CN103616579A - 一种用于智能变电站二次系统的故障诊断方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于智能变电站二次系统的故障诊断方法，包括：确定异常动作元件及设备，并提取异常动作元件及设备二次网络静态配置信息及动态监视信息；建立拓扑搜索结构图，确定故障区域；筛选故障区域内各设备综合自动化系统告警信息，诊断区域内各疑似故障设备的工作信息；确定最终故障类型，将诊断结果输出；故障检修结果反馈。本发明有益效果：本发明具有适用范围广，诊断过程缜密可靠、诊断结果精确可信的优点，为智能变电站二次系统故障诊断与评估奠定了良好的基础。

Description

一种用于智能变电站二次系统的故障诊断方法

技术领域

本发明涉及一种用于智能变电站二次系统的故障诊断方法，尤其涉及电力系统发生故障时，一次系统诊断结果中存在保护拒动、误动及开关拒动、误动现象的故障定位方法。 

背景技术

常规变电站中二次回路采用硬接线，这种物理接线与变电站的功能配置以及功能之间信息或信号的输入输出存在一一对应的映射关系，因此仅通过二次接线的检测即可以监测和分析变电站二次系统故障。智能变电站二次系统则表现为物理的通信网络承载功能逻辑信号，常规二次回路变为通信网络，站内采样信息、控制信息、闭锁信息、状态信息及保护跳、合闸信息等均是通过通信网络进行传递，网络物理拓扑与功能信息及信号的输入输出之间不再存在一一对应关系。 

基于常规二次电气回路接线的故障检测和分析方法完全无法应用于智能变电站，导致对智能变电站故障检测和分析等业务很难开展。传统的电力系统故障诊断和评估方法在诊断深度和诊断方法上也已不能满足变电站智能化后的运行需求，现有故障诊断模型大多是建立在保护动作信息、开关变位信息及一次系统拓扑结构的基础上，但这些诊断方法仅涉及一次系统的故障元件定位，对于二次系统设备的异常工作状态鲜有涉及，未能诊断出在变电站运行中占重要地位的网络化二次系统的故障设备，不利于系统故障的快速切除及停电区域的电力恢复，且利用智能变电站网络化二次通信系统及设备运行特征指标进行故障诊断推理，仅靠保护信息、开关信息及一次系统拓扑信息的诊断，至今尚未形成系统理论。 

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提出了一种用于智能变电站二次系统的故障诊断方法，它具有过程简单、逻辑清晰、快速实用的优点，为智能变电站二次系统故障诊断奠定了良好的基础。 

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案： 

一种用于智能变电站二次系统的故障诊断方法，具体步骤为： 

步骤一：提取基于保护信息及开关动作信息的一次系统诊断结果，确定异常动作元件及设备，并提取其二次网络静态配置信息及动态监视信息。 

步骤二：根据异常动作元件及设备二次系统配置信息建立其拓扑搜索结构图，确定故障区域。 

步骤三：筛选故障区域内各设备综合自动化系统告警信息，诊断区域内各疑似故障设备工作状态。 

步骤四：综合诊断故障区域内疑似故障设备信息，确定故障设备，将诊断结果输出。 

步骤五：故障检修结果反馈，当发生专家系统规则库外的故障现象时，根据专家系统的学习功能，形成新的诊断规则，对专家系统规则库进行补充完善。 

所述步骤一的具体步骤为： 

基于保护信息及开关动作信息的一次系统故障诊断，在诊断出故障元件的同时，可准确诊断出开关误动、开关拒动、保护误动及保护拒动现象，二次系统故障分析以此作为入口，启动二次通信网络及通信设备的诊断。二次系统故障诊断根据异常设备信息获取相关站内静态配置信息及动态监测信息，作为诊断的信息依据。 

静态配置信息包括二次系统网络配置信息及IED（Intelligent Electronic Device，智能电子设备）配置信息等，此类信息通过变电站配置文件SCD（Substation Configuration Description，全站系统配置文件）获取。 

