基于故障录波数据的变电站故障分析系统研究

2024-05-07付小伟周玉冰魏小伟

电气技术与经济 2024年4期

李伟付小伟冯波周玉冰魏小伟

（1.国网随州供电公司 2.湖北睿讯智源电气有限公司）

0 引言

基于故障录波数据的变电站故障分析系统是一种重要的技术手段，它通过对变电站采集的故障录波数据进行深入分析和处理，能够快速准确地识别故障类型和位置，为变电站的故障诊断和处理提供了有力支持和保障。因此，深入研究基于故障录波数据的变电站故障分析系统，对于进一步提升电力系统的故障处理能力和运行管理水平具有重要的意义和价值。

1 系统总体设计

该系统采用VisuаlC++6.0作为开发工具，并在32位Windows平台上运行，后台数据库选择了大型关系数据库ORACLE。系统的后台数据库管理模块使用了标准的ADO接口与ORACLE数据库进行连接。整个系统由数据源模块、数据库管理模块、故障信息处理模块和信息远传模块四大部分组成。如图1所示。

图1 系统结构设计

数据源模块负责将保护和录波装置获取的信息进行格式转换，并存储到数据库中。其中，故障录波信息采用了国际通用的COMTRADE 99格式，包括DAT、CFG、HDR等文件。数据库管理模块负责管理变电站系统的配置参数、故障信息和录波数据存储等。故障信息处理模块是系统的核心部分，负责对来自数据源的故障数据进行筛选、分类，并确定优先级，同时利用故障录波数据和保护动作信息进行故障定位和评判开关保护动作行为。信息远传模块负责将故障分析模块的结果通过电力数据专线网传输至调度中心。

2 数据管理模块

数据库管理模块是该系统的基础模块，整个故障分析过程都依赖于对数据库的操作［1］。该模块主要包括历史数据库和实时数据库两部分。历史数据库用于存储元件参数表、元件保护配置表、故障录波器模拟量通道对应表和开关量通道对应表等数据。这些数据是系统运行和故障分析过程中所必需的基本信息，对于系统运行状态的监测和故障定位都起着重要作用。而实时数据库则主要用来存储故障录波器采集的实时录波信息以及保护信息。

实时数据库中的数据是及时更新的，能够准确反映当前系统运行状态，为故障分析和定位提供实时支持。这两个数据库相辅相成，共同构成了系统的基础数据支撑，为故障分析模块提供了必要的数据基础。同时，数据库管理模块也负责确保数据库的稳定性和安全性，保障数据的完整性和可靠性，为系统的高效运行提供了保障。

3 故障录波分析模块

3.1 故障初判

故障录波分析模块是该系统的核心模块之一，负责对故障录波器采集的数据进行初步分析和判断，从而确定故障的类型和位置［2］。在故障初判阶段，系统首先对采集到的故障录波数据进行格式解析和初步处理，包括数据解码、校验和数据清洗等步骤。随后，系统针对不同类型的故障进行特征提取和识别，比如电压异常、电流突变、频率异常等，以便对故障类型进行初步分类。

同时，系统会根据保护动作信息和故障录波数据进行关联分析，判断保护装置的动作是否符合实际故障情况，进而确定故障发生的位置和范围。在这一过程中，系统会引用一系列故障诊断算法和模型，比如：时频分析、差分方程方法、小波变换等，以提高故障诊断的准确性和可靠性。

除此之外，系统还会结合历史数据和实时数据，进行综合比对和分析，进一步验证故障的判断结果。并根据初步分析结果生成故障报告并向相关工作人员发送警报，以便及时采取相应的措施进行故障处理和修复。通过故障录波分析模块的初步判断，系统能够快速响应故障事件，并提供及时的处理建议，保障电力系统的安全稳定运行。

最后，该模块还能够记录和存储故障分析过程中的关键数据和结果，为后续故障定位和分析提供重要参考依据。综上所述，故障录波分析模块在电力系统故障处理中具有不可或缺的重要作用，通过高效准确的故障初判，为保障电力系统的安全可靠运行提供了坚实的技术支持和保障。

3.2 故障定位

故障录波分析模块是电力系统故障处理中的核心环节之一，主要负责通过对故障录波数据进行深入分析和处理，确定故障的精确位置和范围。在故障定位阶段，系统首先对采集到的故障录波数据进行详细的时域和频域分析，以获取故障发生时的波形特征和频谱信息［3］。系统会运用数学模型和算法，例如：小波变换、功率谱分析、相关性分析等方法，对数据进行精准处理和计算，以便确定故障发生的时间点和故障波形的特征。

其次，系统会结合电力系统的拓扑结构和故障信息，对故障发生位置进行进一步推测和确认。在这一过程中，系统会利用拓扑分析算法和节点关联算法，对系统的电气网络拓扑进行建模和计算，以确定故障点的位置和影响范围。同时，系统会结合保护装置的动作信息和故障录波数据，进行保护范围和保护装置动作时序的比对，以验证故障位置的准确性和可靠性。

