基于保信系统的保护区外故障分析功能研究

钟宝华 危 乐

（广东电网有限责任公司河源供电局，广东 河源 517000）

0 引言

继电保护正常运行是保障电网安全稳定的重要前提，为了让新投运的继电保护装置能在电网故障时经受住考验，专业人员发明了保护区外故障分析工作模式，通过观察区外故障时新保护的状态来判断该装置定值、回路或功能是否完备且正确。但常规的区外故障分析太依赖人力资源和运维人员的技能水平，一方面需要运维人员到现场或在保信主站端开展，另一方面又对运维人员有很高的技能水平要求，在运维部门人力资源紧缺且人员技能水平参差不齐的大背景下，保护区外故障分析的效率和正确性大打折扣。故本文提出一种电力系统继电保护装置区外故障分析方法[1]，基于继电保护信息系统的数据基础，通过研究智能分析判别方法实现相关变电站的相关继电保护装置全流程区外故障分析并得出结果。如此一来，设备运维效率大大提高，继电保护装置及二次回路隐患更容易被发现，保护误动或拒动事件将大大减少，从而有利于确保电网安全稳定运行。

1 专用名词介绍

“继电保护装置区外故障分析”，顾名思义即继电保护装置在主保护范围外发生故障时，开展本间隔继电保护装置动作情况分析，主要通过保护启动情况、电流电压波形等数据分析继电保护装置及二次回路运行是否正常。

“继电保护信息系统”，又称保信系统，指的是一种可以远程召唤变电站内保护定值、录波和状态量等信息的主站系统，通常部署在电网公司各级调度机构，用于开展继电保护装置的远方巡视、特维、修改定值等工作。

2 常规工作模式

当前，电网公司的变电站继电保护装置运维人员开展继电保护装置区外故障分析的工作模式有两种：一种是运维人员直接前往变电站检查故障元件相邻设备保护装置开展分析，优势在于信息比较直观，缺点是耗时较长、打印的动作报告较多；另一种是通过保信系统远程召唤故障元件相邻设备保护装置数据开展分析，优势在于耗时较短、不用打印报告，缺点是信息不够直观。两种工作模式各有利弊，总的来说，第二种模式更高效便捷一些，但均需要专业人员分析判断，智能化程度较低。

3 区外故障分析新模式

针对常规工作模式的缺点和不足，本文研究了一种保护区外故障分析新模式。将保信系统采集的继电保护设备信息进行实用化处理，首先实现电网一、二次设备协同拓扑化，便于定位故障元件后检索需开展区外故障分析的二次设备；其次，通过智能判断方法全流程开展继电保护装置区外故障分析；最后，得出相关继电保护装置的局域区外故障分析报告输出给专业运维人员。详细功能介绍如下。

3.1 电网一、二次设备协同拓扑化

通过对保信系统相关站点数据进行建模，构筑一、二次设备协同拓扑图，如图1所示。对图中关键数据进行收集关联，例如拓扑连接情况、保护装置名称、电压等级等，通过拓扑化可实现依据判断条件快速检索需开展区外故障分析的相关二次设备。图1中简单介绍了一个电力系统一、二次拓扑，含220 kV/110 kV/10 kV局部电网系统，图中举例介绍了部分二次设备关联，如A站220 kV甲线间隔关联“A站220 kV甲线保护一”“A站220 kV甲线保护二”、A站110 kV母线间隔关联“A站110 kV母线保护”、D站甲号主变间隔关联“D站甲号主变保护一”“D站甲号主变保护二”等，每个一次设备间隔都会关联相应的二次保护装置，有些保护是双重化配置[2]，有些是单配置。