动态监测信息包括变电站综合自动化系统告警信息及通信网络动态监测信息等。变电站综合自动化系统告警信息主要有通信中断、装置故障、装置参数出错，交换机异常、电源中断（失电告警）信息等；通信网络动态监测信息包括报文异常信息、网络流量异常信息、网络延时信息等。 

所述步骤二的具体步骤为： 

①根据异常动作保护、开关信息传递过程进行拓扑搜索，以异常动作设备为起点，保护装置建立保护装置→交换机→合并单元的拓扑结搜索表，智能开关建立操作机构→智能组件→交换机→保护装置的拓扑结搜索表，以集合X_i＝{x₁，x₂，...，x_n}表示，然后以集合X_i的终点设备为起点，保护装置建立合并单元→交换机→测控（保护），智能开关建立保护装置→交换机→开关（合并单元）的拓扑搜索表，以集合X_ij＝{x₁，x₂，...，x_m}表示，x₁，x₂，...，x_n代表拓扑结构搜索到的各设备。 

②确定通信故障区域。 

规则1： 

可获取网络分析仪报文检测结果时，以报文分析结果为依据，确定各交换机接口处报文交换状态。交换机接口报文交换异常时，可确定故障区域为交换机至相应接口设备段。 

规则2： 

无网络分析仪或网络分析仪无报文异常报警时，通过报文检测不能确定故障区域，通过如下方法确定疑似故障区域： 

首先，筛选移除无故障设备集合信息，若拓扑搜索表中存在正常工作设备，且可判断疑似故障设备无故障，则将其从疑似故障集合中移除。 

其次，选取拓扑表设备交集，即公共设备交集Y_i，Y_i＝X_i∩X_i1∩...∩X_i1，余集X_i'＝X_i-Y_i，X_ij'＝X_ij-Y_i，Y_i、X_i'，X_ij'也包含相应交换机端口。 

再次，提取X_i'、X_ij'设备综合自动化系统通信告警信息，若除异常动作设备集合X_i'外，集合{X_ij'}无通信告警信息集合，则故障区域为X_i'；若集合X_i'、X_ij'各设备均存在通信告警信息，则故障区域为Y_i，故障区域内设备均为疑似故障设备；若均无通信告警信息，则均为疑似故障区域。 

所述步骤三的具体步骤为： 

综合自动化系统告警信息包括全部站内装置的状态变化信息，既包括异常时预警信息，如遥测越限信息，也包括严重故障时报警信息，如通信中断、装置故障、装置参数出错，电源中断信息等，因此，需将故障区域内疑似故障设备信息进行筛选，然后对其进行状态诊断，根据告警信息推断其故障严重程度。 

智能电子装置IED均可通过自检功能检测出自身故障，并通过综合自动化系统进行报警信息上传，因此可通过自检告警信息判断装置是否存在除算法缺陷之外的故障，同时智能开关组件可检测开关跳闸回路状态，合并单元可检测电流互感器CT及电压互感器PT采样工作状态，故障时上传故障告警信息。 

规则1： 

若疑似故障设备存在参数出错（Ram参数1出错等）信息，则可确定其为CPU板故障。 

规则2： 

若存在失电告警信息，则可判断为电源故障（包括系统电源故障及装置电源板故障）。 

规则3： 

若合并单元上传电流互感器CT及电压互感器PT断线告警信息，可推断为合并单元采样故障。 

规则:4： 

若无故障信息上传，但检测X_ij中存在保护装置上传CT/PT断线闭锁保护信息，也可判定 为合并单元采样故障。 

规则5： 

若无自检告警信息，且存在通信中断报警信息，则可推断为物理传输网络故障，即网卡及光纤/网线通路故障。 

所述步骤四的具体步骤为： 

规则1： 

若存在故障设备，则故障设备信息为最终诊断结果，将诊断结果输出。 

规则2： 

若诊断结果无任何故障信息，可推定为设备本体缺陷，保护装置推断为算法缺陷，开关推断为操作机构故障。 

本发明的有益效果是： 

本发明基于智能变电站二次系统静态配置及动态监测信息，利用专家系统规则推导方法进行二次系统故障分析推理，可诊断出二次系统故障设备，并可确定其故障位置或原因。 

本发明故障诊断方法除可作为一次系统元件及设备异常动作时的二次系统故障诊断方法，同时，其故障诊断过程及诊断结果亦可作为电力系统运行过程中，二次设备故障时的故障定位及二次系统设备可靠性指标的信息基础。 