除此之外，系统还会考虑外部因素和电力系统的运行状态，如负荷变化、输电线路状况等因素，进行综合分析和判断，进一步确定故障的具体位置和范围，生成故障定位报告并向相关工作人员发送警报，以便及时采取相应的措施进行故障处理和修复。通过故障录波分析模块的精准定位，系统能够快速响应故障事件并提供准确的定位结果，为保障电力系统的安全稳定运行提供有力的技术支持和保障。

最后，该模块还能够记录和存储故障定位过程中的关键数据和结果，为后续故障处理和故障分析提供重要参考依据。综上所述，故障录波分析模块在电力系统故障处理中具有重要的地位和作用，通过精准高效的故障定位，为提高电力系统的安全性和可靠性提供了重要支持和保障。如图2所示。

图2 故障分析模块流程图

3.3 开关保护动作行为评价

故障录波分析模块在电力系统故障处理中扮演着至关重要的角色，除了进行故障定位和初步判定外，还需要对开关保护的动作行为进行评价和分析［4］。在故障录波分析模块中，系统首先会收集和整理故障发生时的开关保护动作信息，包括开关动作时间、动作次数、动作原因等关键数据。

其次，系统会结合故障录波数据和保护动作信息，对保护装置的动作时序和动作原因进行详细分析和评价，以验证保护装置的可靠性和动作准确性。系统会运用数学模型和算法，比如逻辑判别法、时序比对法、差分方程模型等，对保护动作行为进行精准计算和推理，以确定保护装置的动作是否符合故障类型和范围。

再次，系统会考虑电力系统的稳定性和运行情况，对保护装置的动作与系统的整体运行状态进行关联分析和对比，以评估保护装置的动作对系统运行的影响和作用。此外，系统还会参考相关的电力行业标准和规范，对保护装置的动作行为进行合规性检查和评估，以确保保护装置的动作符合安全要求和技术规范。

最后，系统会生成保护动作评价报告，并向相关工作人员提供详细的评估结果和建议，以便及时采取相应的措施对保护装置进行调整和优化。通过故障录波分析模块对开关保护动作行为的评价，系统能够全面了解保护装置的运行情况和性能表现，为保障电力系统的安全稳定运行提供全面而可靠的保障和支持。同时，该模块还能够记录和存储保护动作评价过程中的关键数据和结果，为后续故障处理和保护装置的优化提供重要参考依据。

正因为如此，故障录波分析模块在电力系统故障处理中具有不可或缺的重要作用，通过对开关保护动作行为的精准评价，为提高电力系统的安全性和可靠性提供了有力的技术支持和保障。如图3所示。

图3 故障简报格式

4 子站信息分类

4.1 电压等级分类

基于故障录波数据的变电站故障分析系统研究中，子站信息分类是其中的关键环节。电压等级分类是一种常见的子站信息分类方式，它将不同电压等级的子站进行分类，包括高压子站、中压子站和低压子站等。这种分类方式有助于对变电站进行有效管理和监控，便于针对不同电压等级的子站进行特定的故障分析和处理。通过电压等级分类，系统能够对不同等级的子站进行区分，从而更好地实现对变电站故障数据的分类和整理，为故障分析提供了重要的基础和支持。如表1所示。

表1 电压等级分类

4.2 功能性分类

在基于故障录波数据的变电站故障分析系统研究中，子站信息分类起着重要作用，其中功能性分类是一种关键的分类方式。通过功能性分类，将不同功能和用途的子站进行归类，如变电站、配电站、换流站等。这种分类方式有助于系统对各类子站的功能特点和故障特征进行深入分析和比对，从而更好地实现对变电站系统的全面监控和故障分析。通过功能性分类，系统能够对不同功能的子站进行精准定位和故障判断，为故障分析和处理提供了重要的技术支持和保障。

4.3 位置分类

在基于故障录波数据的变电站故障分析系统研究中，子站信息分类是系统研究中的关键环节之一。位置分类是其中的重要内容之一，通过将子站按照地理位置或布局进行分类，包括城区子站、郊区子站、山区子站等。这种分类方式有助于系统对不同位置子站的地理环境和运行情况进行详细分析和比对，从而更好地实现对变电站系统的精准监测和故障分析。通过位置分类，系统能够对不同位置子站的特点和影响因素进行深入分析和评估，为故障处理提供了重要的参考和支持。

4.4 用途分类

在基于故障录波数据的变电站故障分析系统研究中，子站信息分类是系统研究的重要组成部分。用途分类是其中的重要内容之一，通过对子站按照具体用途和功能进行分类，如发电子站、输电子站、配电子站等。这种分类方式有助于系统对不同用途子站的特点和功能进行深入理解和分析，为系统的故障分析和处理提供了重要的依据和支持。通过用途分类，系统能够针对不同用途子站的特点和作用进行精准定位和分析，为故障处理提供了重要的技术支持和保障。

4.5 技术性分类

在基于故障录波数据的变电站故障分析系统研究中，子站信息分类是研究的重要组成部分之一。技术性分类是其中的关键内容，通过对子站根据所采用的技术和装备进行分类，如传统子站和智能子站等。这种分类方式有助于系统深入了解不同技术性子站的特点和功能，为系统的故障分析和处理提供了重要的依据和支持。通过技术性分类，系统能够对不同技术性子站的特点和技术水平进行准确分析和评估，为故障处理提供了重要的技术支持和保障。