑组件集合，共筛选出25条故障记录，其中部分故障记录详见表4。

表4 某变电站继电保护二次回路部分故障记录

根据表4记录的故障数据，将各故障数据源代入{MU、MU.1-A MU.1-B MU.2-A P1.1-A P3.1-A L1L2L3L5} 集合中并进行BPA 计算。

故障证据源BPA 数据如图2所示。

图2 故障证据源BPA 数据

由图2可知，该变电站继电保护二次回路25次故障中，MU 组件故障概率最高，表明该组件自身的故障，有很大概率导致切换开关以及低压熔断器失效。因此，相关运维人员针对MU 组件进行重点检测，降低二次回路故障概率。

5 结语

继电保护装置作为维持变电站稳定运行的重要设备，一旦发生故障，会对整个变电站的安全造成威胁。研究人员针对继电保护二次回路，设计了一整套故障诊断系统，基于二次回路模型以及物理链路回路与虚回路映射关系，设计二次回路故障诊断框架，并将改进型D-S 证据理论引入该模型，利用BPA 算法计算可疑故障组件集合内每一种元件可能诱发二次回路故障的概率，并对概率较高的组件进行针对性强化，通过这种方式提高二次回路故障诊断效率与针对性，为保障变电站稳定运行提供基础支持。