本发明采用了基于拓扑结构的搜索及诊断流程，拓扑结构明了，诊断过程清晰，充分了利用智能变电站内二次系统信息，包括智能变电站配置信息、综合自动化系统系统告警信息及二次系统通信报文信息等。 

本发明具有适用范围广，诊断过程缜密可靠、诊断结果精确可信的优点，为智能变电站二次系统故障诊断与评估奠定了良好的基础。 

附图说明

图1为二次系统故障诊断模型图； 

图2为本发明二次系统故障诊断流程图； 

图3（a）为智能变电站一次系统结构图； 

图3（b）为智能变电站通信网络结构图。 

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明： 

一种用于智能变电站二次系统的故障诊断方法，具体步骤为： 

步骤一：提取基于保护信息及开关动作信息的一次系统诊断结果，确定异常动作元件及 设备，并提取其二次网络静态配置信息及动态监视信息。 

基于保护信息及开关动作信息的一次系统故障诊断，在诊断出故障元件的同时，可准确诊断出开关误动、开关拒动、保护误动及保护拒动现象，二次系统故障分析以此作为入口，启动二次通信网络及通信设备的诊断。二次系统故障诊断根据异常设备信息获取相关站内静态配置信息及动态监测信息，作为诊断的信息依据，故障诊断过程整体框架如图1所示，诊断流程如图2所示，专家系统规则推理规则见表1所列。 

表1故障诊断专家系统推理规则表 

以图3（a）所示系统为例，站内发生故障，由一次系统故障诊断结果可知，变压器T₁发生故障，其主保护差动保护发生拒动现象，经由变压器高后备保护动作跳开断路器CB₁₀，二次系统检测结果为低压侧发生CT断线，导致差动保护闭锁，且差动保护闭锁信息发生丢失现象。综合自动化系统上传报警信息为：变压器低后备保护R_Tl上传合并单元MU20CT断线闭锁保护告警信息，网络分析仪监测分析报文传递无报警信息通过现场配置文件SCD信息可知其 二次通信网络结构为图3（b）所示。 

步骤二：根据异常动作元件及设备二次系统配置信息建立其拓扑搜索结构图，确定故障区域。 

①根据异常动作保护、开关信息传递过程进行拓扑搜索，以异常动作设备为起点，保护装置建立保护装置→交换机→合并单元，智能开关建立操作机构→智能组件→交换机→保护装置的拓扑结搜索表，以集合X_i＝{x₁，x₂，...，x_n}表示，然后以集合X_i的终点设备为起点，保护装置建立合并单元→交换机→测控（保护），智能开关建立保护装置→交换机→开关（合并单元）的拓扑搜索表，以集合X_ij＝{x₁，x₂，...，x_m}表示，x₁，x₂，...，x_n代表拓扑结构搜索到的各设备。 

根据图3（b）网络拓扑结构进行拓扑搜索过程，建立主保护装置及相关设备集合X₁＝{R_cd,Sw_T1,MU_Th}，X₂＝{R_cd,Sw_T1,MU_Tl}，X₁₁＝{MU_Th,Sw_T1,R_Th}，X₁₂＝{MU_Th,Sw_T1,CU_Th}，X₂₁＝{MU_Tl,Sw_T1,,R_Tl}，X₂₂＝{MU_Tl,Sw_T1,CU_Tl}。 