图1 一、二次设备协同拓扑图

3.2 区外故障分析方法

基于上述一、二次设备协同拓扑图，在电网发生故障时，通过对故障元件的相邻设备拓扑检索，开展继电保护设备区外故障分析，下一章节重点介绍。

3.3 区外故障分析报告

根据上述内容，得出区外故障分析报告，给出相关继电保护装置的分析结果（区外故障分析正常与否），供专业运维人员审阅、归档。

4 区外故障分析方法

本文提出了一种区外故障分析方法，主要由1个主程序和3个子程序组成。

4.1 区外故障分析方法主程序

用于定位一次故障元件设备，然后通过图1中的拓扑结构，检索出相邻一次设备元件，开展相应的继电保护装置区外故障分析，流程图如图2所示。图中第一步为“主程序开始”，用于启动主程序；第二步为“系统发生故障”，当电网发生故障时流转至此步骤；第三步为“定位故障一次设备，收集动作信息”，通过保护动作情况定位一次故障设备，收集保护装置报文中的动作时刻、故障相别等动作信息[3]；第四步为“通过拓扑图检索同一电压等级的相邻一次设备为【1、…、X】”，指的是将故障元件相邻的同一电压等级的一次设备排列成一组数组，对应相应的一次设备和二次设备间隔，例如图1中220 kV甲线发生故障，则将【A站220 kV乙线（A站220 kV乙线保护一/A站220 kV乙线保护二）、B站220 kV丙线（B站220 kV丙线保护一/B站220 kV丙线保护二）】一、二次设备排列对应，便于后面分析；第五步为“i=1”，即定义计数常数i=1；第六步为“开展第i个设备保护的区外故障分析子程序1”，即流转至子程序1开展第i个设备保护区外故障分析；第七步为判断i是否小于X，如果是则i=i+1，继续执行第六步，如果否则停止循环、执行下一步；第八步为“输出区外故障分析报告”，即将上述相关保护区外故障分析结果汇总整理输出成可查阅的报告形式；第九步为“结束”，用于结束主程序。

图2 区外故障分析方法主程序流程图

4.2 区外故障分析方法子程序1

根据主程序检索结果，首先开展保护双重化判别，然后再逐个开展继电保护装置区外故障分析，主要通过继电保护装置启动情况和故障相别比对判断，得出分析结果，流程图如图3所示。其中最为关键的环节是确认保护判别出来的故障相别是否与故障设备故障相别一致，如果一致则可以断定该保护区外故障分析结果正确。

图3 区外故障分析方法子程序1流程图

子程序1中判断出未启动保护时，并无法判别出相关保护区外故障分析结论，故通过子程序2、子程序3来判别。

4.3 区外故障分析方法子程序2

适用于单套配置的保护判别，子程序2将保护召唤定值与存档电子定值进行比对，比较保护装置定值项目中软压板和保护装置开入功能硬压板状态，确认保护装置定值和功能状态均正常的情况下，则判断该保护区外故障分析无异常，否则判断为有异常。流程图如图4所示。

图4 区外故障分析方法子程序2流程图

4.4 区外故障分析方法子程序3

适用于双套配置的保护判别，同理，将保护召唤定值与存档电子定值进行比对，比较保护装置定值项目中软压板和保护装置开入功能硬压板状态，确认保护装置定值和功能状态均正常的情况下，则判断该保护区外故障分析无异常，否则判断为有异常。流程图如图5所示。

5 结束语

本文基于变电站继电保护专业常规开展的保护区外故障分析工作，研究了一种基于保信主站的区外故障分析新方法新模式，通过对保信主站的数据进行深层次加工处理，将故障元件及相邻元件的保护启动等信息收集综合判断[4]，得出相关保护的区外故障分析结果供运维人员参考使用。此研究完全切合新型电力系统数字化、智能化转型需求，通过智能高级应用替代常规工作模式，不仅大大提高了工作效率，同时还提高了区外故障分析的及时性和准确度。此研究成果是保护智能运维领域的一个新突破，可以全面大力推广，具有极强的实用性和可复制性。做好保护区外故障分析，能够确保保护装置正常运行，筑牢电网第一道防线。

图5 区外故障分析方法子程序3流程图