②确定通信故障区域。 

规则1： 

可获取网络分析仪报文检测结果时，以报文分析结果为依据，确定各交换机接口处报文交换状态。交换机接口报文交换异常时，可确定故障区域为交换机至相应接口设备段。 

网络分析仪监测报文分析结果未有报文异常现象，因此，规则1不能确定故障区域。 

规则2： 

无网络分析仪或网络分析仪无报文异常报警时，通过报文检测不能确定故障区域，通过如下方法确定疑似故障区域： 

首先，筛选移除无故障设备集合信息，若拓扑搜索表中存在正常工作设备，且可判断疑似故障设备无故障，则将其从疑似故障集合中移除。 

由于高后备保护R_Th动作，跳开开关将故障变压器切除，因此可断定与R_Th通信的的合并单元MU_Th工作正常，故将集合X₁、X₂移除。 

其次，选取拓扑表设备交集，即公共设备交集Y_i，Y_i＝X_i∩X_i1∩...∩X_i1，余集X_i'＝X_i-Y_i，X_ij'＝X_ij-Y_i，Y_i、X_i'，X_ij'也包含相应交换机端口，求得，Y₂＝{MU_Tl,Sw_T1}，X₂'＝{R_cd}，X₂₁'＝{R_Tl}，X₂₂'＝{CU_Tl}。 

再次，提取X_i'、X_ij'设备综合自动化系统通信告警信息，若除异常动作设备集合X_i'外，集合{X_ij'}存在无通信告警信息集合，则故障区域为X_i'；若集合X_i'、X_ij'各设备均存在通信告警信息，则故障区域为Y_i，故障区域内设备均为疑似故障设备；若均无通信告警信息，则均为疑似故障区域，因此，事例疑似故障区域为Y₂、X₂'，即X₂。 

步骤三：筛选故障区域内各设备综合自动化系统告警信息，诊断区域内各疑似故障设备工作状态。 

综合自动化系统告警信息包括全部站内装置的状态变化信息，既包括异常时预警信息，如遥测越限信息，也包括严重故障时报警信息，如通信中断、装置故障、装置参数出错，电源中断信息等，因此，需将故障区域内疑似故障设备信息进行筛选，然后对其进行状态诊断，根据告警信息推断其是否故障。 

智能电子装置IED均可通过自检功能检测出自身故障，并通过综合自动化系统进行报警信息上传，因此可通过自检告警信息判断装置是否存在除算法缺陷之外故障，同时智能开关组件同时可检测开关跳闸回路状态，合并单元可检测电流互感器CT及电压互感器PT采样工作状态，故障时上传故障告警信息。 

规则1： 

若疑似故障设备存在参数出错（Ram参数1出错等）信息，则可确定其为CPU板故障。 

规则2： 

若存在失电告警信息，则可判断为电源故障（包括系统电源故障及装置电源板故障）。 

规则3： 

若合并单元上传电流互感器CT及电压互感器PT断线告警信息，可推断为合并单元采样故障。 

规则4： 

若无故障信息上传，但检测X_ij中存在保护装置上传CT/PT断线闭锁保护信息，若存在也可判定为合并单元采样故障。 

规则5： 

若无自检告警信息，且存在通信中断报警信息，则可推断为物理传输网络故障，即网卡及光纤/网线通路故障。 

疑似故障区域设备综合自动化系统均无报警信息，但存在变压器低后备保护CT断线闭锁 信息，因此可确定低压侧合并单元采样故障，故障区域为Y₃，故障设备为电流互感器。 

步骤四：综合诊断故障区域内疑似故障设备信息，确定故障设备，将诊断结果输出。 

规则1： 

若存在故障设备，则故障设备信息为最终诊断结果，将诊断结果输出。 

规则2： 

若诊断结果无任何故障信息，可推定为设备本体缺陷，保护装置推断为算法缺陷，开关推断为操作机构故障。 

综合上述事例故障区域内疑似故障设备诊断信息可知，故障设备为低压侧保护采样CT，符合规则1推理，同时，经分析可知主保护差动保护R_cd保护闭锁信息发生丢失。 

步骤五：故障检修结果反馈，当发生专家系统规则库外的故障现象时，根据专家系统的学习功能，形成新的诊断规则，对专家系统规则库进行补充完善。 

事例故障诊断结果经现场检修确认，为专家系统已有规则，无需进行补充完善。 

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。 

Claims (4)

1.一种用于智能变电站二次系统的故障诊断方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤一：提取基于保护信息及开关动作信息的智能变电站一次系统诊断结果，确定异常动作元件及设备，并提取异常动作元件及设备二次系统网络的静态配置信息和动态监视信息；

步骤二：根据异常动作元件及设备二次系统网络配置信息建立拓扑搜索结构图，确定故障区域；

步骤三：筛选故障区域内各设备综合自动化系统告警信息，诊断区域内各疑似故障设备的工作状态；

步骤四：综合故障区域内疑似故障设备的故障状态信息，确定最终故障类型，将诊断结果输出；

步骤五：故障检修结果反馈，当发生专家系统规则库外的故障现象时，根据专家系统的学习功能，形成新的诊断规则，对专家系统规则库进行补充完善。

2.如权利要求1所述的一种用于智能变电站二次系统的故障诊断方法，其特征是，所述步骤二的具体步骤为：

（1）以异常动作设备为起点，保护装置建立保护→交换机→合并单元的拓扑结构搜索表，智能开关建立操作机构→智能组件→交换机→保护装置的拓扑结搜索表，分别以集合X_i＝{x₁，x₂，...，x_n}表示，然后以集合X_i的终点设备为起点，保护装置建立合并单元→交换机→测控的拓扑搜索表，智能开关建立保护装置→交换机→开关的拓扑搜索表，以集合X_ij＝{x₁，x₂，...，x_m}表示，x₁，x₂，...，x_n代表拓扑结构搜索到的各设备；

（2）确定通信故障区域：

规则1：可获取网络分析仪报文检测结果时，以报文分析结果为依据，确定各交换机接口处报文交换状态，交换机接口报文交换异常时，可确定故障区域为交换机至相应接口设备段；

规则2：无网络分析仪或网络分析仪无报文异常报警时，通过如下方法确定疑似故障区域：

若拓扑搜索表中存在正常工作设备，且可判断疑似故障设备无故障，则将其从疑似故障集合中移除；

选取拓扑表设备交集，即公共设备交集Y_i，Y_i＝X_i∩X_i1∩...∩X_i1，余集X_i'＝X_i-Y_i，X_ij'＝X_ij-Y_i，Y_i、X_i'和X_ij'也包含相应交换机端口；

提取X_i'、X_ij'设备综和自动化系统通信告警信息，若除异常动作设备集合X_i'外，集合{X_ij'}无通信告警信息集合，则故障区域为X_i'；若集合X_i'、X_ij'各设备均存在通信告警信息，则故障区域为Y_i，故障区域内设备均为疑似故障设备；若集合X_i'、X_ij'各均无通信告警信息，则X_i'和Y_i均为疑似故障区域。

3.如权利要求1所述的一种用于智能变电站二次系统的故障诊断方法，其特征是，所述步骤三中诊断区域内各疑似故障设备的工作信息的方法为：

规则1：若疑似故障设备存在参数出错信息，确定其为CPU板故障；

规则2：若存在失电告警信息，判断为电源故障；

规则3：若合并单元上传电流互感器CT及电压互感器PT断线告警信息，推断为合并单元采样故障；

规则4：若无故障信息上传，但检测X_ij中存在保护装置上传CT/PT断线闭锁保护信息，判定为合并单元采样故障；

规则5：若无自检告警信息，且存在通信中断报警信息，推断为物理传输网络故障。

4.如权利要求1所述的一种用于智能变电站二次系统的故障诊断方法，其特征是，所述步骤四的具体步骤为：

若存在故障设备，则故障设备信息为最终诊断结果，将诊断结果输出；

若诊断结果无任何故障信息，可推定为设备本体缺陷，保护装置推断为算法缺陷，开关推断为操作机构故障。

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